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基于人工鱼群算法的结构健康监测传感器优化布设

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基于人工鱼群算法的结构健康监测传感器优化布设

作者：吴圣斌福州大学

学位级别：硕士

结构健康监测中结构动力响应数据的有效测量,依赖于安装在结构上的传感器类型、数量和布设位置。由于经济成本及现场安装效率等原因,安装在结构上的传感器数目始终有限。因此,如何优化布置这些有限数目的传感器,是一个重要的研究课题。... 详细信息

结构健康监测中结构动力响应数据的有效测量,依赖于安装在结构上的传感器类型、数量和布设位置。由于经济成本及现场安装效率等原因,安装在结构上的传感器数目始终有限。因此,如何优化布置这些有限数目的传感器,是一个重要的研究课题。传统的传感器优化布设方法主要是单目标优化且大部分是用删除法,大多只能得到局部优化解。近些年,利用智能算法求解优化问题,取得了极大的进展。人工鱼群算法作为一种全局性的智能优化算法,具有很强的求解性能。因此,本论文改进了传统的人工鱼群算法,考虑单目标函数和多目标函数,解决结构健康监测中传感器的优化布设问题。本文的主要研究工作如下:首先,提出了改进人工鱼群算法,用于优化布设传感器。在改进算法中采用整数编码表示人工鱼,设计了人工鱼初始化、编码检查及修正的方法;考虑结构相邻节点具有动力特性相似性,提出了一种两人工鱼距离的计算方法;对算法追尾行为增加高斯扰动项,维持鱼群的多样性;设计了两种觅食行为,以提高觅食成功率。以振型独立性为优化指标,运用改进人工鱼群算法对二维桁架结构、平面钢架结构及青马大桥实验室模型进行数值模拟,优化布设传感器。分析结果表明改进的算法寻优稳定,收敛快且精度高。实验室钢框架结构的试验分析结果表明,改进算法优化的传感器布设方案,可获得独立性更好的振型。其次,提出了基于Pareto多目标优化的人工鱼群算法,用于多目标优化布设传感器。多目标算法中改进了非支配排序算法,以提高非支配排序的效率;引入动态视野,用于自适应选取人工鱼的视野参数;结合天牛须算法及反向学习优化机制设计了两种强化觅食行为,提高人工鱼觅食寻优能力;引入外部档案集,用于集中处理寻优过程中的互不支配解;自适应调整鱼群个体质量,控制算法勘探与开采的平衡;选取与理想点的欧式距离最近的Pareto最优解,作为最终的传感器布设方案。最后,运用Pareto多目标人工鱼群算法处理传感器多目标优化布设问题。以损伤敏感性、损伤冗余度及模态独立性为优化指标建立传感器多目标优化模型。对平面框架结构,模拟了传感器多目标优化布设的过程,并用传感器获取的响应信息,进行结构损伤识别。模拟结果表明,用本文提出的传感器多目标优化算法,可获取较优的传感器布设方案,获取响应信息能够识别出损伤位置和程度。对算例框架进行试验,结果表明,用优化位置上的测量响应可以识别出损伤的位置,然而损伤程度的识别容易受到噪声的干扰。

关键词：结构健康监测改进人工鱼群算法多目标人工鱼群算法传感器优化布设传感器多目标优化布设

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基于桥梁健康监测的传感器优化布设

传感技术学报 2005年第4期18卷 752-755页

作者：王廷臣河北交通职业技术学院河北石家庄050091

为了利用尽可能少的传感器,来获取最可靠及最全面的桥梁健康状况信息,必须对传感器进行最优布设,从而实现对结构状态改变信息的最优采集。实验结果表明:本文所提出的方案能够迅速有效地从一个自由度复杂的结构模型中,选择出最优的传感... 详细信息

为了利用尽可能少的传感器,来获取最可靠及最全面的桥梁健康状况信息,必须对传感器进行最优布设,从而实现对结构状态改变信息的最优采集。实验结果表明:本文所提出的方案能够迅速有效地从一个自由度复杂的结构模型中,选择出最优的传感器布设位置。

