一种高耸结构安全姿态监测及其预警方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及建筑安全预警技术领域，具体涉及一种高耸结构安全姿态监测及其预警方法及系统。该方法获取高耸结构的多种参数作为特征序列。根据特征序列之间风力信息和倾斜清晰的联系获得第一数据置信度，根据实际承重序列和设计承重序列的联系获得第二数据置信度，进而获得特征序列的质量系数。以质量系数作为特征序列的样本权重对时间卷积网络进行训练。实时特征数据通过时间卷积网络的处理输出预测数据，根据预测数据判断是否进行预警。本发明专利技术通过时间卷积网络实现了高耸结构的安全预测。过时间卷积网络实现了高耸结构的安全预测。过时间卷积网络实现了高耸结构的安全预测。

【技术实现步骤摘要】
一种高耸结构安全姿态监测及其预警方法及系统


[0001]本专利技术涉及建筑安全预警
，具体涉及一种高耸结构安全姿态监测及其预警方法及系统。

技术介绍

[0002]随着城市的建设与发展，城市中的高耸结构越来越多。例如通信信号塔、大型雕塑或者高级写字楼等。在暴风等极端天气会严重影响到高耸结构的安全。
[0003]极端天气变化无常，对高耸结构的影响无法预测，在极端天气影响中可以通过大量的传感器数据获得当前高耸结构的参数信息，但是该参数信息仅能表示当前时刻的高耸结构状态，无法对未来时刻的影响作出判断。常规的检测手段只能在危险临近时发出预警，无法及时的提供参数信息并制定安全应对方案。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种高耸结构安全姿态监测及其预警方法及系统，所采用的技术方案具体如下：
[0005]本专利技术提出了一种高耸结构安全姿态监测及其预警方法，所述方法包括：
[0006]获得高耸结构的风力信息；所述风力信息包括迎风高度、所述迎风高度对应的风强和风向角；根据所述高耸结构每个高度单位下对应重力获得的实际承重序列；获得所述高耸结构的姿态倾斜角和震动信息；以所述风力信息、所述实际承重序列、所述姿态倾斜角和所述震动信息作为特征序列；
[0007]以所述迎风高度作为权重调整对应的所述风强，获得风强评分；获得所述姿态倾斜角与所述风向角的第一相似度；根据所述第一相似度和所述风强评分获得第一数据置信度；获得所述实际承重序列与设计承重序列的第二相似度，根据所述第二相似度获得第二数据置信度；以所述第一数据置信度和所述第二数据置信度的乘积作为所述特征序列的质量系数；
[0008]获取历史数据中的多个时间连续的所述特征序列作为时间卷积网络的训练数据；以所述特征序列对应的所述质量系数作为所述时间卷积网络损失函数的损失权重，通过所述损失函数对所述时间卷积网络进行训练；所述时间卷积网络的输入数据为所述风力信息和所述实际承重序列，输出数据为下一时刻的所述姿态倾斜角和所述震动信息；
[0009]将实时特征序列输入所述时间卷积网络中，输出下一时刻的预测姿态倾斜角和预测震动信息；根据所述预测姿态倾斜角和所述预测震动信息判断是否进行预警。
[0010]进一步地，所述获得高耸结构的风力信息包括：
[0011]在所述高耸结构每个所述高度单位的四个基本方向上部署四个风杯式风速传感器；若所述风杯式风速传感器的初始风强数据小于预设风强阈值，则所述风杯式风速传感器对应的所述基本方向为不受风力影响；反之则认为所述风杯式风速传感器对应的所述基本方向受风力影响；根据受风力影响的所述风杯式风速传感器对应的所述高度单位确定所
述迎风高度；
[0012]若仅存在一个所述风杯式风速传感器对应的所述基本方向不受风力影响，则以其余所述风杯式风速传感器最大的两个所述初始风强数据的平均值作为所述风强；根据最后一个所述风杯式风速传感器对应的受风力影响的所述基本方向获得所述风向角；
[0013]若存在两个所述风杯式风速传感器对应的所述基本方向不受风力影响，则以其余两个苏搜风杯式风速传感器的所述初始风强数据的平方和作为所述风强，并根据所述初始风强数据的正切值获得所述风向角。
[0014]进一步地，所述获得所述高耸结构的姿态倾斜角包括：
[0015]在所述高耸结构顶部不同位置设置多个姿态检测传感器，以所述姿态检测传感器获取的初始姿态倾斜角的均值作为所述姿态倾斜角。
[0016]进一步地，所述获得所述高耸结构的姿态倾斜角和震动信息包括：
[0017]以所有所述姿态检测传感器获取的初始震动信息的中位数作为所述震动信息。
[0018]进一步地，所述获取历史数据中的多个时间连续的所述特征序列作为时间卷积网络的训练数据还包括：
[0019]以所述特征序列中的不同所述迎风高度下对应的所述风强和所述姿态倾斜角组成的多个子序列作为验证序列；获得每个所述特征序列中的所述验证序列之间的第三相似度；
[0020]根据所述第三相似度对多个所述特征序列进行聚类，去除聚类过程中的的孤立样本，以剩下的所述特征序列作为所述训练数据。
[0021]进一步地，所述以所述迎风高度作为权重调整对应的所述风强，获得风强评分包括：
