【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及桥梁健康监测，具体涉及一种船舶撞击引发的桥梁损伤评估方法、系统及介质。
技术介绍
1、在复杂气候条件和人为因素影响下，船桥碰撞事故时有发生。在船桥事故中，桥梁遭受船舶撞击所致的局部破碎区内易产生裂缝，隐蔽裂缝若发现不及时，会对桥梁安全构成潜在威胁。目前，传感器通常采集加速度响应信号，但是由于环境因素的影响，造成信号特征异常的诱因难以区分，真实的损伤特性夹杂复杂的环境影响，无法被有效辨别。因此在损伤辨识研究中，有效剔除环境因素对于船桥撞损辨识研究至关重要。
2、现有对船舶撞击引发的桥梁局部隐蔽裂缝的辨识研究几乎为空缺。目前方法大多局限于从墩顶位移、转角等综合指标，在全局上对桥梁的撞损效应进行评估，判定船舶撞击桥梁是否发生损伤，而缺乏一种针对桥梁撞损后隐蔽裂缝局部辨识，准确捕捉其动力特征，并对裂缝位置和程度定位识别的有效检测方法。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供一种船舶撞击引发的桥梁损伤评估方法，该方法有效分离环境变量，实现快速准确提取桥梁动力信息，突破了现有撞损辨识方法无法区分损伤特征是否由真实损伤引起的局限性。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下的技术方案。
3、一种船舶撞击引发的桥梁损伤评估方法，包括以下步骤：
4、采集受船舶撞击桥梁桥墩的不同高度和位置的加速度响应信号阵列，根据加速度响应信号阵列生成加速度响应信号的时间序列矩阵；
5、根据时间序列矩阵绘制不同基函数下的时频相干谱，并
6、获得时间序列矩阵在最优的基函数下时频空间中的局部相关系数，并绘制时频相干谱；根据局部相关系数和时频相干谱评价时间序列间的关联依赖程度，判断船桥撞损是否发生；
7、若撞损发生，计算时间序列矩阵不同位置时频相干折损因子，并绘制时频相干折损因子轨迹曲线；根据时频相干折损因子轨迹曲线中突凸最大值处来确定撞损位置和撞损程度。
8、优选地，所述采集受船舶撞击桥梁的不同高度和位置的加速度响应信号阵列，包括以下步骤：
9、依照待测目标桥墩特征，安装爬壁机器人；所述爬壁机器人朝向桥墩的每一面均等间隔设置有至少一个加速度传感器；
10、驱动爬壁机器人沿桥墩自上而下或自下而上移动扫描桥墩，通过加速度传感器采集桥墩不同高度和位置处加速度响应信号阵列，生成时间序列矩阵。
11、优选地，所述时间序列矩阵如下式所示：
12、xij＝[x1x2...xl]
13、其中，m为所设置桥墩传感器层级总数，1≤i≤m；n为每层阵列传感器总数，1≤j≤n；l为采集时间序列总长度。
14、优选地，所述局部相关系数的计算如下式所示：
15、
16、式中，r2(a,b)是两序列间时频局部相关系数，s为平滑算子，和分别为时间序列xij和xik的小波系数，a是时频变换的尺度因子，b为平移因子；
17、式中，当j≠k时，是关于时间序列xij和xik的交叉小波变换函数，表示其交叉小波功率；当j＝k，是关于时间序列xij和xik的自相关小波变换函数，如下式所示：
18、
19、式中，*表示复共轭。
20、优选地，还包括：
21、采用小波函数作为基函数计算时间序列间时频相干值r2(a,b)中待定的小波系数如下式所示：
22、
23、式中，ψ是选取的小波基函数。
24、优选地，所述相干谱熵的计算包括以下步骤：
25、将时频相干谱等分为n个面积相同的时频平面，每块时频平面内相关系数通过95％显著性检验个数ζw,(w＝1,…,n)，整个时频相干谱的通过95％显著性检验的总个数a，对每块区域进行归一化处理，得：
26、
27、基于信息熵思路，利用下式计算时频相干谱的相干谱熵hc：
28、
29、其中，相干谱熵hc表示时频相干谱的内在信息量，若熵值越大，说明该时频相干谱所包含信息量越大，则其信息价值越高。
30、优选地，所述时频相干折损因子的计算包括以下步骤：
31、将时频相干折损因子∈定义如下：
32、∈＝(awcintact-awcinput)/awcintact
33、式中，awcintact是指无损伤结构在某一时频范围内时频相干值的平均值；awcinput是指待测结构在某一时频范围内时频相干值的平均值。
34、优选地，所述根据时频相干折损因子轨迹曲线中突凸最大值处来确定撞损位置和撞损程度，包括以下步骤：
35、基于时间序列矩阵在时频空间中的局部相关系数，利用蒙特卡洛方法计算时间序列在95％显著性水平下的相干性，并绘制时频相干谱；
