本發(fā)明屬于橋梁工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠性的驗(yàn)證方法。

背景技術(shù)：

大型橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，融合了現(xiàn)代測試分析、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)理論和通訊等領(lǐng)域的尖端技術(shù)。健康監(jiān)測系統(tǒng)的主體目標(biāo)是通過測量反映橋梁環(huán)境激勵(lì)和結(jié)構(gòu)響應(yīng)狀態(tài)的某些信息，實(shí)時(shí)監(jiān)測橋梁的工作性能和評(píng)估橋梁的工作狀態(tài)，以保證橋梁的安全運(yùn)營。近些年，隨著對(duì)橋梁安全性和耐久性認(rèn)識(shí)的提高以及新型的檢測手段、監(jiān)測技術(shù)及信息傳輸手段的不斷涌現(xiàn)，使得結(jié)構(gòu)長期監(jiān)測技術(shù)有了長足的發(fā)展。自90年代以來，許多國家將健康監(jiān)測系統(tǒng)安裝在一些大型纜索承重橋梁和造型獨(dú)特新穎的非傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的橋梁上。我國橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的研究與應(yīng)用始于20世紀(jì)90年代后期，與其他國家相比，我國健康監(jiān)測系統(tǒng)具有數(shù)量多、投資規(guī)模大的特點(diǎn)，如香港的青馬大橋、舟山跨海大橋、蘇通大橋和汀九大橋等。目前，國內(nèi)已有上百座大型橋梁安裝了健康監(jiān)測系統(tǒng)。經(jīng)過二十多年的積極探索，研究人員在橋梁健康監(jiān)測領(lǐng)域取得了一定的成果，但是由于監(jiān)測系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性、耐久性和抗干擾性的不足以及傳感器受環(huán)境因素的影響，監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性往往難以保證。

監(jiān)測數(shù)據(jù)是橋梁預(yù)警和狀態(tài)評(píng)估研究的重要數(shù)據(jù)支撐之一，其可靠性是進(jìn)行各項(xiàng)深入研究的重要前提。目前，基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的參考資料未見對(duì)數(shù)據(jù)可靠性進(jìn)行驗(yàn)證的研究。因此，對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠性的驗(yàn)證方法進(jìn)行研究具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠性的驗(yàn)證方法，利用已有的監(jiān)測數(shù)據(jù)，驗(yàn)證其可靠性，確保橋梁運(yùn)營安全。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠性的驗(yàn)證方法，首先提取連續(xù)固定時(shí)長的橋梁對(duì)稱位置的監(jiān)測數(shù)據(jù)；由于橋梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，在荷載作用下橋梁對(duì)稱位置的監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)該具有較高程度的相似性，采用斜率灰色關(guān)聯(lián)度方法計(jì)算對(duì)稱位置兩組監(jiān)測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)程度；分別計(jì)算該監(jiān)測位置不同類型傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)和不同位置相同傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)程度，以計(jì)算得到的灰色關(guān)聯(lián)度數(shù)值序列為指標(biāo)，若各組對(duì)稱位置監(jiān)測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)度均處于較高的水平，則認(rèn)為橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)均具有較高的可靠性水平；若出現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性較差，其他組數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性較好，則認(rèn)為關(guān)聯(lián)性較差的監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性不足；若所有的監(jiān)測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性均出現(xiàn)不足，則認(rèn)為橋梁可能出現(xiàn)異常，需要進(jìn)行詳細(xì)檢查。

進(jìn)一步的，一種橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠性的驗(yàn)證方法包括如下具體步驟：

1)，選取關(guān)注位置處對(duì)稱位置的監(jiān)測數(shù)據(jù)，根據(jù)橋梁的對(duì)稱性，提取連續(xù)固定時(shí)長的對(duì)稱位置的同類監(jiān)測數(shù)據(jù)。

2)，對(duì)選取的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，計(jì)算固定時(shí)長內(nèi)所有監(jiān)測數(shù)據(jù)的平均值，用實(shí)測的監(jiān)測數(shù)據(jù)減去均值，得到一組均值為0的數(shù)據(jù)。

3)，對(duì)對(duì)稱位置監(jiān)測數(shù)據(jù)的相似性進(jìn)行評(píng)估，本發(fā)明采用斜率灰色關(guān)聯(lián)度分析法評(píng)估對(duì)稱位置監(jiān)測數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化趨勢的一致性，斜率灰色關(guān)聯(lián)度能夠滿足梁剛統(tǒng)一化處理后的保序效應(yīng)，均值化、初值化均不會(huì)改變灰色關(guān)聯(lián)度序集。斜率關(guān)聯(lián)度的計(jì)算公式為