[0022]以所述迎风高度与所述高耸结构的总高度的比值作为所述权重，以所述权重和所述风强的乘积作为所述风强评分。
[0023]进一步地，所述根据所述第一相似度和所述风强评分获得第一数据置信度包括：
[0024]根据所述姿态倾斜角与所述风向角的余弦相似度获得所述第一相似度；根据第一数据置信度公式获得所述第一数据置信度；所述第一数据置信度公式包括：
[0025][0026]其中，J为所述第一数据置信度，M1为所述第一相似度，S为所述风强评分。
[0027]进一步地，所述获得所述实际承重序列与设计承重序列的第二相似度，根据所述第二相似度获得第二数据置信度包括：
[0028]根据所述实际承重序列与所述设计承重序列的DTW距离获得所述第二相似度；以所述第二相似度作为所述第二数据置信度。
[0029]进一步地，所述通过所述损失函数对所述时间卷积网络进行训练包括：
[0030]根据所述时间卷积的预设批尺寸输入所述特征序列；以所述特征序列对应的所述损失权重与对应的预设初始损失函数的乘积作为初始损失值；以所述批尺寸内所有所述初始损失值的累加值作为所述损失函数的损失值。
[0031]本专利技术还提出了一种高耸结构安全姿态监测及其预警系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计
算机程序时实现任意一项所述一种高耸结构安全姿态监测及其预警方法的步骤。
[0032]本专利技术具有如下有益效果：
[0033]1.本专利技术实施例通过高耸结构上的传感器进行数据采集，以风力信息、实际承重序列、姿态倾斜角和震动信息作为特征序列。进一步通过特征序列中风力信息与姿态倾斜角之间的关系判断数据的第一数据置信度。通过实际承重序列与设计承重序列的第二相似度获得第二数据置信度。第一数据置信度通过特征序列的内部数据特征进行分析，第二数据置信度通过特征序列与标准数据进行对比分析，使得获得的质量系数包含了特征序列的本身内部数据之间的联系和与外部标准数据的联系，提供了有效的参考性，提高了后续时间卷积网络准确率。
[0034]2.本专利技术实施例通过时间卷积网络分析特征序列中的特征信息，对下一时刻的高耸结构参数信息进行预测，实现了对高耸结构安全的有效预警。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高耸结构安全姿态监测及其预警方法，其特征在于，所述方法包括：获得高耸结构的风力信息；所述风力信息包括迎风高度、所述迎风高度对应的风强和风向角；根据所述高耸结构每个高度单位下对应重力获得的实际承重序列；获得所述高耸结构的姿态倾斜角和震动信息；以所述风力信息、所述实际承重序列、所述姿态倾斜角和所述震动信息作为特征序列；以所述迎风高度作为权重调整对应的所述风强，获得风强评分；获得所述姿态倾斜角与所述风向角的第一相似度；根据所述第一相似度和所述风强评分获得第一数据置信度；获得所述实际承重序列与设计承重序列的第二相似度，根据所述第二相似度获得第二数据置信度；以所述第一数据置信度和所述第二数据置信度的乘积作为所述特征序列的质量系数；获取历史数据中的多个时间连续的所述特征序列作为时间卷积网络的训练数据；以所述特征序列对应的所述质量系数作为所述时间卷积网络损失函数的损失权重，通过所述损失函数对所述时间卷积网络进行训练；所述时间卷积网络的输入数据为所述风力信息和所述实际承重序列，输出数据为下一时刻的所述姿态倾斜角和所述震动信息；将实时特征序列输入所述时间卷积网络中，输出下一时刻的预测姿态倾斜角和预测震动信息；根据所述预测姿态倾斜角和所述预测震动信息判断是否进行预警。2.根据权利要求1所述的一种高耸结构安全姿态监测及其预警方法，其特征在于，所述获得高耸结构的风力信息包括：在所述高耸结构每个所述高度单位的四个基本方向上部署四个风杯式风速传感器；若所述风杯式风速传感器的初始风强数据小于预设风强阈值，则所述风杯式风速传感器对应的所述基本方向为不受风力影响；反之则认为所述风杯式风速传感器对应的所述基本方向受风力影响；根据受风力影响的所述风杯式风速传感器对应的所述高度单位确定所述迎风高度；若仅存在一个所述风杯式风速传感器对应的所述基本方向不受风力影响，则以其余所述风杯式风速传感器最大的两个所述初始风强数据的平均值作为所述风强；根据最后一个所述风杯式风速传感器对应的受风力影响的所述基本方向获得所述风向角；若存在两个所述风杯式风速传感器对应的所述基本方向不受风力影响，则以其余两个所述风杯式风速传感器的所述初始风强数据的平方和作为所述风强，并根据所述初始风强数据的正切值获得所述风向角。3.根据权利要求1所述的一种高耸结构安全姿态监测及其预警方法，其特征在于，所述获得所述高耸结构的姿态倾斜角包括：在所述高耸结构顶部不同位置设置多个姿态检测传感器，以所述姿态检...

【专利技术属性】
技术研发人员：于品德，刘海宽，祝孝成，王航，马赟，王晓峰，姜自奇，窦继刚，李华，宋粉丽，
申请(专利权)人：河南省公路工程试验检测中心有限公司，
类型：发明
国别省市：