[发明专利]结构监测传感器在线校准数据序列匹配方法

说明书

本发明涉及传感器校准领域，公开了一种桥梁形变监测传感器在线校准数据序列匹配方法，所述方法包括：步骤1，获取同一激励作用下的待校准传感器和参考传感器的测量值序列；步骤2，对所述待校准传感器和所述参考传感器的测量值序列进行分段；步骤3，在各分段区间内对所述待校准传感器和所述参考传感器的测量值进行匹配；步骤4，获取所述待校准传感器和所述参考传感器在所述同一激励作用下的测量值序列之间的对应关系。本发明提供的技术方案对待校准传感器和参考传感器的测量值序列出现的超前、滞后等不同步情况有良好的适应性，可显著提高桥梁形变监测传感器的在线校准的效率和准确性。

技术领域

本发明涉及传感器的校准领域，具体地，涉及一种用于桥梁形变监测传感器的在线校准数据序列匹配方法。

背景技术

桥梁形变监测是桥梁安全性能评价的关键环节，为了保证桥梁安全，需要用于桥梁形变监测的传感器具有较高的监测准确度。为了保证桥梁形变监测传感器的准确度，需要对该桥梁形变监测传感器进行校准。

以桥梁形变监测传感器中的激光位移计为例，依据激光直线传播特性设计的激光位移计，其发射模块与接收模块可分离安装于结构监测点和参考高程点，用于监测垂直于激光方向的相对形变量，实用性强、准确度高，因而在实际桥梁监测过程中得到广泛应用。但在使用过程中，受传感器自身性能及复杂环境条件的影响，会出现灵敏度、准确度下降的情况，须定期进行校准。

传统的校准方式利用更高精度的专业测量设备(如激光干涉仪等)作为参考仪器，在允许的误差范围内，若待校准激光位移计示值与参考值具有一致性，则认为该激光位移计的计量性能符合使用要求。限于桥梁形变监测系统全天时运行的特殊需求，使用中的激光位移计通常不允许拆缷至实验室内进行校准，因此上述方法往往不具有通用性。

在工程实际中，一般利用行驶车辆的组合加载效应作为激励源进行桥梁健康监测传感器在线校准，通过在相同的监测点同向并排安装参考传感器的方式，实现待校准传感器(以下简称SBC)与参考传感器(以下简称RS)在相同激励源条件下的量值比对和校准。由于SBC与RS在采样频率、响应特性等方面的差异性，两量值序列的匹配性较差，是影响在线校准的重要难题。

时间序列匹配问题在定位系统、环境监测、物联网、数据挖掘，信息学及人类心理学等领域中有着广泛的应用，近年来逐渐成为各领域的研究热点。其中，动态时间扭曲(以下简称DTW)是一种用于分析时间序列的重要方法，它为序列提供局部压缩和延伸不敏感的距离度量，在数据分析与挖掘领域应用广泛。但DTW方法存在以下问题：⑴计算复杂度较高，对于长度分别为n和m的时间序列，准确计算DTW距离需要O(nm)的时间复杂度；⑵不满足距离的三角不等式，在应用到时间序列相似查询时剪枝过滤的程度有限，在使用索引查询时可能会产生漏查。

针对桥梁传感器在线校准中，传感器量值序列与参考值序列呈现不稳定相差的问题，传统Euclidean距离度量下的匹配效果较差，利用DTW进行动态时间规整耗时较长，若引入距离下界函数来加速基于DTW的比较过程，对该距离下界函数的确定又提出新的要求。

发明内容

本发明的目的是为了至少能够在一定程度上克服现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种适应性强，准确率高的桥梁形变监测传感器的在线校准数据序列匹配方法。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种桥梁形变监测传感器的在线校准数据序列匹配方法，所述在线校准数据序列匹配方法包括：

步骤1，获取同一激励作用下的待校准传感器和参考传感器的测量值序列；

步骤2，对所述待校准传感器和所述参考传感器的测量值序列进行分段；

步骤3，在各分段区间内对所述待校准传感器和所述参考传感器的测量值进行匹配；

步骤4，获取所述待校准传感器和所述参考传感器在所述同一激励作用下的测量值序列之间的对应关系。