基于结构健康监测系统的桥梁数据异常诊断研究

袁慎芳; 梁栋; 高宁; 张宇峰

doi:10.3969/j.issn.1001-0548.2013.01.016

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基于结构健康监测系统的桥梁数据异常诊断研究

袁慎芳, 梁栋, 高宁, 张宇峰

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袁慎芳, 梁栋, 高宁, 张宇峰. 基于结构健康监测系统的桥梁数据异常诊断研究[J]. 电子科技大学学报, 2013, 42(1): 69-74. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2013.01.016

引用本文:

袁慎芳, 梁栋, 高宁, 张宇峰. 基于结构健康监测系统的桥梁数据异常诊断研究[J]. 电子科技大学学报, 2013, 42(1): 69-74. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2013.01.016

YUAN Shen-fang, LIANG Dong, GAO Ning, ZHANG Yu-feng. The Bridge Data Diagnosis Research Based on Structural Health Monitoring System[J]. Journal of University of Electronic Science and Technology of China, 2013, 42(1): 69-74. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2013.01.016

Citation:

YUAN Shen-fang, LIANG Dong, GAO Ning, ZHANG Yu-feng. The Bridge Data Diagnosis Research Based on Structural Health Monitoring System[J]. Journal of University of Electronic Science and Technology of China, 2013, 42(1): 69-74. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2013.01.016

基于结构健康监测系统的桥梁数据异常诊断研究

doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2013.01.016

1.
南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室南京 210016;
2.
南京航空航天大学无人机研究院南京 210016;
3.
长大桥梁健康检测与诊断技术交通行业重点实验室南京 211112

基金项目:

国家自然科学基金(60772072, 50830201); 江苏省普通高校研究生科研创新计划(CX10B_097Z); 江苏省自然科学基金(BK2008510)

详细信息

作者简介:
袁慎芳(1968-),女,教授,主要从事结构健康监测和信息信号处理方面的研究.

中图分类号: TP212;U446

The Bridge Data Diagnosis Research Based on Structural Health Monitoring System

1.
The Aeronautic Key Laboratory of Smart Material and Structure,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Nanjing 210016;
2.
Research Institute of Unmanned Aircraft,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Nanjing 210016;
3.
Key Laboratory of Long-Span Bridge Health Inspection & Diagnosis Technology of Ministry of Transport Nanjing 211112

摘要: 桥梁结构监测主要集中在对桥梁结构损伤位置和损伤程度的研究, 然而, 这是以桥梁结构健康监测系统数据有效为前提的. 在实际的环境里, 由监测系统自身故障引起的异常往往会对监测数据有一定影响, 使得监测系统产生损伤误报, 增加了虚警率; 同时, 由某些外部荷载引起的突发事件, 可能会对结构有严重破坏, 不利于桥梁的安全维护和管理. 为了保证桥梁的安全, 提高桥梁结构监测的有效性, 有必要对特殊事件进行异常诊断. 该文将一类识别方法应用到桥梁数据诊断中, 即通过核主成分分析和超球面一类支持向量机方法将一般监测数据和特殊事件数据有效区分, 并利用江阴大桥的加速度传感器数据验证了该方法在船撞、台风、传感器装机噪声和传感器跳变信号下的有效性.
- 桥梁结构健康监测 /
- 数据异常诊断 /
- 核主成分分析 /
- 超球面一类支持向量机
Abstract: The research on the bridge structural monitoring focuses mainly on the identification of the structure damage position and degree. However, these researches are based on the data of the structural health monitoring system. In the actual environment, the abnormal data caused by the failure monitoring system can often make the false prognosis, increasing the false alarm rate. Meanwhile, the bridge may have serious structural damage from the unexpected events caused by some external loads. They are not conducive to the bridge safety maintenance and management. In order to ensure the bridge safety and improve the effectiveness of the bridge structure monitoring, it is necessary to diagnose these special events. In the paper, kernel principal component analysis (KPCA) and hyperspherical support vector machine method are employed to separate the general monitoring data from the event data. The acceleration sensor data in Jiangyin Bridge is used to validate the effectiveness of the method under the ship collision, typhoons, sensor installed noise, and sensor step signals.
- bridge structural health monitoring /
- data novelty diagnosis /
- kernel principal component analysis /
- hyperspherical one-class support vector machine

