本發(fā)明涉及橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析與處理領(lǐng)域，具體涉及一種基于多重小波的橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常情況識(shí)別方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和全國(guó)交通網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，公路橋梁總量持續(xù)增加。據(jù)《2015年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示，截止2015年底，全國(guó)公路橋梁達(dá)77.92萬(wàn)座，特大橋梁3894座，大型橋梁79512座。然而，對(duì)于已建成投入營(yíng)運(yùn)的橋梁，在其服役過(guò)程中必然遭受環(huán)境、荷載、老化等因素的影響，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能退化，形成安全隱患；另外，不斷加大的交通量也使得許多橋梁的設(shè)計(jì)荷載無(wú)法滿足現(xiàn)行車(chē)輛荷載的使用需求。近年來(lái)橋梁垮塌事故頻發(fā)，不僅給人民群眾生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失，也帶來(lái)了極為不良的社會(huì)影響。國(guó)內(nèi)橋梁界逐漸認(rèn)識(shí)到橋梁服役時(shí)監(jiān)測(cè)的重要性，目前已在眾多大型橋梁上建設(shè)實(shí)施了橋梁運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。橋梁的運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)每天會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，從海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中挖掘出橋梁結(jié)構(gòu)安全信息，對(duì)可能出現(xiàn)的安全隱患進(jìn)行提前預(yù)警，是技術(shù)人員研究的重點(diǎn)、難點(diǎn)。這一領(lǐng)域的研究成果相對(duì)較少，且實(shí)地應(yīng)用情況還不太令人滿意。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于多重小波的橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常情況識(shí)別方法，本發(fā)明采用小波技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行多重分析處理，發(fā)現(xiàn)隱含在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中的本征特性。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種基于多重小波的橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常情況識(shí)別方法，包括以下步驟：步驟1)截取一段時(shí)間內(nèi)某一個(gè)測(cè)點(diǎn)某一種類型的橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為待分析原始信號(hào)S；步驟2)第一重小波處理：采用Daubechies小波對(duì)原始信號(hào)S進(jìn)行多尺度分解；原始信號(hào)S被分解為低頻部分SA1和高頻部分SD1，其中SA1又再次被分為第2層低頻部分SA2和第2層高頻部分SD2，以此類推；原始信號(hào)S分解到第n層的低頻子帶信號(hào)SAn表征原始信號(hào)S的低頻趨勢(shì)信息；步驟3)第二重小波處理：設(shè)置信號(hào)SAn為信號(hào)P，采用Daubechies小波對(duì)信號(hào)P進(jìn)行m層分解，得到分解后的第1層高頻子帶信號(hào)PD1；步驟4)第三重小波處理：取PD1的絕對(duì)值為特征信號(hào)Q，采用Daubechies小波對(duì)特征信號(hào)Q進(jìn)行j層分解，得到分解后的第j層低頻子帶信號(hào)QAj；QAj的絕對(duì)值大小表征原始信號(hào)S的變異程度；步驟5)當(dāng)t時(shí)刻的|QAj|＞k時(shí)，說(shuō)明原始信號(hào)S在t時(shí)刻出現(xiàn)異常。

進(jìn)一步，以橋梁正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為樣本，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法設(shè)定閾值k。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明通過(guò)對(duì)橋梁監(jiān)測(cè)海量數(shù)據(jù)分析，采用多重小波技術(shù)從含有噪聲的原始監(jiān)測(cè)信號(hào)中提取出反映橋梁運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的有用信號(hào)，通過(guò)判斷該有用信號(hào)是否超限來(lái)確定橋梁運(yùn)營(yíng)狀態(tài)是否發(fā)生改變，達(dá)到識(shí)別橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常情況的目的，可在橋梁在線監(jiān)測(cè)分析與離線監(jiān)測(cè)分析中發(fā)揮作用。

