[发明专利]用于桥梁结构在不中断交通情况下快速振动检测的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于桥梁结构在不中断交通情况下快速振动检测的方法。

背景技术

随着现代检测技术和通讯技术的发展，基于无线传感器网络的桥梁结构健康监测系统应运而生，它能够很好地解决有线传感器系统使用中面临的问题，像布线麻烦、更换及安装传感器困难等问题都能迎刃而解。尤其是可移动无线传感器，它能够避免桥梁检测中封锁交通的问题，节约了检测成本。目前大型桥梁的无线健康监测已经成为研究的热点，未来更多的桥梁监测系统或许都会考虑使用无线传感网络系统。经过几代无线传感网络的发展，无线传感器网络朝着自适应，自组织网络，大规模网络，可移动等高度智能化的方向发展。但是就目前看来，无线传感网络的健康监测系统还是不能完全替代有线健康监测系统，其自身还存在着一些不足。比如，无线传感器价格普遍比有线传感器比较昂贵；无线传输容易受外界电磁波干扰，并且存在数据传输丢失；无线传感器普遍是采用电池供给能量，这就使无线传感器必须定时更换电池，不能无间断工作等。

传统的桥梁检测方法，这种方法主要是依靠人工目测检查或者借助于仪器测量得到的信息而进行桥梁健康评估。一般是以两种方式为主，一种是定期对桥梁进行检查，另一种是在桥梁出现特殊情况(如某些自然灾害地震、强风、泥石流等)后，再用桥梁实验和承载力评估的方法进行检测评估。但是这种检测方法往往需要中断交通，造成经济损失。

发明内容

基于以上不知之处，本发明提出一种用于桥梁结构在不中断交通情况下快速振动检测的方法，可以在不中断交通情况下实现桥梁结构的振动测试，适用大跨桥梁和城市区域内中小桥梁的快速检测。

本发明采用的技术如下：一种用于桥梁结构在不中断交通情况下快速振动检测的方法，如下：采用的设备有多个无线加速度传感器、多个传感器无线采集节点和车载移动无线基站，多个无线加速度传感器分别固定安装在桥上，每个传感器无线采集节点分别与多个无线加速度传感器无线电信号连接，车辆快速通过桥面，车载移动无线基站在快速移动状态下接收传感器无线采集节点采集到的无线加速度传感器的数据，并进行如下振动检测步骤，

第一步：在传感器无线采集节点，将采集得到的原始数据长度为n信号x转换成长度为m的信号y，其中m＝n

y＝Φx(1)

Φ矩阵中独立同分布的元素φ_i,j为满足均值为0，方差为1/n的高斯分布的随机数；或为满足独立同分布的φ_i,j为服从对称伯努利分布的的数等，然后传感器无线采集节点内的将数据y无线传输至车载移动无线基站；

第二步：在车载移动无线基站端，接收到的数据中有n_l个数据点丢失，得到数据考虑向量y在无线传输过程中有数据丢失，基站接收到的数据为数据长度为其中n_l是丢失的数据数量，因此公式(1)变成

式中是由Φ矩阵去除掉n_l行元素之后得到，去除掉的行数和向量y中丢失的数据相对应，根据数据包编码，确定数据丢失的情况，然后确定矩阵其维数为(m-n_l)×n；

第三步：向量认为是原始数据x压缩之后得到的，因此丢失数据的问题转化为了压缩之后数据的重构问题，采用压缩感知的方法进行重构恢复丢失的数据，通过求解l₁优化算法重构系数

且

式中α＝Ψ^Tx，是基变换系数；Ψ是一个基矩阵，是小波基、傅里叶基或其它的变换基；ε是考虑实信号的误差上限值，通过估计得到，

第四步：原始信号通过重构的系数采用下式计算得到：

式中Ψ基变换矩阵；

第四步：得到测量数据之后，采用传统的环境激励下的模态参数识别算法，识别结构的模态参数，包括频率、振型和阻尼比。

本发明可以在不中断交通的情况下实现桥梁的快速振动测试，通过压缩感知算法实现无线传感器基站快速移动状态下丢失数据的恢复。本发明有利于解决城市区域桥梁的快速检测难题，为保障桥梁结构的安全提供技术支撑。

附图说明

图1为用于桥梁结构在不中断交通情况下快速振动检测的方法原理框图；

图2为无线传感器静止状态采集的原始加速度数据图；

图3为在基站移动速度40km/h情况下、基站接收到的数据数据丢包率为12.63％的视图；

图4为丢失数据恢复结果和误差图；

图5为丢失数据恢复结果频域误差对比图；