[1]	刘敏, 方义治, 孙廷玺, 何伟, 罗思琴, 兰雪珂, 周念成. 基于多元模糊支持向量数据描述的高压电缆缺陷识别 . 电子科技大学学报, 2020, 49(2): 240-247. doi: 10.12178/1001-0548.2019010
[2]	王莉君, 何政伟, 冯平兴. 基于ICA的异常数据挖掘算法研究 . 电子科技大学学报, 2015, 44(2): 211-214. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.02.009
[3]	李琳, 伍少梅, 唐宁九. 基于中心加权的局部核向量机算法 . 电子科技大学学报, 2014, 43(4): 612-617. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.025
[4]	王晓, 刘小芳. 基于NSVM的核空间训练数据减少方法 . 电子科技大学学报, 2013, 42(4): 592-596. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2013.04.012
[5]	范守文, 徐凌翔. 基于数据流异常监测的软件容错纠错方法 . 电子科技大学学报, 2012, 41(4): 586-591. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.04.021
[6]	张雪芹, 顾春华, 吴吉义. 异常检测中支持向量机最优模型选择方法 . 电子科技大学学报, 2011, 40(4): 559-563. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.04.017
[7]	何海江, 陈姝. 由排序支持向量机抽取博客文章的摘要 . 电子科技大学学报, 2010, 39(4): 593-597. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.04.026
[8]	许丽佳, 王厚军, 黄建国. CHMM在发射机状态监测与健康评估中的应用研究 . 电子科技大学学报, 2010, 39(6): 875-879,890. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.06.015
[9]	陈其松, 陈孝威, 张欣, 吴茂念. 优化SVM在锅炉负荷预测中的应用 . 电子科技大学学报, 2010, 39(2): 316-320. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.02.035
[10]	向国齐, 严志坚, 黄大贵. 支持向量机替代模型的遗传优化设计 . 电子科技大学学报, 2009, 38(3): 459-462. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2009.03.034
[11]	万群, 王伟, 黄际彦, 宋玉梅. 模糊支持向量机的非直达波抑制算法 . 电子科技大学学报, 2008, 37(6): 803-806.
[12]	徐图, 罗瑜, 何大可. 多类支持向量机的DDoS攻击检测的方法 . 电子科技大学学报, 2008, 37(2): 274-277.
[13]	胡丹, 肖建, 车畅. 再生核支持向量机在非线性系统中的应用 . 电子科技大学学报, 2008, 37(1): 124-127.
[14]	佘堃, 蒲红梅, 郑方伟, 周明天. 自适应多目独立成分分析 . 电子科技大学学报, 2007, 36(1): 11-13.
[15]	王勇, 许录平. 独立成分分析和支持向量机的虹膜识别方法 . 电子科技大学学报, 2007, 36(3): 583-586.
[16]	张衡, 张毓森. 一种基于LSM的数据源在异常检测中的应用 . 电子科技大学学报, 2004, 33(4): 403-406.
[17]	陶德元, 袁晓, 何小海. 一类复子波的时-频局域化特征分析 . 电子科技大学学报, 2001, 30(1): 21-25.
[18]	饶妮妮. 一类混合混沌序列及其特性分析 . 电子科技大学学报, 2001, 30(2): 115-119.
[19]	朱文莉. 一类具有时滞的神经网络的稳定性分析 . 电子科技大学学报, 2000, 29(5): 556-559.
[20]	徐红兵, 吕炳朝, 陈光. 一类非线性动力学系统的变结构混沌控制 . 电子科技大学学报, 1999, 28(3): 283-285.

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基于结构健康监测系统的桥梁数据异常诊断研究

doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2013.01.016

1. 南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室南京 210016;

2. 南京航空航天大学无人机研究院南京 210016;

3. 长大桥梁健康检测与诊断技术交通行业重点实验室南京 211112

基金项目:

国家自然科学基金(60772072, 50830201); 江苏省普通高校研究生科研创新计划(CX10B_097Z); 江苏省自然科学基金(BK2008510)

作者简介:
袁慎芳(1968-),女,教授,主要从事结构健康监测和信息信号处理方面的研究.

