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原文传递桥梁结构监测系统在线校准方法研究

论文题名：	桥梁结构监测系统在线校准方法研究
关键词：	桥梁结构监测系统;在线校准;形态相似性;符号聚集近似
摘要：	桥梁结构的全寿命周期状态监测是保障交通安全的有效手段，也是现代交通发展的重要趋势。状态监测系统的基本误差、线性度、重复性等计量特性的校准是保证系统准确性和可靠性的基础。由于监测系统的全天时、全天候在役监测特性，“零拆卸、零中断、零干扰”条件下的在线校准是实现监测系统计量溯源的最有效手段。为解决监测系统的在线校准问题，本文从在线校准策略、在线校准模型与试验系统、计量特性分析与表征、影响因素试验与量化评估等环节着手，开展理论分析和试验研究，构建适用于被动激励源和现场复杂环境的结构监测系统在线校准理论模型、计量特性分析和试验评定方法。主要研究工作归纳如下：　　⑴提出了基于共同激励源条件下数据序列分析的结构监测系统在线校准方法，建立了校准模型，通过参考量值序列、比较量值序列以及量值的“时-空分布”特性等信息获取在线校准结果，利用“样本冗余”解决在线校准中“非完全可控条件”导致的计量特性评估的不确定性。在线校准的现场验证显示，该理论模型与工程实际相符，为结构监测系统在线校准奠定了基础。　　⑵建立并验证了基于测量对象、激励源、参考传感系统、待校准传感系统等四要素的在线校准试验模型。以目标结构体在共同被动激励源作用下所产生的物理响应为测量对象，经待校准传感系统和参考传感系统实时测量形成原始数据序列，通过匹配和计量特性统计分析获取在线校准结果。仿真与工程实验均验证了该模型的可行性。　　⑶提出了特征点分段和符号聚集近似（SymbolicAggregateapproXimation,SAX）相融合的数据序列匹配算法。采用符号表征的离散低维数据表示典型时间序列子段的形态特征，实现序列匹配中初始位置的自动查找和粗匹配，解决了不同尺度数据序列匹配的技术难题；然后，利用数据序列的局部峰、谷值作为特征点，对待校准传感系统和参考传感系统数据序列进行分段精匹配，获取两传感系统的同步测量数据对。实验表明，该算法有效解决了待校准传感系统和参考传感系统相对于同一激励源输出量值的匹配性问题。　　⑷基于长周期在线监测数据源的统计学特性，提出了大型结构监测系统关键计量特性的表征、计算和评定方法。以共同被动激励源条件下待校准传感系统和参考传感系统序列数据的形态相似性为基础，经过数据区块划分，筛选形态边缘的关键区块数据，建立参比直线；通过挖掘大样本数据中所隐含的测量系统特性，降低非可控因素引入的测量不确定性。实验表明，由随机样本数据计算所得基本误差的标准偏差为0.7%，验证了在线校准方法的可行性。　　⑸依托广东省九江大桥结构监测工程，以两类应变传感系统为例，从试验系统构建、计量特性计算、不确定度评定等方面，开展了桥梁结构监测系统在线校准现场试验，验证了所提方法的有效性。
作者：	荆根强
专业：	仪器科学与技术
导师：	段发阶
授予学位：	博士
授予学位单位：	天津大学
学位年度：	2021