众多的通讯和电力塔是分布在市区。确保塔和桅杆结构的安全,一个有效的测量是建立一个简单的结构健康监测系统(SHM)为每个塔结构来获得连续的变形数据的结构。然而,很少有研究关注评估塔和桅杆结构监测的条件在一个集群使用变形监测数据。为了解决这个问题,一个条件评估方法结合主成分分析(PCA)和交叉验证提出了研究。PCA-based方法应用于降低环境温度和速度的影响上的负载水平位移监测数据,和新奇检测采用基于交叉验证评估条件的所有塔和桅杆结构在一个集群监控。最后,演示了该方法的有效性通过监测数据获得实际塔和桅杆结构。
结构健康监测(SHM)技术已经迅速发展了几十年,和一些重要的民用基础设施配备SHM系统检测结构损伤和评估结构的安全性 多个方法,vibration-based条件评估方法得到了广泛的关注,因为他们是无损结构和振动数据容易获得( 消除环境影响状况的评估结构,已经采取了各种手段进行调查,可以大致分为两类:监督和非监督方法。前( 城市交通和电力塔,作为民用基础设施的重要组成部分,是不断在敌对环境中进行操作。此外,塔通常通过螺栓连接,和先前的研究表明,典型的损伤,如放松和破损(
所有塔和桅杆结构相同的结构形式位于市区被定义为一个集群在这项研究中,如果我们建立塔顶端水平位移的单孔位微吹气扰动系统,我们获得的连续位移监测数据结构在一个集群中。用这个定义,所有的塔桅结构属于一个集群操作下相似的环保行动;因此,不同的塔结构的位移监测数据是高度相关的。在此基础上,提出了一种基于集群的状态评估方法,位移监测数据对环境的影响是减少使用PCA-based方法结合交叉验证策略。 假设<我nline-formula>
这部分的数据可以用来建立数据模型结构的健康状态下,其协方差矩阵被定义如下: 将奇异值分解),协方差矩阵<我nline-formula>
由于环境因素的监测数据结构产生重大影响,第一个<我nline-formula>
基于上述分析,数据模型<我nline-formula>
然后,一个过渡向量<我nline-formula>
使用转换向量<我nline-formula>
上述过程达到消除环境影响的目标位移监测数据的任意两个塔属于一个集群。
状态诊断指数r已基本排除环境因素的影响,认为r服从高斯分布的健康参考状态,和残余<我nline-formula>
高斯分布的参数<我nline-formula>
根据方程( 在此基础上,假设检验的定义如下: 塔和桅杆结构状态的诊断,进行假设检验来确定任意两个塔结构是否处于正常运行状态。首先,健康状态下的新奇检测因素定义如下: 的对数方程( 考虑的表达<我nline-formula>
时的值<我nline-formula>
状态诊断指数获得的数据统计分析,进口不可避免的错误概率。考虑5%的错误概率条件诊断指数阈值<我talic>
问 使用上面的方法,塔结构的诊断指数条件下建立诊断的状态如下: 国务院条件诊断指数是诊断应与阈值比较。当国务院条件诊断价值指数是诊断大于阈值<我talic>
问
提出的算法在前一节中使用任意两个塔结构的监测数据属于一个集群。为了避免意外的错误判断,交叉验证策略应用于集成来自塔获得的监测数据和桅杆结构在一个集群监控和评估所有结构的条件。 假设<我talic>
米
四个通讯塔桅结构监测在一个集群位于一个城市地区在哈尔滨,中国。如图 的高强度螺栓连接的照片。 倾斜的照片和数据采集和传输设备。 一般规格的SCL3300-D01硬件测斜仪。 对于每一个结构,一个单孔位微吹气扰动系统一般包括四个部分:(1)传感模块,(2)数据采集和传输模块,(3)数据存储模块,和(4)的软件模块。作为显示在图 单孔位微吹气扰动系统的安装。
温度范围(°C) 测量范围(°) 抵消误差(°) 抵消温度漂移(°)
−40∼125 −90∼90 −1.15∼1.15 −0.57∼0.57
来验证提出的条件的有效性和可靠性评估的方法,所有的水平位移监测数据采用四塔桅结构这一节。此外,结构的螺栓松动条件进行模拟损伤情况下,如图 照片的结构的连接螺栓松动。 对于每一个结构,每个传感器可以同时收集水平位移沿南北(NS)方向和东西(EW)方向。数据采集频率10分钟。共计4000组数据样本得到健康状态下,第一个2000组样本数据用于生成Y 位移监测数据的A和b (A)塔塔的NS变形A (b)的电子战变形塔A . (c)塔的NS变形b (d)塔的电子战变形b。 以反映该方法的敏感性的损伤发生在结构,该方法与传统的新奇检测方法基于距离。该方法的结果为两个塔图所示 该方法的评估结果。 传统方法的结果。 基于交叉验证的策略、结构选择集群中的参考塔。该算法可以有效地诊断参考塔和其他结构的损伤。在此基础上,参考塔周期性交换到其他塔和桅杆结构塔选为参考。对于损坏的情况,四个结构的交叉验证结果如图所示 评估所有塔和桅杆结构基于交叉验证的结果。
本文提出了一种方法来评估所有塔和桅杆结构监测的条件在一个集群中。是得出以下结论:
PCA-based结合交叉验证方法是一种有效的方法来评估所有塔和桅杆结构监测的条件在一个集群中,环境因素的影响,结构的变形监测数据有效地减轻 例子表明,相比之下,新奇基于Mahalanobis距离检测方法,该方法是有效的诊断结构的损坏程度在不断变化的环境 在实际情况下,塔顶端角可以用来监控塔的长期变化的监管水平位移和桅杆结构 在实际应用程序中,数据采集和数据传输使用无线网络承诺建立单孔位微吹气扰动系统的塔和桅杆结构在一个集群监控
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
本研究支持的中国山东省重点研发项目(批准号2019 jzzy010427)。