【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及桥梁健康监测，特别涉及一种高效的桥梁健康监测预警方法和系统。
技术介绍
1、由于桥梁结构特殊性及建设位置特殊性，现有的桥梁定期检测传统技术难以及时发现桥梁的病害问题，容易产生安全隐患。随着装备制造、电子信息、人工智能及通讯技术的发展，桥梁健康监测成为了未来发展的趋势。桥梁健康监测能够实时监测长大桥梁的所处环境变化、车辆与环境作用、结构响应及结构变化，弥补了传统人工检测技术时效性不足的问题。
2、桥梁结构在环境温度与太阳辐射的作用下，受到环境整体升降温、结构内外温差、结构空间梯度的耦合影响，形成十分复杂的时变非线性温度场，导致桥梁结构响应位移、应变监测数据呈现幅值、相位不稳定的波动信号特征。然而，工程中通常采用的结构分析软件难以模拟复杂多变的温度场，无法实时计算复杂温度场作用下的结构响应。在车辆荷载等外荷载的共同作用下，桥梁应变或位移监测数据成分复杂，难以在健康监测系统中设置合理地预警体系，不能对桥梁的安全状况进行有效预警，难以发挥更好地作用。
3、专利授权公告号为cn111738996b的中国专利技术专利提出采用神经网络对监测数据预测进而设置预警阀值的技术方案，但是需要大量的样本进行验证、迭代，面对测点数量较多的健康监测系统，需要消耗较高的计算成本，并且对采样频率较高的动态监测数据是否能够适用的问题。专利授权公告号为cn116698323b的中国专利技术专利采用pca法将传感器数据中的温度分量与挠度分量分开，但需要积累一定的数据量进行处理，达不到实时处理的效果。专利公开号为cn1158761
4、上述专利技术从算法、系统架构角度提出了桥梁监测数据处理及预警方法，但是难以实现监测数据实时高效地轻量化处理，软件人员无法做到轻量化开发；并且没有针对桥梁结构的力学特点提出预警阀值的详细计算方法，以及相应的成套桥梁监测数据预警系统体系。
技术实现思路
1、鉴于以上内容，为了能够更好地发挥桥梁健康监测系统的作用，针对能够反映桥梁安全的结构响应动态监测数据，本专利技术提出一种高效的桥梁健康监测预警方法和系统，可以实现高频监测动态数据的实时高效轻量化处理、监测预警阀值的合理准确设置及预警系统的通用功能配置，为类似工程提供借鉴。
2、为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种高效的桥梁健康监测预警方法，包括如下步骤：
4、s1、基于数据驱动原理对海量高频位移或应变监测数据进行预处理，得到预处理后的监测数据，预处理包括如下步骤：
5、s1.1、选取连续采集一周及以上的结构位移或应变动态监测数据作为数据集xtest；
6、s1.2、按照时间间隔t0，将数据集xtest在时域范围内划分为n个数据组，分割后的数据组分别是xti，i＝1,2,...,n；
7、s1.3、采用统计分析法中的标准差法检测并剔除数据组xti中车辆荷载、设备异常所致的离群值，具体步骤为：
8、s1.3.1、计算数据组xti的平均值μi和标准差σi，计算公式如下：
9、
10、
11、其中，q表示数据组xti中的数据数量，xti(j)表示数据组xti中第j个数据；
12、s1.3.2、采用3σ法则或2σ法则或1σ法则对数据组xti进行过滤，得到过滤后的新数据组xti，即，或或
13、s1.4、采用线性滤波算法中的均值滤波算法，剔除第i+1个数据组xt(i+1)中温度场对桥梁结构产生的影响，得到已经剔除温度场对桥梁结构的影响后的新数据组x′t(i+1)，剔除的具体步骤为：
14、s1.4.1、计算步骤s1.3所得的新数据组x′ti的平均值μ′i，计算公式如下：
15、
16、其中，q'表示新数据组x′ti中的数据数量，x′ti(k)表示新数据组x′ti中第k个数据；
17、s1.4.2、将数据组xt(i+1)中的各个数据依次减去平均值μ′i，得到数据组x′t(i+1)；
18、s1.5、采用上述步骤s1.3和s1.4对数据集xtest中的所有数据组进行处理，得到剔除温度场对监测数据的影响后的新数据集xtest’；
19、s1.6、采用小波分析对数据集xtest进行小波分解，分解得到的细节信号xval为剔除温度场影响的监测数据，将细节信号xval作为验证数据；采用均方根误差法计算数据xtest’与验证数据xval之间的差异程度，取最小差异程度时对应的实时处理时间间隔t0作为实际实时处理的时间间隔t；
20、s1.7、按照步骤s1.6所得的实际实时处理的时间间隔t，采用步骤s1.2-s1.5的方法对所采集的实时监测数据进行预处理，得到剔除温度场影响的位移或应变监测数据；