收稿日期: 2011-02-17
修回日期: 2012-10-29
刊出日期: 2013-02-15

中图分类号: TP212;U446

关键词:

摘要: 桥梁结构监测主要集中在对桥梁结构损伤位置和损伤程度的研究, 然而, 这是以桥梁结构健康监测系统数据有效为前提的. 在实际的环境里, 由监测系统自身故障引起的异常往往会对监测数据有一定影响, 使得监测系统产生损伤误报, 增加了虚警率; 同时, 由某些外部荷载引起的突发事件, 可能会对结构有严重破坏, 不利于桥梁的安全维护和管理. 为了保证桥梁的安全, 提高桥梁结构监测的有效性, 有必要对特殊事件进行异常诊断. 该文将一类识别方法应用到桥梁数据诊断中, 即通过核主成分分析和超球面一类支持向量机方法将一般监测数据和特殊事件数据有效区分, 并利用江阴大桥的加速度传感器数据验证了该方法在船撞、台风、传感器装机噪声和传感器跳变信号下的有效性.

English Abstract

The Bridge Data Diagnosis Research Based on Structural Health Monitoring System

1. The Aeronautic Key Laboratory of Smart Material and Structure,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Nanjing 210016;

2. Research Institute of Unmanned Aircraft,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Nanjing 210016;

3. Key Laboratory of Long-Span Bridge Health Inspection & Diagnosis Technology of Ministry of Transport Nanjing 211112

Received Date: 2011-02-17
Rev Recd Date: 2012-10-29
Publish Date: 2013-02-15

Keywords:

Abstract: The research on the bridge structural monitoring focuses mainly on the identification of the structure damage position and degree. However, these researches are based on the data of the structural health monitoring system. In the actual environment, the abnormal data caused by the failure monitoring system can often make the false prognosis, increasing the false alarm rate. Meanwhile, the bridge may have serious structural damage from the unexpected events caused by some external loads. They are not conducive to the bridge safety maintenance and management. In order to ensure the bridge safety and improve the effectiveness of the bridge structure monitoring, it is necessary to diagnose these special events. In the paper, kernel principal component analysis (KPCA) and hyperspherical support vector machine method are employed to separate the general monitoring data from the event data. The acceleration sensor data in Jiangyin Bridge is used to validate the effectiveness of the method under the ship collision, typhoons, sensor installed noise, and sensor step signals.

袁慎芳, 梁栋, 高宁, 张宇峰. 基于结构健康监测系统的桥梁数据异常诊断研究[J]. 电子科技大学学报, 2013, 42(1): 69-74. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2013.01.016

引用本文:

袁慎芳, 梁栋, 高宁, 张宇峰. 基于结构健康监测系统的桥梁数据异常诊断研究[J]. 电子科技大学学报, 2013, 42(1): 69-74. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2013.01.016

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1. 南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室南京 210016;

2. 南京航空航天大学无人机研究院南京 210016;

3. 长大桥梁健康检测与诊断技术交通行业重点实验室南京 211112

作者简介:
袁慎芳(1968-),女,教授,主要从事结构健康监测和信息信号处理方面的研究.

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doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2013.01.016

1. 南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室 南京 210016; 2. 南京航空航天大学无人机研究院 南京 210016; 3. 长大桥梁健康检测与诊断技术交通行业重点实验室 南京 211112

作者简介: 袁慎芳(1968-),女,教授,主要从事结构健康监测和信息信号处理方面的研究.

English Abstract

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袁慎芳(1968-),女,教授,主要从事结构健康监测和信息信号处理方面的研究.

1. 南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室南京 210016;

2. 南京航空航天大学无人机研究院南京 210016;

3. 长大桥梁健康检测与诊断技术交通行业重点实验室南京 211112

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袁慎芳(1968-),女,教授,主要从事结构健康监测和信息信号处理方面的研究.