一种桥梁结构损伤识别方法和系统技术方案

本发明专利技术属于桥梁结构损伤识别技术领域，公开了一种桥梁结构损伤识别方法和系统，所述桥梁结构损伤识别方法系统包括：桥梁结构图像采集模块、健康监测模块、中央控制模块、图像特征提取模块、损伤识别模块、损伤定位模块、风险评估模块和显示模块。本发明专利技术通过健康监测模块可以更客观地获得目标桥梁结构的健康监测数据，准确度较高；同时，通过损伤定位模块利用目标桥梁结构交通运营的行车作为动力激励源，无需人为制造激励，不会干扰正常交通运营，节省经济和时间成本。本发明专利技术采用的硬件可以随时更换，并且适用于各种不同类型的桥梁，利用目标桥梁结构加速度响应，数据质量高、稳定可靠，测试成本低，适合大面积推广使用。适合大面积推广使用。适合大面积推广使用。

【技术实现步骤摘要】
一种桥梁结构损伤识别方法和系统


[0001]本专利技术属于桥梁结构损伤识别
，尤其涉及一种桥梁结构损伤识别方法和系统。

技术介绍

[0002]桥梁，一般指架设在江河湖海上，使车辆行人等能顺利通行的构筑物。为适应现代高速发展的交通行业，桥梁亦引申为跨越山涧、不良地质或满足其他交通需要而架设的使通行更加便捷的建筑物。桥梁一般由上部构造、下部结构、支座和附属构造物组成，上部结构又称桥跨结构，是跨越障碍的主要结构；下部结构包括桥台、桥墩和基础；支座为桥跨结构与桥墩或桥台的支承处所设置的传力装置；附属构造物则指桥头搭板、锥形护坡、护岸、导流工程等；然而，现有桥梁结构损伤识别系统不具备实时校准功能，当传感器所在的结构位置发生较大的偏差时，信号数据仍然以初始结构位置为基础，导致监测结果不准确，难以客观评价目标桥梁结构的监控状态；同时，不能对桥梁损伤准确定位。
[0003]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0004](1)现有桥梁结构损伤识别系统不具备实时校准功能，当传感器所在的结构位置发生较大的偏差时，信号数据仍然以初始结构位置为基础，导致监测结果不准确，难以客观评价目标桥梁结构的监控状态。
[0005](2)不能对桥梁损伤准确定位。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种桥梁结构损伤识别方法和系统。
[0007]本专利技术是这样实现的，一种桥梁结构损伤识别系统包括：
[0008]桥梁结构图像采集模块、健康监测模块、中央控制模块、图像特征提取模块、损伤识别模块、损伤定位模块、风险评估模块、显示模块；
[0009]桥梁结构图像采集模块，与中央控制模块连接，用于通过摄像器采集桥梁结构图像；
[0010]健康监测模块，与中央控制模块连接，用于对桥梁结构健康状态进行监测；
[0011]中央控制模块，与桥梁结构图像采集模块、健康监测模块、图像特征提取模块、损伤识别模块、损伤定位模块、风险评估模块、显示模块连接，用于控制各个模块正常工作；
[0012]图像特征提取模块，与中央控制模块连接，用于通过提取程序提取桥梁结构图像特征；
[0013]损伤识别模块，与中央控制模块连接，用于通过识别程序对桥梁结构损伤进行识别；
[0014]损伤定位模块，与中央控制模块连接，用于对桥梁结构损伤进行定位；
[0015]风险评估模块，与中央控制模块连接，用于对桥梁结构安全风险进行评估；
[0016]显示模块，与中央控制模块连接，用于显示桥梁结构图像、图像特征、损伤识别结
果、损伤定位信息、风险评估结果。
[0017]一种桥梁结构损伤识别方法包括以下步骤：
[0018]步骤一，通过桥梁结构图像采集模块利用摄像器采集桥梁结构图像；健康监测模块连接中央控制模块进行桥梁结构图像信息的提取，并对桥梁结构健康状态进行监测；
[0019]步骤二，中央控制模块通过图像特征提取模块利用特征提取程序对桥梁结构图像进行特征提取；
[0020]步骤三，通过损伤识别模块利用识别程序对桥梁结构损伤进行识别；通过损伤定位模块对桥梁结构损伤部位进行精准定位；
[0021]步骤四，通过风险评估模块对桥梁结构安全风险进行评估；通过显示模块显示桥梁结构图像、图像特征、损伤识别结果、损伤定位信息和风险评估结果。
[0022]进一步，所述健康监测模块监测方法如下：
[0023]1)构建桥梁数据库，将获取传感器数据存入桥梁数据库中；获取基于分布式计算方法获得的目标桥梁结构的主体部位的传感数据；基于获取的传感数据进行模态识别后，获得对应的模态参数；所述模态参数包括本征频率和对应阶数的振型；
[0024]2)根据获得的模态参数对基于贝叶斯原理构建的目标桥梁结构的基准模型方程进行更新，获得更新后的模型方程的误差值；对该误差值进行分析判断，获得目标桥梁结构的健康监测状态；
[0025]3)根据计算获得的健康监测数据，解析获得目标桥梁结构对应的伤害划分等级，进而根据该伤害划分等级自适应调整传感数据的采样频率；
[0026]其中，目标桥梁结构的基准模型方程为：
[0027][0028]上式中，[M]表示质量矩阵，[C]表示阻尼矩阵，[K]表示刚度矩阵，ωi表示第i阶本征频率，表示第i阶振型，{ε}
i
表示第i阶误差矢量，ω
i
和为模态识别所获得的模态参数，[M]、[C]和[K]为模型方程的模型参数，且均为模型方程的参数向量{E}的线性函数。
[0029]进一步，所述监测方法还包括模型训练步骤，所述模型训练步骤包括：
