结构健康监测中数据融合技术.pdf

2005年1月 沈阳建筑大学学报(自然科学版) Jall． 2005 of V01．21．No．1 第21卷第1期 Joumal JianzhuU．nive璐ity(NaturalSdence) Sheny舭g 结构健康监测中的数据融合技术 姜绍飞1，王留生2，殷晓志3，刘明1 3．沈阳市建都工程建设监理有限公司，辽宁沈阳110001) 摘要：目的为了充分利用大型结构健康监测系统中来自不同时间与空间的多传感器信息资源，获得被测 对象的一致性决策和估计任务。进而提高确诊率．方法从多传感器数据融合的概念、基本原理出发，探讨了 数据融合技术在结构健康监测与诊断中应用的可行性，重点研究了基于人工智能的数据融合技术在结构 健康监测及诊断中的应用方法．结果提出了小波概率神经网络数据融合损伤检测技术及其在结构损伤检 测中的应用．结论基于多传感器数据融合的健康监测与诊断是可行的、有效的． 关键词：数据融合；结构健康监测；特征提取；融合算法；神经网络 中图分类号：Tu317；TU528．73文献标识码：A 文章编号：167l一2021(2005)01—0018—05 随着社会经济的飞速发展，越来越多的大型土 面临许多重大挑战．近年来，不断发展起来的多传感 木工程得到筹建和使用，与此同时，一些工程事故却 器数据融合技术以其强大的时空覆盖能力和对多源 频繁发生，造成了重大的人员伤亡和财产损失，同 不确定性信息的综合处理能力，可以有效地进行结 时，地震、台风、洪水等自然灾害对已建建筑物造成 构系统的监测和诊断．笔者从多传感器数据融合的 不同程度的损伤。以及一些人为的破坏行为，如美国 概念、基本原理、基于多传感器数据融合的健康监测 世贸大楼倒塌及对周围建筑的影响，这些问题越来 与诊断方法及其应用等方面进行了研究． 越多地引起人们对在役结构安全性的关注和重视． 1 多传感器数据融合基本原理 如果能够在灾难到来之前对其进行健康监测、诊断、 安全评估及灾难预警，以趋利避害，将有助于从根本 1．1基本概念 上消除隐患、避免灾害事故的发生．因此，对工程结 多传感器数据融合【6J一词出现在20世纪70年 构进行健康监测与诊断，成为当前国际社会重点研 代，并于20世纪80年代发展成一项专门技术，它是 J． 人类模仿自身信息处理能力的结果．多传感器数据 究的课题，具有重要的理论意义和实用价值11~5 结构健康监测与诊断技术经历了三个发展阶 融合又称信息融合，即充分利用不同时间与空间的 段：第一阶段是以领域专家的经验为基础的经验诊 多传感器信息资源，采用计算机技术对按时序获得 断技术，对诊断信息只能作简单的数据处理；第二阶 的多传感器信息，在一定准则下加以自动分析、综合 段是以传感器技术和动态测试技术为手段，以信号 和使用，获得被测对象的一致性解释或描述，以完成 处理和建模处理为基础的现代诊断技术；第三发展 所需的决策和估计任务，使系统获得更优越的性能． 阶段是以知识处理为核心，数据处理、信号处理与知 数据融合的目的是通过信息组合，推导出更多 识处理相融合的大型结构智能诊断技术阶段． 的信息，得到更佳协同作用的结果．即利用多个传感 目前许多大型结构(如桥梁)的健康监测系统， 器共同或联合操作的优势，提高传感器系统的有效 往往只在结构关键部位或子结构系统进行监测和诊 性，消除单个或少量传感器