基于二维有效独立法的传感器优化布置方法、装置、介质制造方法及图纸

本申请公开了一种基于二维有效独立法的传感器优化布置方法、装置、介质，包括建立输电塔有限元模型；对输电塔有限元模型进行静力分析，模态分析初始态设为静力终态，对输电塔有限元模型进行模态分析，得到固有频率、模态阶数和对应的模态振型；根据输电塔有限元模型沿高度方向的主弦杆节点的节点数量确定传感器布置数量；根据固有频率、模态振型和传感器布置数量，采用二维有效独立法进行传感器优化布置；根据模态阶数和对应的模态振型对传感器优化布置的效果进行评价，以确定目标传感器布置数量和目标传感器布置位置，根据本申请的技术方案，能够对传感器优化布置并进行评价，从而提高优化布置精度，减少传感器布置冗余个数。减少传感器布置冗余个数。减少传感器布置冗余个数。

【技术实现步骤摘要】
基于二维有效独立法的传感器优化布置方法、装置、介质


[0001]本申请涉及输电杆塔结构健康检测
，尤其是一种基于二维有效独立法的传感器优化布置方法、装置、介质。

技术介绍

[0002]在对输电塔等进行健康监测时，由于结构庞大，往往具有极多自由度，对每个自由度节点安装传感器是不现实的，因此有必要对传感器布置数量及布置位置进行优化，以优选出有限个能最大限度反映结构整体特性的测点。
[0003]对于输电塔这类高度较高的结构，通常只有自然环境激励，可忽略其垂直地面方向的振动，对于诸如输电铁塔和通信铁塔这类高耸结构，在自然风雨的作用下可以忽略其垂直于地面方向的振动，对顺线路和横线路两个方向上的振动进行监测即可，如何通过相关技术中的二维有效独立法提高传感器优化布置精度，减少传感器布置冗余个数是亟待解决的技术难题。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供了一种基于二维有效独立法的传感器优化布置方法、装置、介质，能够通过二维有效独立法选定传感器的布置位置，提高传感器优化布置精度，减少传感器布置冗余个数。
[0005]第一方面，本申请实施例提供了一种基于二维有效独立法的传感器优化布置方法，包括：
[0006]建立输电塔有限元模型；
[0007]对所述输电塔有限元模型进行静力分析，模态分析初始态设为静力终态，对所述输电塔有限元模型进行模态分析，得到所述输电塔有限元模型的固有频率、模态阶数和与模态阶数对应的模态振型；
[0008]根据所述输电塔有限元模型沿高度方向的主弦杆节点的节点数量，确定传感器布置数量；
[0009]根据所述固有频率、所述模态振型和所述传感器布置数量，采用二维有效独立法进行传感器优化布置；
[0010]根据所述模态阶数和对应的所述模态振型，对所述传感器优化布置的效果进行评价，以确定目标传感器布置数量和目标传感器布置位置。
[0011]第二方面，本申请实施例还提供了一种数据处理装置，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的基于二维有效独立法的传感器优化布置方法。
[0012]第三方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如上所述的基于二维有效独立法的传感器优化布置方法。
[0013]本申请实施例包括：建立输电塔有限元模型；对所述输电塔有限元模型进行静力分析，模态分析初始态设为静力终态，对所述输电塔有限元模型进行模态分析，得到所述输电塔有限元模型的固有频率、模态阶数和与模态阶数对应的模态振型；根据所述输电塔有限元模型沿高度方向的主弦杆节点的节点数量，确定传感器布置数量；根据所述固有频率、所述模态振型和所述传感器布置数量，采用二维有效独立法进行传感器优化布置；根据所述模态阶数和对应的所述模态振型，对所述传感器优化布置的效果进行评价，以确定目标传感器布置数量和目标传感器布置位置，根据本申请的技术方案，在对传感器优化布置之后，对优化布置效果进行评价，从而确定传感器的布置位置，能够提高传感器优化布置精度，减少传感器布置冗余个数。
附图说明
[0014]图1是本申请一个实施例提供的基于二维有效独立法的传感器优化布置方法的流程图；
[0015]图2是图1中步骤S140的具体方法的流程图；
[0016]图3是图2中步骤S210的具体方法的流程图；
[0017]图4是图2中步骤S230的具体方法的流程图；
[0018]图5是图2中步骤S240的具体方法的流程图；
[0019]图6是图5中步骤S150的具体方法的流程图；
[0020]图7是本申请一个实施例提供的数据处理装置的结构示意图；
[0021]图8是本申请另一个实施例提供的基于二维有效独立法的传感器优化布置方法的总均方差随传感器布置数量变化示意图；
[0022]图9是本申请又一个实施例提供的基于二维有效独立法的传感器优化布置方法的模态保证随传感器布置数量变化示意图。
具体实施方式
[0023]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0024]需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
