【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及道路工程领域，尤其是涉及一种基于分布式光纤的路面结构参数估计方法。
技术介绍
1、利用检测技术或监测手段对路面结构参数进行估计是路面结构性能评定的重要部分。其中模量、刚度等参数反映了道路结构的承载性能，质量参数反映了结构内部是否产生损伤，阻尼参数反映了道路结构的减震性能。
2、现有技术多采用室内试验或现场原位测试方法。然而，室内试验仅能够对单个样品进行测试，且仅能以1～2个指标表征该样品的结构参数，无法反映不同位置结构参数的分布情况。现场原位测试通常采用冲击测试方法，对路面整体结构的回弹模量进行反演，但也仅能以少量的指标反映道路结构性能，无法准确估计道路结构实际的结构参数。
3、以分布式光纤为代表的智能铺面监测技术逐渐成为了道路结构性能感知的可靠手段，尽管其可以实现大范围应力应变的分布式测量，但具体的应用模式多是直接以测量的应变或变形等物理量表征道路结构内部损伤，尚无法实现对模量、质量、阻尼等结构参数的估计和反演。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高参数评估精度的基于分布式光纤的路面结构参数估计方法。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种基于分布式光纤的路面结构参数估计方法，包括以下步骤：
4、s1、获取待估计参数的路面结构，构建所述路面结构的有限元仿真模型，确定初始结构参数；
5、s2、将分布式光纤嵌入所述路面结构中，并记录分
6、s3、对嵌入分布式光纤的路面结构施加冲击荷载，根据所述测点的位置计算实测应变模态；
7、s4、根据当前结构参数，在所述限元仿真模型中施加同等的所述冲击荷载，计算有限元仿真模型的应变模态；
8、s5、将所述有限元仿真模型的应变模态与路面结构的实测应变模态进行比较，构建参数估计目标函数；
9、s6、采用最优化求解算法求解所述参数估计目标函数，获得此次最优路面结构参数，并作为下一次估计的初始参数，重复执行步骤s3和步骤s4，直至获得最终的最优路面结构参数。
10、进一步地，所述有限元仿真模型为二维模型或三维模型。
11、进一步地，所述有限元仿真模型包括连续分割的多个单元。
12、进一步地，所述分布式光纤嵌入路面结构的具体步骤包括：
13、在嵌入前，将所述分布式光纤进行初次预拉伸至特定的目标值；
14、在路面结构中的梁结构上挤压出一个凹槽，将分布式光纤置于所述凹槽内，并对分布式光纤进行再次预拉伸；
15、采用热沥青填充凹槽，并将传感器设置在所述路面结构上；
16、对分布式光纤进行消除施工温度处理，完成分布式光纤嵌入路面结构的过程。
17、进一步地，步骤s3中，所述计算实测应变模态的具体步骤包括：
18、s31、根据分布式光纤测点的位置，测量测点对应的应变响应；
19、s32、基于所述应变响应，以某一测点为基准点，计算与其他测点的互功率谱密度矩阵；
20、s33、将所述互功率谱密度矩阵进行归一化；
21、s34、基于归一化互功率谱密度矩阵，计算矩阵中每列的平均值作为所述基准点处的代表互功率谱密度向量；
22、s35、选择不同的测点作为基准点，重复步骤s32至s34，以获得代表性的互功率谱密度矩阵；
23、s36、基于所述代表性的互功率谱密度矩阵获得在频域中的分布，并提取与局部峰值相对应的频率为应变模态频率；
24、s37、将所述代表性的互功率谱密度矩阵中的每一列的每个元素都除以该列的第一个元素并乘以一个符号函数；
25、s38、选择不同的测点作为基准点，重复步骤s37，并求平均；
26、s39、在平均结果中提取所述应变模态频率处的向量作为与应变模态频率相对应的应变模态。
27、进一步地，所述归一化为将所述互功率谱密度矩阵中的每一行进行归一化，并将每一行的和作为缩放因子，归一化后的互功率谱密度矩阵为：
28、
29、
30、式中，为基准点p处归一化后的互功率谱密度矩阵，fl,fh分别表示频带的下限和上限，n表示测点的数量，cpsdpq(f)表示gpq(f)的实部互功率谱的幅度。
31、进一步地，所述代表性的互功率谱密度矩阵为：
32、cpsdr＝(cpsdr(1),…,cpsdr(p),…,cpsdr(n))t
33、
34、式中，cpsdr为代表性的互功率谱密度矩阵，cpsdr(p)为基准点p处的代表互功率谱密度向量，fl,fh分别表示频带的下限和上限，n表示测点的数量，cpsdpq(f)表示gpq(f)的实部互功率谱的幅度。
35、进一步地，所述有限元仿真模型的应变模态通过利用有限元求解器进行计算。
36、进一步地，所述参数估计目标函数为：
37、
38、式中，mac为模态置信度，ψexp为实测应变模态，ψfem为有限元仿真模型的应变模态，根据待估计的路面结构参数在有限元求解器中通过有限查分方法计算。
39、进一步地，所述最优化求解模型包括遗传算法、非线性最小二乘法和粒子群算法中的一种或多种。
40、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
41、(1)本专利技术利用分布式光纤的大范围、高精度感知能力，采用模型更新理念，不断地根据当前求解的最优参数估计值作为下一次求解的初始值，通过多次重复步骤，实现路面结构参数的精细估计，相较传统方法可大大提高结构参数反演的精细程度，有利于提升结构性能评估的准确程度。
42、(2)本专利技术不仅可提高路面结构力学实验的精准性，还可以在实际路面结构性能评定中进行应用。通过实现道路结构参数的精细化估计，可以将大量实测工作替代为有限元仿真模拟，大大减少道路结构性能检测工作量。
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1.一种基于分布式光纤的路面结构参数估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤的路面结构参数估计方法，其特征在于，所述有限元仿真模型为二维模型或三维模型。
3.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤的路面结构参数估计方法，其特征在于，所述有限元仿真模型包括连续分割的多个单元。
4.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤的路面结构参数估计方法，其特征在于，所述分布式光纤嵌入路面结构的具体步骤包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤的路面结构参数估计方法，其特征在于，步骤S3中，所述计算实测应变模态的具体步骤包括：
6.根据权利要求5所述的一种基于分布式光纤的路面结构参数估计方法，其特征在于，所述归一化为将所述互功率谱密度矩阵中的每一行进行归一化，并将每一行的和作为缩放因子，归一化后的互功率谱密度矩阵为：
7.根据权利要求5所述的一种基于分布式光纤的路面结构参数估计方法，其特征在于，所述代表性的互功率谱密度矩阵为：
8.根据权利要求1所述的一种基于分布式
9.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤的路面结构参数估计方法，其特征在于，所述参数估计目标函数为：
10.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤的路面结构参数估计方法，其特征在于，所述最优化求解模型包括遗传算法、非线性最小二乘法和粒子群算法中的一种或多种。
...【技术特征摘要】
1.一种基于分布式光纤的路面结构参数估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤的路面结构参数估计方法，其特征在于，所述有限元仿真模型为二维模型或三维模型。
3.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤的路面结构参数估计方法，其特征在于，所述有限元仿真模型包括连续分割的多个单元。
4.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤的路面结构参数估计方法，其特征在于，所述分布式光纤嵌入路面结构的具体步骤包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤的路面结构参数估计方法，其特征在于，步骤s3中，所述计算实测应变模态的具体步骤包括：
6.根据权利要求5所述的一种基于分布式光纤的路面结构参数估计方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴荻非，曾孟源，杜豫川，赵鸿铎，严宇，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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