附圖說(shuō)明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中：

圖1是對(duì)信號(hào)S進(jìn)行多層小波分解示意圖；

圖2是某大橋應(yīng)變測(cè)點(diǎn)原始信號(hào)S；

圖3是處理后信號(hào)|QAj|。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說(shuō)明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，一種基于多重小波的橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常情況識(shí)別方法，包括以下步驟：

1)截取一段時(shí)間內(nèi)某一個(gè)測(cè)點(diǎn)某一種類型的橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(如裂縫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、撓度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、傾斜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等)為待分析原始信號(hào)S。

2)第一重小波處理(原始信號(hào)趨勢(shì)提取)：采用Daubechies小波對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行多尺度分解，如附圖1。原始信號(hào)S被分解為低頻部分SA1和高頻部分SD1，其中SA1又再次被分為第2層低頻部分SA2和第2層高頻部分SD2，以此類推。原始信號(hào)S分解到第n層的低頻子帶信號(hào)SAn表征原始信號(hào)S的低頻趨勢(shì)信息。當(dāng)橋梁監(jiān)測(cè)情況發(fā)生異變時(shí)，趨勢(shì)信號(hào)SAn會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)改變，但這可能無(wú)法直觀的從信號(hào)中體現(xiàn)出來(lái)，因此需進(jìn)行第二重小波處理。

3)第二重小波處理(奇異性檢測(cè))：信號(hào)奇異性分兩種情況，一種是信號(hào)在某一個(gè)時(shí)刻內(nèi)，幅值發(fā)生突變，引起信號(hào)非連續(xù)，另一種是信號(hào)外觀光滑，幅值沒(méi)有突變，但信號(hào)斜率有突變發(fā)生。設(shè)置信號(hào)SAn為信號(hào)P，采用Daubechies小波對(duì)P進(jìn)行m層分解，得到分解后的第1層高頻子帶信號(hào)PD1。PD1對(duì)信號(hào)P中的奇異性反映敏感，但由于其高敏感性，可能使得反映橋梁異常情況的關(guān)鍵信息被淹沒(méi)，信噪比較低，因此需進(jìn)行第三重小波處理。

4)第三重小波處理(特征信號(hào)趨勢(shì)提取)：取PD1的絕對(duì)值為特征信號(hào)Q，采用Daubechies小波對(duì)Q進(jìn)行j層分解，得到分解后的第j層低頻子帶信號(hào)QAj。

5)QAj的絕對(duì)值大小表征原始信號(hào)S的變異程度。當(dāng)t時(shí)刻的|QAj|＞k時(shí)，說(shuō)明原始信號(hào)S在t時(shí)刻出現(xiàn)較大變異，橋梁運(yùn)營(yíng)狀態(tài)可能發(fā)生改變，有必要發(fā)出報(bào)警信息。

以橋梁正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為樣本，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法設(shè)定閾值k。

圖2是某大橋某應(yīng)變測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的原始信號(hào)S。原始信號(hào)S在后半段時(shí)間內(nèi)發(fā)生明顯減小的異常狀況。圖3是采用本發(fā)明所述方法對(duì)原始信號(hào)S處理后得到的信號(hào)|QAj|。從圖3中可以看到，在后半段時(shí)間，信號(hào)值明顯增大，超出閾值k，有必要發(fā)出報(bào)警信息。

經(jīng)實(shí)地調(diào)查得知，后半段信號(hào)異常是由于該橋進(jìn)行荷載試驗(yàn)，測(cè)點(diǎn)附近新增裂紋，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)值異常減小。

本案例中，由于外在突發(fā)因素(荷載試驗(yàn)導(dǎo)致新增裂縫產(chǎn)生)明顯，故在圖2原始信號(hào)S上能比較直觀的看到應(yīng)變的異常變化情況。然而，在實(shí)際工程監(jiān)測(cè)中，還有許多無(wú)法直接從原始信號(hào)中發(fā)現(xiàn)隱含異常的案例，此時(shí)，按照本發(fā)明所述方法，能較好的找出異常征兆。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。