[发明专利]用分布式光纤对建筑结构振动进行全局预警的方法

说明书

本发明的用分布式光纤对建筑结构振动进行全局预警的方法包括以下步骤：(一)、用分布式光纤对建筑结构上的振动进行采集；(二)、计算上述数据矩阵X在高维核空间的特征值和特征向量；(三)、计算统计量T²的控制限；(四)判断测试集x_test是否预警，本发明的方法作为表征建筑结构振动状态整体的KPI指标，通过实例的测试分类分析，算法在建筑结构振动监测中较传统PCA算法具有更好的抗干扰性和分类准确率，有效的降低了高维空间特征矩阵的维数，有效降低统计量的计算开销，达到状态整体表征的目的，算法高维空间主元个数更少，主元贡献率更高，更好地区分了光纤振动中的非线性因素，整个监测的整体表征更加准确。

技术领域

本发明涉及了一种基于分布式光纤的结构振动全局预警方法，特别是用于一种利用建筑结构历史振动数据结合核主元分析法预测模型进行全局预警的方法。

背景技术

在对建筑结构振动特征进行监测预警，传统方式位对建筑指定构件的模态进行分析，需要专业的技术人员经过培训后才能够使用这种复杂的数学模型，运算非常耗时，并且不易对建筑整体的振动态势进行全局描述预警。针对该问题，迫切需要提出易操作，全区域，计算速度快的建筑结构振动预测方法。

建筑结构在机械、环境、管线等振动条件下，需要对结构本身的振动状态进行统计描述，并对可能发生的不利变化进行预警，为安全预警等提供技术支撑，因此引入核主元分析法模型，可有效保存光纤信号中的非线性信息，结合历史分布式光纤振动数据计算统计量阈值，进行振动监测。

中国专利CN201310072577公开了一种故障预测方法及系统，但是上述专利未对样本采集和处理方法进行说明，且其应用场景侧重于大型机械的振动故障识别和预测。

中国专利CN201510243981公开了奥灰岩溶裂隙水网络横向分布的预测方法，在上述专利中，采用的采集样本为断层影响因子、断层份维值、褶皱分维值、奥灰水温异常变化值和惊吓奥灰水文钻孔涌水量5个指标组成的n×5矩阵，侧重点为对时间维度上5个指标变化的相关性进行描述。

中国专利CN201510290378公开了一种基于KPCA的工业过程故障诊断方法，上述专利是对电熔镁炉冶炼生产过程中的正常生产数据进行分析，其中正常生产数据包括电流、电压、电极之间的相对位子和电熔镁炉的温度4个指标组成的n×4矩阵，侧重点为对时间维度上4个指标变化的相关性进行描述。

本发明的单个采集样本为分布式光纤上400-4000个采集点信号的集合，创新点在于空间维度的全局分布对建筑结构的整体描述。

发明内容

本申请的发明目的在于提供一种建筑结构振动状态的全局预警方法，该方法是基于该建筑结构分布式光纤历史振动数据等，结合核主元分析法模型进行建筑结构整体的振动态势预测。

为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：

本发明的一种用分布式光纤对建筑结构振动进行全局预警的方法，其中：它包括以下步骤：

(一)、用分布式光纤对建筑结构上的振动进行采集：

将光纤连续固定放置在建筑结构表面上，光纤的一端与相位光时域反射计设备相连，对光纤信号进行采集，在光纤上有n个采集点，以每秒为H频率对各个采集点进行平滑采样，得到n个点位的分布式光纤原始振动信号，每个点位采集得到的数据是随时间变化的曲线，采集得到的信号是n维数据矩阵，每个采集点每次采样值为s_p，对每个采集点每1秒的原始信号进行取均值处理，该点的信号均值为：

其中为整根光纤的一个采集样本，i＝m，持续m秒后，m＞＞n，得到m×n数据矩阵X＝{x₁，x₂，x₃…x_n}∈R^m×n；