关键词：传感器优化布设桥梁健康监测

混凝土连续梁易损性分析及健康监测传感器优化布设

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内蒙古公路与运输 2017年第3期 1-5页

作者：刘冬孙利民于刚同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 OPUS

以某预应力混凝土连续箱梁桥为工程背景,研究了已建桥梁在发生结构性能退化、车辆超载和船撞等不同损伤下结构的易损性,通过分析得到了易损性较高的构件集合,确定了不同损伤场景下采用健康监测技术时需要重点监测的内容,并就传感器布设... 详细信息

以某预应力混凝土连续箱梁桥为工程背景,研究了已建桥梁在发生结构性能退化、车辆超载和船撞等不同损伤下结构的易损性,通过分析得到了易损性较高的构件集合,确定了不同损伤场景下采用健康监测技术时需要重点监测的内容,并就传感器布设方案给出建议。

关键词：易损性桥梁健康监测系统传感器优化布设连续箱梁超载混凝土退化船撞

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分布式长标距FBG传感器的优化布设

铁道勘测与设计 2014年第4期 10-16页

作者：陈紫妍中铁四院集团西南勘察设计有限公司

讨论了传感器优化问题中遗传算法的编码问题,提出采用Grefenstette编码来解决遗传交叉,变异算法过程中可能产生的基因座编码重复的问题,分析了分布式长标距FBG传感器的布设特点,提出了基于Grefenstette编码遗传算法的、以静力位移为目... 详细信息

讨论了传感器优化问题中遗传算法的编码问题,提出采用Grefenstette编码来解决遗传交叉,变异算法过程中可能产生的基因座编码重复的问题,分析了分布式长标距FBG传感器的布设特点,提出了基于Grefenstette编码遗传算法的、以静力位移为目标函数、位移识别误差最小为优化准则的传感器优化布设方法。通过算例证明了本文算法的可行性,能有效节约布设成本。

关键词： FBG 传感器 Grefenstette编码遗传算法传感器优化布设

桥梁高墩施工监测传感器优化布设的算法及应用研究

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公路交通科技（应用技术版） 2010年第8期6卷 229-231,235页

作者：王勇贵州高速公路开发总公司贵州贵阳550004

好的传感器布设方案是进行桥梁结构施工监测的基础。本文回顾了常用的传感器优化布设方法和布设目标,提出了传感器初选布设的矩阵算法,结合工程实际。利用Fisher信息矩阵算法,对高墩的传感器布设进行了优化,从复杂的结构模型中选出关键... 详细信息

好的传感器布设方案是进行桥梁结构施工监测的基础。本文回顾了常用的传感器优化布设方法和布设目标,提出了传感器初选布设的矩阵算法,结合工程实际。利用Fisher信息矩阵算法,对高墩的传感器布设进行了优化,从复杂的结构模型中选出关键的测点位置,在含噪声环境中实现了对结构状态改变信息的最优采集。

关键词：桥梁高墩施工监测传感器优化布设

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结构损伤识别的传感器优化布设方法

铁道建筑 2003年第3期43卷 51-54页

作者：崔飞高岩深圳市道桥管理处铁道科学研究院

对振动模态分析技术中关于传感器最优布点方法的研究进行述评。针对结构损伤识别中有关指纹更新识别以及模型修正所需的模态动态信息 ,提出了传感器优化布设的方案。对于结构重点部位的监测 ,则可以利用灵敏度分析的方法确定传感器的布... 详细信息

对振动模态分析技术中关于传感器最优布点方法的研究进行述评。针对结构损伤识别中有关指纹更新识别以及模型修正所需的模态动态信息 ,提出了传感器优化布设的方案。对于结构重点部位的监测 ,则可以利用灵敏度分析的方法确定传感器的布设 ,实现对结构状态信息的最优采集。