式中，n是連續(xù)固定時(shí)長內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)數(shù)量；和分別為對(duì)稱位置1和對(duì)稱位置2處的監(jiān)測數(shù)據(jù)；和是對(duì)稱位置1和對(duì)稱位置2處的相鄰時(shí)刻監(jiān)測數(shù)據(jù)差值，可表示為和

4)，若計(jì)算得到的相似性指標(biāo)滿足要求，則認(rèn)為分析的監(jiān)測數(shù)據(jù)具有較高的可靠性。

5)，若計(jì)算得到的相似性指標(biāo)不滿足要求，分別選取相同位置不同類型傳感器n組對(duì)稱位置監(jiān)測數(shù)據(jù)和相鄰位置相同類型傳感器的m組對(duì)稱位置監(jiān)測數(shù)據(jù)，依次進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理和相似性指標(biāo)的計(jì)算，形成序列指標(biāo)

式中，ri^j為對(duì)稱位置兩組監(jiān)測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)度，其中i表示不同的位置，j表示不同類型的傳感器。

a)，若序列指標(biāo)中任意ri^j均不滿足相似性的要求，則認(rèn)為橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常，需要進(jìn)行特殊檢查。

b)，若序列指標(biāo)中存在ri^j滿足相似性的要求，則認(rèn)為該對(duì)稱位置的監(jiān)測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性較差，認(rèn)為相關(guān)的監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性不足。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提出的一種橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠性的驗(yàn)證方法，充分利用了橋梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性特點(diǎn)，基于灰色關(guān)聯(lián)度理論計(jì)算對(duì)稱位置監(jiān)測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)度作為監(jiān)測數(shù)據(jù)相似性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。為了進(jìn)一步論證監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性，識(shí)別橋梁異?；驌p傷給橋梁對(duì)稱位置監(jiān)測數(shù)據(jù)相似性帶來的影響，分別選取相同位置不同傳感器和不同位置相同傳感器的對(duì)稱位置監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行相似性評(píng)估，增加了監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠性驗(yàn)證的可信度。有效地驗(yàn)證監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性，是橋梁損傷識(shí)別和狀態(tài)評(píng)估等研究的重要前提，是保證后續(xù)研究結(jié)論正確性的重要保障。

附圖說明

圖1是橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠性驗(yàn)證方法流程圖；

圖2是18#斜拉索對(duì)稱位置1索力監(jiān)測時(shí)間序列值；

圖3是18#斜拉索對(duì)稱位置2索力監(jiān)測時(shí)間序列值；

圖4是18#斜拉索對(duì)稱位置索力差值對(duì)比；

圖5是17#斜拉索對(duì)稱位置索力差值對(duì)比；

圖6是19#斜拉索對(duì)稱位置索力差值對(duì)比；

圖7是18#斜拉索位置對(duì)應(yīng)撓度對(duì)稱位置撓度差值對(duì)比。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解下述具體實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。

一種橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠性的驗(yàn)證方法，首先提取連續(xù)固定時(shí)長的橋梁對(duì)稱位置的監(jiān)測數(shù)據(jù)；由于橋梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，在荷載作用下橋梁對(duì)稱位置的監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)該具有較高程度的相似性，采用斜率灰色關(guān)聯(lián)度方法計(jì)算對(duì)稱位置兩組監(jiān)測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)程度；分別計(jì)算該監(jiān)測位置不同類型傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)和不同位置相同傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)程度，以計(jì)算得到的灰色關(guān)聯(lián)度數(shù)值序列為指標(biāo)，若各組對(duì)稱位置監(jiān)測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)度均處于較高的水平，則認(rèn)為橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)均具有較高的可靠性水平；若出現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性較差，其他組數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性較好，則認(rèn)為關(guān)聯(lián)性較差的監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性不足；若所有的監(jiān)測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性均出現(xiàn)不足，則認(rèn)為橋梁可能出現(xiàn)異常，需要進(jìn)行詳細(xì)檢查；包括如下具體步驟：

1)，選取關(guān)注的監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的傳感器位置，根據(jù)橋梁的對(duì)稱性，提取連續(xù)固定時(shí)長的對(duì)稱位置的同類監(jiān)測數(shù)據(jù)，該固定時(shí)長應(yīng)該根據(jù)荷載的作用周期選取，選取荷載作用的一個(gè)或數(shù)個(gè)完整周期作為一個(gè)研究時(shí)長；

