[发明专利]一种用于桥梁健康监测系统的监测数据修补方法及系统

说明书

本发明公开一种用于桥梁健康监测系统的监测数据修补方法及系统，涉及数据修补领域，方法包括获取存在异常监测数据的时间段内的环境数据；根据所述环境数据利用训练好的混合密度网络，确定混合高斯分布的参数；所述参数包括混合系数、均值和协方差；根据所述混合高斯分布的参数确定存在异常监测数据的时间段内的所有传感器监测数据的联合分布；利用所述联合分布确定传感器监测数据的丢失部分。本发明通过修补因传感器设备异常而缺失或无效的监测数据，以提高整个桥梁健康监测系统的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及数据修补领域，特别是涉及一种用于桥梁健康监测系统的监测数据修补方法及系统。

背景技术

桥梁健康监测系统能够为桥梁在运营与服役中的实际受力状态进行实时在线监测并为桥梁状况的技术评定和日常养护维修提供数据和技术支持。目前对于新建大中型桥梁需要建立健康监测系统几乎已成业内共识。可以预见，不久的将来将会有越来越多的桥梁建立健康监测系统。

桥梁健康监测系统是一套包含传感器、数据采集、数据分析与预警、可视化管理的系统，软硬件集成度很高。其中传感器位于硬件的最底层，多数为电子产品，使用寿命通常不超过5年，而且受现场环境的影响，有一定的离散性。另一方面，桥梁属于大型基建工程，其设计使用年限行业标准规定为100年。显然，在一座桥梁的整个“生命周期”内，健康监测系统中的传感监测设备将不可避免的因损坏、失灵等异常情况而更换。

那么从传感监测设备异常到桥梁管养人员发现设备异常再到更换新设备必定存在时间差，这段时间内，这些设备无法提供有效的监测数据。某些关键部位的关键受力指标，如拱桥吊杆的索力、梁桥跨中的应力应变等，其监测数据如缺失或无效的话，将不利于桥梁后续的技术状况评定，甚至因预警功能的部分失效，给桥梁运营安全带来隐患。

可见，从目前电子设备的可靠性来看，桥梁健康监测系统的鲁棒性有待提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于桥梁健康监测系统的监测数据修补方法及系统，通过修补因传感器设备异常而缺失或无效的监测数据，以提高整个桥梁健康监测系统的鲁棒性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种用于桥梁健康监测系统的监测数据修补方法，包括：

获取存在异常监测数据的时间段内的环境数据；

根据所述环境数据利用训练好的混合密度网络，确定混合高斯分布的参数；所述参数包括混合系数、均值和协方差；

根据所述混合高斯分布的参数确定所述存在异常监测数据的时间段内的所有传感器监测数据的联合分布；

利用所述联合分布修补异常监测数据。

可选的，所述混合密度网络的训练过程包括：

获取环境数据；

将所述环境数据进行预处理，得到训练集、验证集和测试集；

以所述训练集的环境数据为输入，以第一输出结果、第二输出结果和第三输出结果为输出，利用负对数似然作为损失函数，对混合高斯分布的参数进行优化，得到混合密度网络；其中，第一输出结果为K×D个输出结果，第二输出结果为softmax输出结果，第三输出结果为K×D×D个输出结果，K为高斯分量的数量，D为传感器的数量；

利用所述验证集确定所述混合密度网络的超参数，得到训练好的混合密度网络；

利用所述测试集对所述训练好的混合密度网络的泛化能力进行评估。

可选的，所述根据所述环境数据利用训练好的混合密度网络，确定混合高斯分布的参数，具体包括：

将所述环境数据利用训练好的混合密度网络，得到第一输出结果、第二输出结果和第三输出结果；