1. 同济大学 土木工程学院,上海 200092;
2.上海期智研究院,上海 200232;
3. 同济大学 土木工程防灾减灾全国重点实验室,上海 200092;
4. 兰州理工大学 土木工程学院,兰州 730050
Sun Limin 1,2,3 Chen Zhuo1 Qu Guang4 Han Jianping4 Du Yongfeng4
1. School of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China;
2. Shanghai Qizhi Institute, Shanghai 200232, China;
3. State Key Laboratory of Disaster Reduction in Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China;
4. School of Civil Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China
摘要:
桥梁结构健康监测系统采集的加速度数据为结构异常识别和早期损伤检测提供了关键信息。但原始加速度信号复杂,且有较多噪声干扰,这大大降低了结构异常特征可分性,进而增加误判风险。为此,研究提出一种融合多频分解与多尺度时序建模的自监督异常识别框架和一种新的异常敏感指标:高斯核加权残差平方和(GKWRSS)。该方法首先采用经验模态分解(EMD)提取频率敏感分量,随后通过Transformer建立信号的时序长程依赖关系,并对输入信号进行重构,最后运用高斯混合模型(GMM)对输入信号和重构信号的GKWRSS值进行聚类来实现桥梁结构的异常识别。研究结果表明:提出的EMD-Transformer-GMM架构能够有效抑制信号跨频干扰,提升异常特征的可分性,此外,由于Transformer层中引入的转置卷积解码器,架构能够实现自监督学习,在重构输入信号的同时保留细粒度时序特征与频域特异性,同时,该方法仅需基于信号差异进行分类,无需标注异常样本。相较于传统残差平方和(RSS),GKWRSS在保持局部异常敏感性的同时,显著提升了正常与异常状态的可分性。实桥数据和数值模拟试验验证,表明了其在桥梁结构异常识别中的可靠性和实用性。