本發(fā)明公開(kāi)了一種從海量橋梁動(dòng)態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)中自動(dòng)化分離溫度應(yīng)變成分的方法。本方法基于應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的EMD分解，采用高斯混合模型聚類(lèi)(GMM)，由EMD分解所產(chǎn)生IMFs的Hilbert邊際譜變化特征，對(duì)IMFs進(jìn)行屬性分類(lèi)，實(shí)現(xiàn)從監(jiān)測(cè)應(yīng)變中自動(dòng)化分離溫度效應(yīng)。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)方法中預(yù)設(shè)溫度效應(yīng)閾值參數(shù)而引發(fā)的精度低且不具普適性、需人工干預(yù)而無(wú)法達(dá)到自動(dòng)化實(shí)施的局限性，能夠自動(dòng)化地從橋梁動(dòng)態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)中高精度、自適應(yīng)、無(wú)參數(shù)分離溫度應(yīng)變成分，且抗噪性好，適應(yīng)了從海量橋梁應(yīng)變數(shù)據(jù)中在線、瞬時(shí)分離溫度應(yīng)變成分的工程需求，具有廣泛的工程應(yīng)用潛力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及橋梁健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及從海量橋梁動(dòng)態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)中分離溫度效應(yīng)的方法。

背景技術(shù)

橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集并儲(chǔ)存了海量的橋梁運(yùn)行性態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其中包含了大量的應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，這些監(jiān)測(cè)所得的橋梁動(dòng)態(tài)應(yīng)變其實(shí)是一個(gè)包含多因素成分的復(fù)合量，與收縮和徐變等因素相比，車(chē)輛荷載和溫度引起的應(yīng)變成分是這一復(fù)合量的主控成分。

溫度變化產(chǎn)生的溫度應(yīng)變成分可能會(huì)大于車(chē)輛荷載引起的應(yīng)變，將掩蓋或淹沒(méi)掉車(chē)輛荷載應(yīng)變成分所反映的信號(hào)特征，影響橋梁運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的有效判別，使得海量的橋梁動(dòng)態(tài)應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法有效利用，因此有效分離應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中的溫度應(yīng)變成分成為亟需解決的實(shí)際工程問(wèn)題。

對(duì)于實(shí)時(shí)采集并儲(chǔ)存的海量橋梁動(dòng)態(tài)應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從中提取車(chē)輛荷載應(yīng)變以實(shí)現(xiàn)應(yīng)變分離的核心問(wèn)題是高效率、高精度地分離溫度應(yīng)變成分。

目前，采用信號(hào)分解理論實(shí)現(xiàn)溫度效應(yīng)的分離得到了廣泛應(yīng)用，而基于信號(hào)分解理論分離溫度應(yīng)變成分的典型方法是EMD(empirical mode decomposition，經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解)法，該方法分離溫度應(yīng)變的一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵是辨識(shí)溫度和車(chē)輛荷載引起的應(yīng)變所對(duì)應(yīng)的IMF(Intrinsic Mode Function，本征模函數(shù))序列。然而，目前基本是基于人工對(duì)IMFs序列特征的經(jīng)驗(yàn)判斷或設(shè)定溫度效應(yīng)的參數(shù)閾值進(jìn)行IMFs的分割，這種人工干預(yù)分割不但普適性較差，而且具有主觀性。此外，現(xiàn)有分離方法還無(wú)法保證程序的連貫運(yùn)行，不能實(shí)現(xiàn)溫度應(yīng)變成分分離的自動(dòng)實(shí)施，極大地影響分離效率。從而，無(wú)法滿(mǎn)足高效、高精度地在線、瞬時(shí)從海量應(yīng)變數(shù)據(jù)中分離溫度應(yīng)變成分的工程需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題：針對(duì)現(xiàn)有基于EMD法分離溫度應(yīng)變的不足，本發(fā)明根據(jù)IMF序列的Hilbert邊際譜的變化特征，提出了基于GMM(Gaussian Mixture Model，高斯混合模型)聚類(lèi)實(shí)現(xiàn)IMFs的自動(dòng)化屬性分類(lèi)，自動(dòng)確定車(chē)輛荷載應(yīng)變和溫度應(yīng)變相對(duì)應(yīng)的IMF序列，避免了人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛荷載、溫度等引起應(yīng)變成分的自動(dòng)化分離。

本發(fā)明為解決以上技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)手段：

本發(fā)明提出一種從海量橋梁動(dòng)態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)中自動(dòng)化分離溫度應(yīng)變成分的方法，步驟如下：

步驟(1)、輸入海量橋梁實(shí)時(shí)應(yīng)變數(shù)據(jù)；

步驟(2)、通過(guò)EMD法對(duì)應(yīng)變數(shù)據(jù)分解得到不同時(shí)間尺度的IMF序列和余項(xiàng)res；

步驟(3)、對(duì)步驟(2)分解得到的IMF序列進(jìn)行Hilbert變換，得到各IMF序列的Hilbert邊際譜，并進(jìn)行歸一化處理；

步驟(4)、通過(guò)梯形法求取歸一化的Hilbert邊際譜面積，然后對(duì)各IMF的邊際譜面積進(jìn)行GMM聚類(lèi)，將溫度荷載應(yīng)變和車(chē)輛荷載應(yīng)變相對(duì)應(yīng)的IMFs自動(dòng)分離；

步驟(5)、將GMM聚類(lèi)分離出的歸于車(chē)輛荷載應(yīng)變的IMF序列進(jìn)行疊加得到車(chē)輛荷載應(yīng)變，將歸于溫度荷載應(yīng)變的IMF序列進(jìn)行疊加得到溫度荷載應(yīng)變，實(shí)現(xiàn)溫度荷載應(yīng)變和車(chē)輛荷載應(yīng)變成分自動(dòng)化分離。