[0030]采集目标桥梁结构主体部位的多组加速度数据；
[0031]采用模态识别方法，识别获得加速度数据对应的模态参数，并将获得的多组模态参数作为训练数据；
[0032]构建目标桥梁结构的模型方程后，基于贝叶斯原理，根据训练数据对模型方程的参数向量进行计算更新，进而更新模型的每个模型参数的概率分布；
[0033]分别根据每个模型参数的概率分布的峰值区域的平均值，对模型参数进行量化后，获得训练后的基准模型方程。
[0034]进一步，所述基于贝叶斯原理，根据训练数据对模型方程的参数向量进行计算更新，进而更新模型的每个模型参数的概率分布的步骤，其具体为：
[0035]基于贝叶斯原理，采用下式，根据训练数据对模型方程的参数向量进行基于马尔科夫链
‑
蒙特卡洛方法的计算更新：
[0036][0037]上式中，[D]包含本征频率ω
i
和振型P({E})表示先验分布概率，P({E}|[D])表示后验分布概率，P([D]|{E})表示似然函数；
[0038]基于更新后的参数向量，更新模型方程的每个模型参数的概率分布。
[0039]进一步，所述监测方法还包括以下步骤：
[0040]将更新后的模型方程与预设的模型数据库进行比对后，获得目标桥梁结构中出现损伤的位置；
[0041]所述预设的模型数据库是通过采集和/或模拟目标桥梁结构在不同位置出现损伤时的加速度数据后，对目标桥梁结构的基准模型方程进行更新所获得的所有模型组成的数据库。
[0042]进一步，所述监测方法还包括以下步骤：
[0043]定期采集目标桥梁结构主体部位的多组加速度数据，对基准模型方程进行更新训练。
[0044]进一步，所述损伤定位模块定位方法如下：
[0045](1)在目标桥梁结构各空间位置测试点进行数据采集，所述测试点形成空间网格；
[0046](2)采集目标桥梁结构各空间位置测试点的振动频率数据；根据不同空间位置测试点振动频率在时间域内的变化规律，对目标桥梁结构进行损伤定位；
[0047]所述根据不同空间位置测试点振动频率在时间域内的变化规律，对目标桥梁结构进行损伤定位具体包括
[0048]以目标桥梁结构测试初始时刻的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种桥梁结构损伤识别系统，其特征在于，所述桥梁结构损伤识别方法和系统包括：桥梁结构图像采集模块、健康监测模块、中央控制模块、图像特征提取模块、损伤识别模块、损伤定位模块、风险评估模块和显示模块；桥梁结构图像采集模块，与中央控制模块连接，用于通过摄像器采集桥梁结构图像；健康监测模块，与中央控制模块连接，用于对桥梁结构健康状态进行监测；中央控制模块，与桥梁结构图像采集模块、健康监测模块、图像特征提取模块、损伤识别模块、损伤定位模块、风险评估模块、显示模块连接，用于控制各个模块正常工作；图像特征提取模块，与中央控制模块连接，用于通过提取程序提取桥梁结构图像特征；损伤识别模块，与中央控制模块连接，用于通过识别程序对桥梁结构损伤进行识别；损伤定位模块，与中央控制模块连接，用于对桥梁结构损伤进行定位；风险评估模块，与中央控制模块连接，用于对桥梁结构安全风险进行评估；显示模块，与中央控制模块连接，用于显示桥梁结构图像、图像特征、损伤识别结果、损伤定位信息、风险评估结果。2.一种如权利要求1所述的桥梁结构损伤识别方法，其特征在于，所述桥梁结构损伤识别方法包括以下步骤：步骤一，通过桥梁结构图像采集模块利用摄像器采集桥梁结构图像；健康监测模块连接中央控制模块进行桥梁结构图像信息的提取，并对桥梁结构健康状态进行监测；步骤二，中央控制模块通过图像特征提取模块利用特征提取程序对桥梁结构图像进行特征提取；步骤三，通过损伤识别模块利用识别程序对桥梁结构损伤进行识别；通过损伤定位模块对桥梁结构损伤部位进行精准定位；步骤四，通过风险评估模块对桥梁结构安全风险进行评估；通过显示模块显示桥梁结构图像、图像特征、损伤识别结果、损伤定位信息和风险评估结果。3.如权利要求1所述桥梁结构损伤识别方法系统，其特征在于，所述健康监测模块监测方法如下：1)构建桥梁数据库，将获取传感器数据存入桥梁数据库中；获取基于分布式计算方法获得的目标桥梁结构的主体部位的传感数据；基于获取的传感数据进行模态识别后，获得对应的模态参数；所述模态参数包括本征频率和对应阶数的振型；2)根据获得的模态参数对基于贝叶斯原理构建的目标桥梁结构的基准模型方程进行更新，获得更新后的模型方程的误差值；对该误差值进行分析判断，获得目标桥梁结构的健康监测状态；3)根据计算获得的健康监测数据，解析获得目标桥梁结构对应的伤害划分等级，进而根据该伤害划分等级自适应调整传感数据的采样频率；其中，目标桥梁结构的基准模型方程为：上式中，[M]表示质量矩阵，[C]表示阻尼矩阵，[K]表示刚度矩阵，ωi表示第i阶本征频率，表示第i阶振型，{ε}
i
表示第i阶误差矢量，ω
i
和为模态识别所获得的模态参
数，[M]、[C]和[K]为模型方程的模型参数，且均为模型方程的参数向量{E}的线性函数。4.如权利要求3所述桥梁结构损伤识别方法系统，其特征在于，所述监测方法还包括模...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙毅，刘德稳，盛冬发，
申请(专利权)人：西南林业大学，
类型：发明
国别省市：