[发明专利]桥梁损伤预警的移动主成分相关系数法

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁结构损伤识别的技术领域，特别涉及一种桥梁损伤预警方法：移动主成分相关系数法(moving principal component correlation analysis，MPCCA)。

技术背景

由于长期超载服役、性能退化和自然灾害等原因，近年来桥梁结构的损伤破坏事件屡有发生，造成了巨大的经济损失与恶劣的社会影响。因此，人们开始在一些已建和在建的大跨度桥梁上安装健康监测系统，进行桥梁结构的损伤识别研究，了解桥梁的运营状况。

当前国内已有的以及新建的大跨度桥梁上普遍安装了结构实时在线健康监测系统，通过观察桥梁运行过程中响应的异常情况，提供实时预警信号，保证结构运营的安全性；尽早发现结构各种可能的累计损伤确定损伤情况；在重大灾害或突发事件后提供实时的安全评估。桥梁健康监测系统最基本和最关键的技术就是从采集到的数据中提取结构特征信息，并以此发现、定位和评估结构的损伤情况。

然而，如何从监测系统采集的大量数据中提取有用信息，诊断桥梁损伤，反演桥梁的工作状态和健康状况，是桥梁健康监测领域的难题之一。由于监测数据不可避免的受到温度、车辆和风等作用的影响，使该问题变得更加复杂。由于没有具体的量化指标，使结构损伤状态的判断带有一定的主观性，特别是结构损伤程度较小时，结果可靠性不高。

发明内容

现有的损伤预警方法识别效率不高，监测数据不可避免的受到温度、车辆和风等作用的影响，使该问题变得更加复杂。由于没有具体的量化指标，使结构损伤状态的判断带有一定的主观性，特别是结构损伤程度较小时，结果可靠性不高。为克服现有技术的不足，使桥梁结构能够得到及时而又可靠的损伤预警，为桥梁的维护和加固提供可靠的信息，提供一种桥梁结构损伤预警的方法，其可操作性强，能够提高预警的精度和效率，简化损伤预警的过程。而且，不依赖于桥梁模型可以方便的应用到其他类型的桥梁结构中，拥有较好的应用前景。为此，本发明采取的技术方案是，桥梁损伤预警的移动主成分相关系数法，包括下列步骤：

1)处理在线运营的桥梁健康监测系统连续监测信号，并且从中提取准静态信号；

2)用移动主成分分析法(moving principal component analysis，MPCA)处理准静态信号，得到主成分矩阵；

3)用移动相关系数分析法(moving correlation analysis，MCA)处理主成分矩阵得到主成分相关系数；

4)通过设定主成分相关系数的限值来实现桥梁损伤预警。

步骤1)进一步细化为：先用低通滤波器滤除信号中的噪声和虚假信息，然后用3倍标准差法处理异常值。

主成分矩阵的获取步骤进一步细化为：

a.从在线运营的桥梁健康监测系统连续监测信号中获取准静态信号，如果桥梁健康监测系统由Ns个应变传感器组成，则可将对应传感器的准静态数据组成如下矩阵：