36、其中，时频相干谱在某一时频范围内产生波动，当波动程度无法恢复至平稳时，判断船桥撞损发生，其中，波动程度通过时频相干谱中通过95％显著性检验个数占总数的比值来表示；
37、基于撞损位置处时频相干折损因子改变的特性，绘制时频相干折损因子轨迹曲线，当桥梁出现撞损后，接近撞损位置时频相干折损因子会突增，远离撞损位置折损因子几乎为0，认为曲线突凸最大值所在层级为撞损位置。
38、一种船舶撞击引发的桥梁损伤评估系统，所述系统包括：
39、处理器；
40、存储器，其上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序；
41、其中，所述计算机程序被所述处理器执行时实现所述的船舶撞击引发的桥梁损伤评估方法的步骤。
42、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有数据处理程序，所述数据处理程序被处理器执行时实现所述的船舶撞击引发的桥梁损伤评估方法的步骤。
43、本专利技术的有益效果：
44、本专利技术提出一种船舶撞击引发的桥梁损伤评估方法，该方法基于爬壁机器人采集的海量传感器信号，计算不同基函数下信号间的时频相干谱熵，对基函数进行优化选择，随后绘制在最优基函数时频空间下的时频相干谱。该方法有效分离环境变量，实现快速准确提取桥梁动力信息，突破了现有撞损辨识方法无法区分损伤特征是否由真实损伤引起的局限性。本专利技术针对临近撞损位置处时频局部相关系数改变的特性，建立时频相干折损因子，通过其轨迹曲线辨识船桥撞损位置与程度，为建立船桥碰撞损伤评估技术提供了基础性方法支持。
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1.一种船舶撞击引发的桥梁损伤评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的船舶撞击引发的桥梁损伤评估方法，其特征在于，所述采集受船舶撞击桥梁的不同高度和位置的加速度响应信号阵列，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的船舶撞击引发的桥梁损伤评估方法，其特征在于，所述时间序列矩阵如下式所示：
4.根据权利要求1所述的船舶撞击引发的桥梁损伤评估方法，其特征在于，所述局部相关系数的计算如下式所示：
5.根据权利要求4所述的船舶撞击引发的桥梁损伤评估方法，其特征在于，还包括：
6.根据权利要求5所述的船舶撞击引发的桥梁损伤评估方法，其特征在于，所述相干谱熵的计算包括以下步骤：
7.根据权利要求1所述的船舶撞击引发的桥梁损伤评估方法，其特征在于，所述时频相干折损因子的计算包括以下步骤：
8.根据权利要求1所述的船舶撞击引发的桥梁损伤评估方法，其特征在于，所述根据时频相干折损因子轨迹曲线中突凸最大值处来确定撞损位置和撞损程度，包括以下步骤：
9.一种船舶撞击引发的桥梁损伤评估系统
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有数据处理程序，所述数据处理程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的船舶撞击引发的桥梁损伤评估方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种船舶撞击引发的桥梁损伤评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的船舶撞击引发的桥梁损伤评估方法，其特征在于，所述采集受船舶撞击桥梁的不同高度和位置的加速度响应信号阵列，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的船舶撞击引发的桥梁损伤评估方法，其特征在于，所述时间序列矩阵如下式所示：
4.根据权利要求1所述的船舶撞击引发的桥梁损伤评估方法，其特征在于，所述局部相关系数的计算如下式所示：
5.根据权利要求4所述的船舶撞击引发的桥梁损伤评估方法，其特征在于，还包括：
6.根据权利要求5所述的船舶撞击引发的桥梁损伤评估方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹茂森，解春晖，钟万文，张宇峰，彭家意，德拉霍米尔·诺瓦克，崔丽，黄金文，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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