斜拉桥健康监测传感器优化布置方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种斜拉桥健康监测传感器优化布置方法，包括以下步骤：根据斜拉桥的所有梁段单元的损伤因子与节点自由度振型之间的相关性，得出包含所有梁段损伤信息的节点自由度损伤信息指标；按照所包含的损伤信息的多少，对节点自由度损伤信息指标进行排序；通过基于模态可观测性的传感器优化布置方法，对排序后的节点自由度损伤信息指标进行处理，得出传感器的布置位置。上述方法可避免迭代或优化效率低下等缺陷，简单、高效且实用。本发明专利技术还公开一种斜拉桥健康监测传感器优化布置系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及斜拉桥
，特别是涉及一种斜拉桥健康监测传感器优化布置方法和系统。
技术介绍
传感器系统是桥梁结构健康监测系统的重要组成部分。根据传感器系统采集到的振动数据进行环境激励下的模态参数识别，所获得的模态参数(包括频率和测点振型值)是进行动力损伤识别的基础。斜拉桥跨度大、体型巨大、型式复杂，加上现场条件和健康监测系统建造、维护费用的限制以及海量数据处理的困难，只能布置有限数量的传感器。将有限的传感器布置在斜拉桥上，是否能准确识别出斜拉桥的模态参数(简称模态可观测性)以及准确识别出的模态参数是否对结构损伤足够敏感(简称损伤可识别性)，是需要考虑的两大问题，也是关系到损伤识别有效性的关键因素。因此，传感器优化布置(类型、数量和位置)的研究具有十分重要的意义。目前，传感器优化布置方法可分为两类：基于模态可观测性的传感器优化布置方法和基于损伤可识别性的传感器优化布置方法。第一类包括有效独立法(EI法)、Guyan模型缩减法、奇异值分解法、模态保证标准法(MAC法)、基于模态运动能法、智能算法优化法及混合法等。第二类包括基于损伤灵敏度分析法和基于易损性分析布设法等。第一类中各种方法存在相互不能满足要求、优化陷入局部最优、优化效率低等缺陷，且无法考虑模态参数对局部损伤的敏感性情况，无法反映传感器位置对结构损伤识别的影响，也即不满足损伤可识别性的要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种可避免迭代或优化效率低下缺陷的斜拉桥健康监测传感器优化布置方法和系统，具有监测效率高、准确性高等优点。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种斜拉桥健康监测传感器优化布置方法，包括以下步骤：根据斜拉桥的所有梁段单元的损伤因子与节点自由度振型之间的相关性，得出包含所有梁段损伤信息的节点自由度损伤信息指标；按照所包含的损伤信息的多少，对所述节点自由度损伤信息指标进行排序；通过基于模态可观测性的传感器优化布置方法，对排序后的所述节点自由度损伤信息指标进行处理，得出传感器的布置位置。优选的，所述按照基于模态可观测性的传感器优化布置方法，对排序后的所述节点自由度损伤信息指标进行处理，得出传感器的布置位置步骤包括：在排序后的所述节点自由度损伤信息指标序列中，依次序选择预设条数的所述节点自由度损伤信息指标；按照基于模态可观测性的传感器优化布置方法，对选择出的所述节点自由度损伤信息指标进行处理，得出传感器的布置位置。优选的，通过公式 r X Y = Σ ( X - X ‾ ) ( Y - Y ‾ ) Σ ( X - X ‾ ) 2 Σ ( Y - Y ‾ ) 2 ]]>计算斜拉桥的所有梁段单元的损伤因子与节点自由度振型之间的相关性；其中，X表示损伤因子，Y表示节点自由度振型，为X的统计平均值，为Y的统计平均值。优选的，通过公式 DI k = Σ j = 1 m Σ i = 1 d | r X i Y j k | ]]>计算节点自由度损伤信息指标；其中，Xi表示第i个损伤因子，Yjk表示第j阶模态k自由度第振型响应，表示取的绝对值，1≤k≤n，n为节点自由度总数，d为损伤因子个数，m为模态阶数。本专利技术还公开了一种斜拉桥健康监测传感器优化布置系统，包括指标计算模块、指标排序模块和传感器位置优化模块；所述指标计算模块，用于根据斜拉桥的所有梁段单元的损伤因子与节点自由度振型之间的相关性，得出包含所有梁段损伤信息的节点自由度损伤信息指标；所述指标排序模块，用于按照所包含的损伤信息的多少，对所述节点自由度损伤信息指标进行排序；所述传感器位置优化模块，用于通过基于模态可观测性的传感器优化布置方法，对排序后的所述节点自由度损伤信息指标进行处理，得出传感器的布置位置。优选的，所述传感器位置优化模块包括指标选择单元和传感器位置优化单元；所述指标选择单元，用于在排序后的所述节点自由度损伤信息指标中，依次序选择预设条数的所述节点自由度损伤信息指标；所述传感器位置优化单元，用于按照基于模态可观测性的传感器优化布置方法，对所述指标选择单元选择出的所述节点自由度损伤信息指标进行处理，得出传感器的布置位置。优选的，所述指标计算模块通过公式 r X Y = Σ ( X - X ‾ ) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种斜拉桥健康监测传感器优化布置方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据斜拉桥的所有梁段单元的损伤因子与节点自由度振型之间的相关性，得出包含所有梁段损伤信息的节点自由度损伤信息指标；2)按照所包含的损伤信息的多少，对所述节点自由度损伤信息指标进行排序；3)通过基于模态可观测性的传感器优化布置方法，对排序后的所述节点自由度损伤信息指标进行处理，得出传感器的布置位置。

【技术特征摘要】
1.一种斜拉桥健康监测传感器优化布置方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据斜拉桥的所有梁段单元的损伤因子与节点自由度振型之间的相关性，得出包含所有梁段损伤信息的节点自由度损伤信息指标；2)按照所包含的损伤信息的多少，对所述节点自由度损伤信息指标进行排序；3)通过基于模态可观测性的传感器优化布置方法，对排序后的所述节点自由度损伤信息指标进行处理，得出传感器的布置位置。2.根据权利要求1所述的斜拉桥健康监测传感器优化布置方法，其特征在于，所述按照基于模态可观测性的传感器优化布置方法，对排序后的所述节点自由度损伤信息指标进行处理，得出传感器的布置位置步骤包括：在排序后的所述节点自由度损伤信息指标序列中，依次序选择预设条数的所述节点自由度损伤信息指标；按照基于模态可观测性的传感器优化布置方法，对选择出的所述节点自由度损伤信息指标进行处理，得出传感器的布置位置。3.根据权利要求1所述的斜拉桥健康监测传感器优化布置方法，其特征在于，步骤1)中通过公式 r X Y = Σ ( X - X ‾ ) ( Y - Y ‾ ) Σ ( X - X ‾ ) 2 Σ ( Y - Y ‾ ) 2 ]]>计算斜拉桥的所有梁段单元的损伤因子与节点自由度振型之间的相关性；其中，X表示损伤因子，Y表示节点自由度振型，为X的统计平均值，为Y的统计平均值。4.根据权利要求3所述的斜拉桥健康监测传感器优化布置方法，其特征在于，步骤1)中通过公式 DI k = Σ j = 1 m Σ i = 1 d | r X i Y j k | ]]>计算节点自由度损伤信息指标；其中，Xi表示第i个损伤因子，Yjk表示第j阶模态k自由度第振型响应，表示取的绝对值，1≤k≤n，n为节点自由度总数，d为损伤因子个数，m为模态阶数。5.一种斜拉桥健康监测传感器优化布置系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，王海龙，张志国，曹立辉，吕鹏，戎密仁，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：河北;13