基于EDA统计图量化的桥梁动态监测数据质量评估

作     者：殷鹏程 谭曼丽莎 曹阳梅 单德山 YIN Pengcheng;TAN Manlisha;CAO Yangmei;SHAN Deshan

作者机构：中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063 中国铁建股份有限公司桥梁工程实验室湖北武汉430063 西南交通大学土木工程学院四川成都610031 四川省公路规划勘察设计研究院有限公司四川成都610041 

出 版 物：《重庆交通大学学报（自然科学版）》 (Journal of Chongqing Jiaotong University(Natural Science))

年 卷 期：2024年第43卷第5期

页      面：9-16页

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51978577) 中铁第四勘察设计院集团有限公司自立课题(2022K086、KY2023014S) 

主　　题：桥梁工程 桥梁结构健康监测 数据质量评估 探索性数据分析 KL散度 余弦相似度 箱线图 

摘      要：探索性数据分析统计图在桥梁健康监测动态数据质量评估中已有广泛应用。为了减少人工观察统计图的主观性,通过近似度量方法实现统计图的量化分析,得到多个指标对监测数据进行快速质量评估。在运营环境激励作用下,桥梁结构动力响应具有短时线性平稳性,近似服从正态分布。以某大跨斜拉桥振动数据为研究对象,首先,绘制样本数据直方图和Q-Q图,通过观察数据分布特征预先判断数据质量,确定优、良和差3个等级。然后,分别通过KL散度和余弦相似度2种近似度量方法对样本数据直方图和Q-Q图进行量化,得到数据服从正态分布程度的指标;通过箱线图检测样本数据全局异常点,得到正常数据占比;统计分析得到量化值和先验质量等级的对应关系,确定以直方图KL散度和余弦相似度为主、以箱线图正常数据占比为辅的数据质量评估标准。最后,取部分数据为验证集,进一步验证所提方法各个指标的合理性,并给出该方法在实际工程上的应用结果。