[发明专利]一种基于ARMA模型的桥梁损伤预警方法

说明书

本发明公开了一种基于ARMA模型的桥梁损伤预警方法，步骤1，收集桥梁健康状况下的加速度数据；步骤2，对加速度数据平滑、去趋势项、标准化处理，得到健康数据；步骤3，对健康数据ARMA建模，提取AR系数；步骤4，计算健康数据的损伤识别预警指标DSF，作健康样本；步骤5，收集一定时间内监测的桥梁加速度数据，按步骤2‑4求得损伤预警指标DSF，作检验样本；步骤6，对健康样本和检验样本假设检验；步骤7，当假设检验结果为1时，认为桥梁结构发生了损伤，对桥梁损伤预警；反之，桥梁安全，并将当前检验样本扩充到原健康样本中。本发明的有益效果：根据现有监测数据，通过ARMA模型构建损伤预警指标，建立完善的损伤预警流程，提高实测数据的利用。

技术领域

本发明涉及桥梁技术领域，具体而言，涉及一种基于ARMA模型的桥梁损伤预警方法。

背景技术

桥梁结构作为铁路工程的重要构筑物，随着服役时间的增加，都会出现不同程度的损伤，严重威胁运营安全。随着桥梁健康监测系统的出现，逐步开始了基于长期监测的桥梁结构损伤识别研究，且国内外学者围绕该方面做了大量的研究，并取得了一定的成果，提出了一些损伤识别理论和方法。

而从长期监测的特点来讲，利用结构在荷载作用下的时域响应来识别结构的损伤更加实用和可靠。其中基于时间序列分析的损伤识别方法由于其分辨率高、避免了数据变换而引起的误差等优点，在结构损伤识别领域中得到了广泛应用。时间序列分析最早用于预测，是一个非参数模型，随着研究的不断深入逐步形成了参数模型，包括AR模型、ARMA模型以及TVARMA模型等。

现有技术中，应用这些模型对桥梁健康监测的损伤识别多集中于第一层次，即识别桥梁是否发生损伤，当发生损伤时进行预警。现有的桥梁健康监测系统很少涉及对桥梁进行损伤识别与预警，普遍采用的方式是进行阈值预警，当桥梁监测值超过一定限值即认为桥梁结构出现了损伤，未能充分挖掘长期监测数据的价值，造成了大量监测数据的浪费。另外，不同的桥梁结构类型可能对损伤指标的敏感程度不一，这就需要有针对性的选取预警指标，且考虑到健康监测系统的特点，而现有的桥梁监测系统中未能合理选取预警指标，建立合理的损伤预警方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于ARMA模型的桥梁损伤预警方法，根据现有的健康监测数据，通过ARMA模型，构建损伤预警指标，建立了完善的损伤预警流程，提高了对实测数据的利用。

本发明提供了一种基于ARMA模型的桥梁损伤预警方法，包括：

步骤1，收集桥梁结构健康状况下的加速度数据；

步骤2，对步骤1中的加速度数据进行平滑、去趋势项、标准化处理，得到健康数据；

步骤3，对步骤2中的健康数据进行ARMA模型建模，提取其中的AR系数；

步骤4，计算健康数据的损伤识别预警指标DSF，作为健康样本；

步骤5，收集一定时间间隔内监测的桥梁结构的加速度数据，按照步骤2-4求得损伤预警指标DSF，作为检验样本；

步骤6，对健康样本和检验样本进行假设检验，观测两者是否存在显著性差异，判断假设检验结果；

步骤7，当假设检验结果为1时，即健康样本和检验样本存在显著性差异，则拒绝原假设，认为当前的桥梁结构发生了损伤，需要对桥梁结构进行损伤预警；

当假设检验结果为0时，即健康样本和检验样本不存在显著性差异，则接受原假设，认为当前的桥梁结构处于安全状态，将当前的检验样本扩充到原始的健康数据中，更新健康样本数据。

作为本发明进一步的改进，步骤2中，平滑处理采用五点三次法，去趋势项处理采用最小二乘法，标准化处理采用公式(1)进行：