2)，采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法評(píng)估對(duì)稱位置監(jiān)測數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化趨勢的一致性，斜率灰色關(guān)聯(lián)度能夠滿足梁剛統(tǒng)一化處理后的保序效應(yīng)，均值化、初值化均不會(huì)改變灰色關(guān)聯(lián)度序集。斜率關(guān)聯(lián)度的計(jì)算公式為

式中，n是連續(xù)固定時(shí)長內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)數(shù)量；和分別為對(duì)稱位置1和對(duì)稱位置2處的監(jiān)測數(shù)據(jù)；和是對(duì)稱位置1和對(duì)稱位置2處的相鄰時(shí)刻監(jiān)測數(shù)據(jù)差值，可表示為和

3)，分別選取相同位置不同類型傳感器n組對(duì)稱位置監(jiān)測數(shù)據(jù)和不同位置相同類型傳感器的m組對(duì)稱位置監(jiān)測數(shù)據(jù)，計(jì)算其關(guān)聯(lián)度值，形成序列指標(biāo)

式中，ri^j為對(duì)稱位置兩組監(jiān)測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)度，其中i表示不同的位置，j表示不同類型的傳感器。

a)，若序列指標(biāo)中任意ri^j的值均大于給定的閾值[r]，則認(rèn)為各組監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)稱位置均具有較高的關(guān)聯(lián)性，認(rèn)為橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)具有較高的可靠性；

b)，若序列指標(biāo)中存在ri^j的值小于給定的閾值[r]，則認(rèn)為該對(duì)稱位置的監(jiān)測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性較差，認(rèn)為相關(guān)的監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性不足；

c)，若序列指標(biāo)中所有的ri^j的值均小于給定的閾值[r]，則認(rèn)為橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常，需要進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)檢查。

可以通過經(jīng)驗(yàn)和試算確定上述閾值[r]的具體取值。

實(shí)施例：以某斜拉橋?yàn)槔x取該斜拉橋的18^#斜拉索索力的監(jiān)測數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象，選取20秒的連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)作為研究時(shí)長，索力的測量頻率為10hz，所以用于研究的索力監(jiān)測數(shù)據(jù)為200個(gè)。18^#斜拉索監(jiān)測索力值分別如圖2、3所示，若單獨(dú)分析斜拉索索力的監(jiān)測數(shù)值，無法判斷監(jiān)測數(shù)據(jù)是否可靠。

對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，即所有監(jiān)測數(shù)據(jù)減去該組數(shù)據(jù)的平均值，得到兩組均值為0的分析數(shù)據(jù)序列。根據(jù)式(1)，計(jì)算對(duì)稱位置索力監(jiān)測數(shù)值的斜率關(guān)聯(lián)度，計(jì)算結(jié)果為0.8038，對(duì)稱位置監(jiān)測數(shù)據(jù)差值隨時(shí)間序列波動(dòng)狀況如圖4所示。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果，斜率關(guān)聯(lián)度的閾值[r]設(shè)定為0.90，18^#號(hào)斜拉索對(duì)稱位置處索力監(jiān)測數(shù)據(jù)不滿足要求，分別選取17^#和19^#斜拉索和18^#斜拉索處對(duì)應(yīng)的撓度監(jiān)測數(shù)據(jù)，計(jì)算上述位置處監(jiān)測數(shù)據(jù)的斜率關(guān)聯(lián)度，以驗(yàn)證是否是結(jié)構(gòu)異常使得斜拉橋?qū)ΨQ位置處各種響應(yīng)出現(xiàn)差異。根據(jù)上述步驟，首先對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后根據(jù)式(1)計(jì)算斜率關(guān)聯(lián)度，17^#斜拉索索力、19^#斜拉索索力和18^#斜拉索對(duì)應(yīng)位置撓度的斜率關(guān)聯(lián)度分別為0.9782、0.9377和0.9761，均滿足斜率關(guān)聯(lián)度的閾值r≥[r]＝0.90的要求，各監(jiān)測數(shù)據(jù)差值的對(duì)比如圖5，圖6和圖7所示。根據(jù)式(2)，可以得到斜率關(guān)聯(lián)度的序列指標(biāo)由序列指標(biāo)可知，除18^#斜拉索索力之外，各對(duì)稱位置監(jiān)測數(shù)據(jù)具有很高的相似性，可以排除結(jié)構(gòu)異常引起18^#斜拉索對(duì)稱位置響應(yīng)出現(xiàn)差異的可能性，即可認(rèn)為18^#斜拉索對(duì)稱位置索力監(jiān)測數(shù)值的可靠性不足。

本發(fā)明方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述實(shí)施方式所公開的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。