21、s2、基于力学驱动原理计算桥梁健康监测结构响应预警阀值，计算方法如下：
22、s2.1、采用轻量化的建模技术建立桥梁结构杆系有限元模型；
23、s2.2、对步骤s2.1所得的有限元模型施加车辆荷载；
24、s2.3、采用准永久组合作为有限元模型的荷载效应组合，准永久组合的效应计算值为：
25、
26、其中，sqd表示准永久组合作用下的荷载效应，gik表示永久作用的标准值，q1k表示车辆荷载的标准值，λq1表示车辆荷载准永久系数，取0.4，λqj表示除车辆荷载以外其余可变作用的准永久系数；m表示永久作用的荷载类型数量；z表示可变作用的荷载类型数量；
27、s2.4、根据步骤s2.3，采用准永久组合计算桥梁结构响应预警阈值，结构响应预警值指结构的位移或应变值，其包含结构响应预警上下限值，结构响应预警上下限值计算公式如下：
28、sql＝ε(1+μ)λq1q1k min
29、squ＝ε(1+μ)λq1q1k max
30、其中，sql分别表示桥梁结构响应预警上限值，squ分别表示桥梁结构响应预警下限值；q1k max表示采用软件按照步骤s2.2的车辆荷载布置方法计算得到的车辆荷载效应的最大值，q1k min表示采用软件按照步骤s2.2的车辆荷载布置方法计算得到的车辆荷载效应的最小值；λq1表示车辆荷载准永久系数，取0.4；μ表示冲击系数；ε表示预警系数；
31、s3、通过步骤s2所得的桥梁结构响应预警阈值对步骤s1所得的预处理后监测数据进行监控预警。
32、进一步地，步骤s2.1中，有限元模型基于根据桥梁结构的设计图纸建立，有限元模型包括桥梁的上部结构、下部结构与附属结构；对于上部结构，除了斜拉桥的斜拉索、拱桥的吊杆及悬索桥的吊索采用索单元以外，上部结构其他承重构件采用梁单元；对于下部结构，桥梁墩台采用梁单元建立，并且装配式中小跨径本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高效的桥梁健康监测预警方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种高效的桥梁健康监测预警方法，其特征在于，步骤S2.1中，有限元模型基于根据桥梁结构的设计图纸建立，有限元模型包括桥梁的上部结构、下部结构与附属结构；对于上部结构，除了斜拉桥的斜拉索、拱桥的吊杆及悬索桥的吊索采用索单元以外，上部结构其他承重构件采用梁单元；对于下部结构，桥梁墩台采用梁单元建立，并且装配式中小跨径桥梁不需要建立下部结构；对于附属结构，混凝土桥面铺装采用板单元，其余附属结构以恒载的方式施加。
3.如权利要求1所述的一种高效的桥梁健康监测预警方法，其特征在于，对于步骤S2.4中的预警系数ε，一级预警取0.8、二级预警取1.0。
4.一种高效的桥梁健康监测预警系统，其特征在于，包括数据监测单元、数据采集单元、数据处理单元和预警单元，其中，
5.如权利要求4所述的一种高效的桥梁健康监测预警系统，其特征在于，还包括预警处理模块，预警处理模块用于接收预警单元发出的预警信息并分类记录及处理，具体包括“未确认”模块、“已关闭”模块、“一级预警处理”
...【技术特征摘要】
1.一种高效的桥梁健康监测预警方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种高效的桥梁健康监测预警方法，其特征在于，步骤s2.1中，有限元模型基于根据桥梁结构的设计图纸建立，有限元模型包括桥梁的上部结构、下部结构与附属结构；对于上部结构，除了斜拉桥的斜拉索、拱桥的吊杆及悬索桥的吊索采用索单元以外，上部结构其他承重构件采用梁单元；对于下部结构，桥梁墩台采用梁单元建立，并且装配式中小跨径桥梁不需要建立下部结构；对于附属结构，混凝土桥面铺装采用板单元，其余附属结构以恒载的方式施加。
3.如权利要求1所述的一种高效的桥梁健康监测预警方法，其特征在于，对于步骤s2.4中的预警系数ε，一级预警取0.8、二级预警取1.0。
4.一种高效的桥梁健康监测预警系统，其特征在于，包括数据监测单元、数据采集单元、数...
【专利技术属性】
技术研发人员：王希瑞，王龙林，谭国金，王华，杨涛，霍珍生，卓小丽，于孟生，黎永康，
申请(专利权)人：广西交科集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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