关键词：结构损伤识别振动试验模态分析桥梁结构监测传感器优化布设

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传感器优化布设在桥梁健康监测中的应用

同济大学学报(自然科学版) 1999年第1期 15-15页

作者：崔飞袁万城史家均

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传感器在桥梁健康监测中的优化布设研究

石家庄铁道学院学报 2006年第3期19卷 102-105页

作者：王廷臣河北交通职业技术学院河北石家庄050091

介绍了传感器最优布设在桥梁健康监测中的应用研究,并提出一整套传感器优化布设方案,从而能够迅速有效地从具有多个自由度的复杂结构模型中,选择出关键的测点位置。

关键词：桥梁健康监测传感器优化布设测点

基于施工全过程的高支模监测系统设计与安全预警研究

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基于施工全过程的高支模监测系统设计与安全预警研究

作者：段庚鑫吉林大学

学位级别：硕士

随着我国综合实力和社会经济的快速发展,先进的施工工艺和新型建筑材料不断涌现,大空间、大跨度、高净空的现浇混凝土结构日益增多。高支模作为一项新技术,具有承载能力大、搭设速度快、适用性强等优点,在建筑工程领域中得到了广泛的应... 详细信息

随着我国综合实力和社会经济的快速发展,先进的施工工艺和新型建筑材料不断涌现,大空间、大跨度、高净空的现浇混凝土结构日益增多。高支模作为一项新技术,具有承载能力大、搭设速度快、适用性强等优点,在建筑工程领域中得到了广泛的应用。但是,由于高支模架体高度高、跨度大、杆件繁多、受力复杂多变等特点,在施工过程中存在着倾斜或垮塌的风险,具有极高的危险性。传统的人工监测方式无法对高支模各杆件进行全面、精准、不间断的监测,不能及时发现潜在风险并进行安全预警,使得高支模垮塌事故时有发生。为了有效的改善高支模监测中存在的问题,最大限度地降低事故发生的概率,亟需建立高支模监测系统,为高支模在施工全过程中提供实时、精准、全面的监测与安全预警,保障施工的顺利进行。因此,针对上述问题,本文以某轨道交通一期高支模工程为应用背景,基于施工全过程,进行了高支模监测系统设计与安全预警的研究,主要研究内容如下:(1)研究高支模监测系统的总体设计。根据高支模的特点,确定了高支模监测系统的设计原则,归纳总结了高支模监测中常见的监测项目,分析了各监测项目的监测目的,并进行了重要程度分类。介绍了高支模监测系统的组成以及各子系统的功能。总结了传感器的选型原则与布设原则,分析了不同监测项目中常用传感器的优点和缺点。最后以实际工程为例,将上述研究应用于高支模监测系统的设计中,确定了监测设备并搭建了监测系统软件平台。(2)研究高支模施工全过程的有限元模拟以及传感器优化布设。采用有限元分析软件MIDAS/Civil建立了高支模关键区域的有限元模型,分别对高支模架体在混凝土浇筑后的湿重状态下进行屈曲分析以及在混凝土浇筑全过程进行受力与位移分析,进而得到了易损性位置和最不利位置。通过开发梁下立杆应力计算软件,验证了有限元计算结果的准确性。根据模型的分析结果,确定了传感器的初始布设方案。在此基础上,通过对已布设传感器的实测数据之间的相关性进行分析,优化了布设方案。提出了传感器优化布设标准,总结了各个测点的重要性,为后续的传感器布设提供了标准和依据。(3)研究高支模失真监测数据的识别与修补方法。通过分析高支模某区域的监测数据,总结了高支模监测中常见的失真数据类型,包括单点失真、连续失真和缺失失真,并分析了三种失真数据的特征和表现形式。针对三种类型失真数据的特点,分别进行识别方法与修补方法的研究。最后基于某区域采集的实测数据,对识别与修补方法进行验证。结果表明,上述方法能够有效的对失真数据进行识别与修补。(4)研究高支模施工全过程的安全预警。介绍了安全预警体系的特点,结合高支模特点,提出了预警阈值的设置方法,并采取分阶段、分等级的预警方法,分别在混凝土浇筑前和浇筑过程中根据结构的状态,进行不同等级的安全预警,并制定了预警流程。在此基础上,提出了以统计值、关联性、有限元模拟理论值、规范限值以及材料抗压强度设计值作为预警阈值的设置方法,并将上述预警方法应用于高支模关键区域的施工全过程预警中。结果表明,上述方法能够很好的应用于高支模安全预警。

关键词：高支模监测系统有限元模拟传感器优化布设失真数据修补安全预警