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建筑结构学报 2022年第10期43卷 68-75页

作者：杨娜付颖煜李天昊北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 北京交通大学结构风工程与城市风环境北京市重点实验室北京100044

基于结构健康监测,深入挖掘监测数据信息是获取古建筑结构健康状态,是保证其耐久性与安全性的重要手段。为精准开展数据分析与结构安全评估工作,区分硬件异常、人为扰动或环境突变两类数据异常成因,分别定义两类砌体结构古建筑监测数据... 详细信息

基于结构健康监测,深入挖掘监测数据信息是获取古建筑结构健康状态,是保证其耐久性与安全性的重要手段。为精准开展数据分析与结构安全评估工作,区分硬件异常、人为扰动或环境突变两类数据异常成因,分别定义两类砌体结构古建筑监测数据异常。结合砌体结构古建筑监测数据长期静态缓变的特性,提出基于密度的改进离群点识别算法以提高监测数据清洗的质量。通过对时间序列数据的压缩分割,以及子时间序列数据的转化,实现精准拾取数据中的局部离群点。经定性定量分析,基于局部离群密度的改进离群点识别算法对于识别砌体结构古建筑监测数据局部离群点的准确度高、效率高,能够解决现有数据离群点识别算法不适用于砌体结构古建筑监测数据的问题。

关键词：古建筑结构监测数据局部离群点数据清洗算法

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藏式古建筑砌体结构健康监测数据挖掘

藏式古建筑砌体结构健康监测数据挖掘

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作者：付颖煜北京交通大学

学位级别：硕士

结构健康监测是实现古建筑预防性保护的重要手段,我国古建筑结构健康监测的研究与应用已取得阶段性的成果,充分发挥对结构的实时监测作用,但是在古建筑结构健康监测数据分析与挖掘方面仍然存在许多不足。“十四五”规划纲要明确提出确... 详细信息

结构健康监测是实现古建筑预防性保护的重要手段,我国古建筑结构健康监测的研究与应用已取得阶段性的成果,充分发挥对结构的实时监测作用,但是在古建筑结构健康监测数据分析与挖掘方面仍然存在许多不足。“十四五”规划纲要明确提出确保古建筑等历史文化遗产安全是提升中华民族文化自信的重要措施,在“十四五”期间基本实现全国重点文物保护单位从抢救性保护到预防性保护的转变。因此,深入挖掘古建筑结构健康监测数据中蕴含的结构状态信息是亟待解决的科学问题。针对现有研究的问题,本文以古建筑砌体结构健康监测数据为驱动,利用数理统计与数据科学技术,深入挖掘监测数据的有效信息,以评估结构损伤状况。本文的主要研究内容与成果为:(1)概述古建筑砌体结构监测数据特征,将监测对象分为本体损伤(对应传感器为裂缝位移计和柔性测斜仪)和环境变量(对应传感器为空气温湿度计和土体温湿度计)两类,分别从传感器的空间状态和监测数据的时间特征入手,通过描述不同类别监测数据的基本特征,总结出在竖向荷载、温度等共同作用下,古建筑砌体结构的本体响应监测数据具有长期静态缓变的数据特征。为保证结构健康监测数据质量及数据挖掘的有效性,得到了古建筑砌体结构无效监测数据是由于数据采集、传输和存储过程出现异常而导致的数据离群点和数据缺失现象导致。通过数据试验对比,分别给出适配于古建筑砌体结构无效监测数据的预处理方法。(2)以结构健康监测数据驱动,探究砌体结构墙体裂缝开合变化的季节性特征,利用监测数据序列的自相关函数,结合裂缝开合监测数据与环境温湿度监测数据的相关系数计算结果,得到使裂缝开合变化具有季节性的根本原因是结构内部场环境温度作用的影响。对裂缝开合变化监测数据序列应用层次聚类算法,将砌体结构墙体裂缝分为活跃裂缝和休眠裂缝两类。再以活跃裂缝为研究对象,推导裂缝开合监测数据与环境温度监测数据的相关关系表达式,并发现应用经验模态分解将监测数据序列分解为周期项、趋势项和随机项三个部分的组合,再对重构后的数据序列拟合,能够有效提高数据拟合的准确性,得到更精确的裂缝开合随环境温度变化而变化的关系表达式,有助于精准阐述活跃裂缝开合变化的季节性规律。(3)应用已获取的结构健康监测信息,对结构本体响应进行预测是实现监测数据异常识别的基础。本文通过建立基于长短时记忆网络和支持向量回归的监测数据预测模型,并应用网格搜索算法实现模型参数的优化,实现对结构本体响应监测数据的高精度和高效率预测。再结合结构健康监测系统获取的实时监测数据,绘制均值-移动极差控制图,应用统计过程控制理论识别控制图的异常情况,依据分析结果判断实时监测数据是否处于正常状态,实现结构健康监测系统预警模块的构建,做到对结构安全状态的实时监控,降低结构健康监测系统对人工运维的依赖性,实现从结构抢救性保护至结构预防性保护的转变。图98幅,表23个,参考文献102篇。

关键词：结构健康监测古建筑砌体结构监测数据挖掘监测数据预处理监测数据相关性监测数据异常识别

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基于红外辐射特征的砾岩水分湿润锋的演化与追踪

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岩石力学与工程学报 2019年第S2期38卷 3545-3553页

作者：张芳付成功付颖煜王振伟陶志刚李英骏中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学力学与建筑工程学院北京100083 北方工业大学土木工程学院北京100144

针对岩石介质中水分湿润锋的时间、空间演化规律问题,采用红外热像仪监测砾岩由干燥到饱和吸水过程中的红外辐射特征,利用水分湿润锋识别理论分析水分湿润锋在时间、空间上的分布规律:(1)随着时间推进,不规则湿润锋面由试样底部逐渐运... 详细信息

针对岩石介质中水分湿润锋的时间、空间演化规律问题,采用红外热像仪监测砾岩由干燥到饱和吸水过程中的红外辐射特征,利用水分湿润锋识别理论分析水分湿润锋在时间、空间上的分布规律:(1)随着时间推进,不规则湿润锋面由试样底部逐渐运移至试样顶端,在吸附力与毛细力的主要作用下,其上升速度不断减小,直至趋近于0;(2)受砾岩材质不均匀影响,在空间上,水分湿润锋面从试样底部到顶端呈现为非对称的上凸曲线的阵列。对比理论计算结果与可见光监测结果表明,利用水分湿润锋识别理论,能够得到任意时刻砾岩水分湿润锋面的空间分布曲线,可进一步追踪其在时间、空间上的演化规律;该方法可实现无损、实时追踪水分湿润锋的目的,对解决土木工程建设、古建筑维护、文物保护等领域的水害问题可提供一种新的监测方法。

关键词：岩石力学红外辐射特征水分湿润锋演化规律时间与空间分布

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