[0025]需要说明的是，在本申请的各个具体实施方式中，当涉及到需要根据目标对象(例如用户等)的属性信息或属性信息集合等与目标对象的特性相关的数据进行相关处理时，都会先获得目标对象的许可或者同意，而且，对这些数据的收集、使用和处理等，都会遵守相关国家和地区的相关法律法规和标准。此外，当本申请实施例需要获取目标对象的属性信息时，会通过弹窗或者跳转到确认页面等方式获得目标对象的单独许可或者单独同意，在明确获得目标对象的单独许可或者单独同意之后，再获取用于使本申请实施例能够正常运行的必要的目标对象的相关数据。
[0026]在对输电塔等进行健康监测时，由于输电塔结构庞大，往往具有极多自由度，对每
个自由度节点安装传感器是不现实的，因此有必要对传感器布置数量及布置位置进行优化，以优选出有限个能最大限度反映结构整体特性的测点。
[0027]文献1提出EFI(Effective Independence Method，有效独立法)，其通过对费雪信息阵的优化而使得布点处的模态向量尽可能保持线性无关，进而从实验数据中获得更多的结构模态信息。文献2在EFI的基础上提出三维有效独立法，该法将三轴加速度传感器各方向加速度值统一成为一个目标函数，进而对空间结构进行传感器的优化布置。
[0028]对于输电塔这类高度较高的结构，通常只有自然环境激励，可忽略其垂直地面方向的振动对于诸如输电铁塔和通信铁塔这类高耸结构，在自然风雨的作用下可以忽略其垂直于地面方向的振动，因此对顺线路和横线路两个方向上的振动进行监测即可。文献3基于三维有效独立法提出一种考虑双向振动的二维有效独立法。如何通过相关技术中的二维有效独立法提高传感器优化布置精度，减少传感器布置冗余个数是亟待解决的技术难题。
[0029]文献1：Kammer D C.Sensor placement for on
‑
orbit modal identification and correlation of large space structures[J].Journal of Guidance,Control,and Dynamics,1991,14(2):251
‑
259；
[0030]文献2：Kammer D C,Tinker M L.Optimal placement o本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二维有效独立法的传感器优化布置方法，其特征在于，包括：建立输电塔有限元模型；对所述输电塔有限元模型进行静力分析，模态分析初始态设为静力终态，对所述输电塔有限元模型进行模态分析，得到所述输电塔有限元模型的固有频率、模态阶数和与各个模态阶数对应的模态振型；根据所述输电塔有限元模型沿高度方向的主弦杆节点的节点数量，确定传感器布置数量；根据所述固有频率、所述模态振型和所述传感器布置数量，采用二维有效独立法进行传感器优化布置；根据所述模态阶数和对应的所述模态振型，对所述传感器优化布置的效果进行评价，以确定目标传感器布置数量和目标传感器布置位置。2.根据权利要求1所述的基于二维有效独立法的传感器优化布置方法，其特征在于，所述根据所述固有频率、所述模态振型和所述传感器布置数量，采用二维有效独立法进行传感器优化布置，包括：根据传感器测点、所述模态振型和测试传感器布置数量，得到模态信息；其中，所述传感器测点的测点数量等于所述节点数量，所述测试传感器布置数量大于或等于1，所述测试传感器布置数量小于或等于所述节点数量；根据所述模态信息对所述输电塔有限元模型进行无偏估计，得到费雪信息矩阵；根据费雪信息矩阵，对所述传感器测点进行筛选；根据所述模态阶数、与所述模态阶数对应的所述固有频率和所述模态信息，对所述传感器测点的布置位置进行筛选；根据筛选后的所述传感器测点更新所述模态信息以及所述费雪信息矩阵，直到所述测点数量等于所述测试传感器布置数量。3.根据权利要求2所述的基于二维有效独立法的传感器优化布置方法，其特征在于，所述根据传感器测点、所述模态振型和测试传感器布置数量，得到模态信息，包括：获取传感器输出信息公式，其中，所述传感器输出信息公式为：式中Ф为所述模态阶数对应的列向量组成的模态矩阵，ψ
i
为Φ的第i列向量，q为模态坐标，N为测试传感器布置数量，ω为静态高斯白噪声，q
i
为振型参与系数；将所述根据传感器测点、所述模态振型和测试传感器布置数量输入所述传感器输出信息公式，得到模态信息。4.根据权利要求2所述的基于二维有效独立法的传感器优化布置方法，其特征在于，所述根据费雪信息矩阵和所述模态信息，对所述传感器测点进行筛选，包括：获取有效独立分配矩阵E
2D
＝[Φ2ψ]2λ
‑1{1}
k
，其中，ψ表示由所述费雪信息矩阵的特征向量组成的矩阵，λ表示由所述费雪信息矩阵的特征值组成的矩阵，{1}
k
表示所述费雪信息矩阵第k行所有系数的总和；剔除所述有效独立分配矩阵中主对角元最小的所述传感器测点。
5.根据权利要求2所述的基于二维有效独立法的传感器优化布置方法，其特征在于，所述根据所述模态阶数、与所述模态阶数对应的所述固有频率和所述模态信息，对所述传感器测点的布置位置进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨挺，胡江华，郭伟明，邱秋辉，沈志明，张程，钟荣富，谢从珍，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司东莞供电局，
类型：发明
国别省市：