專利名稱：一種橋梁結(jié)構(gòu)安全的綜合評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種橋梁結(jié)構(gòu)安全預(yù)警技術(shù)，尤其涉及一種橋梁結(jié)構(gòu)安全的綜合評(píng)價(jià)方法。
背景技術(shù)：
由于橋梁結(jié)構(gòu)本身和所處環(huán)境的復(fù)雜性以及結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)的特殊性，現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)安全評(píng) 價(jià)方法存在較大的局限，在實(shí)際應(yīng)用上未能取得令人滿意的進(jìn)展，主要體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)
(1) 現(xiàn)有的基于模型的橋梁結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)理論均來(lái)源于力學(xué)學(xué)科，其評(píng)價(jià)過(guò)程嚴(yán)重依賴 于結(jié)構(gòu)的精確理論模型和確定的系統(tǒng)激勵(lì)；然而舊橋資料的嚴(yán)重缺失和橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)在運(yùn)行 過(guò)程中的不斷變化使得結(jié)構(gòu)精確模型的建立極為困難，加上橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中隨機(jī)環(huán)境激 勵(lì)的未知性，使得基于模型的結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)遇到難以逾越的障礙。
(2) 基于統(tǒng)計(jì)分析的評(píng)價(jià)方法雖已得到逐歩的重視，但其研究和應(yīng)用尚處在初期；橋梁尺 寸巨大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，振動(dòng)幅值很低，統(tǒng)計(jì)分析通常所采用的動(dòng)力特性指標(biāo)易被環(huán)境噪聲淹沒 或?qū)植繐p傷不敏感，而且沒有將橋梁結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)與環(huán)境特性(如溫度)有效地聯(lián)系起來(lái)， 其評(píng)價(jià)效果還無(wú)法滿足工程要求。
(3) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)雖然在處理非線性問題時(shí)具有優(yōu)良的性能，但由于缺乏完備的訓(xùn)練樣本，無(wú) 法在結(jié)構(gòu)響應(yīng)和安全狀態(tài)之間建立有效的因果聯(lián)系。
(4) 目前的安全評(píng)價(jià)大多采用單一的方法或單一的參數(shù)進(jìn)行分析，環(huán)境影響的不確定性以 及測(cè)試數(shù)據(jù)的不完整使得監(jiān)測(cè)變量未能全面反映結(jié)構(gòu)的安全狀況。
以上問題的存在，使得目前還沒有一種令人滿意的橋梁安全綜合評(píng)價(jià)體系。
從以上分析可知，由于橋梁結(jié)構(gòu)本身的構(gòu)成極為復(fù)雜，其性能容易受到結(jié)構(gòu)所處環(huán)境的 各種因素的影響，使得結(jié)構(gòu)安全的評(píng)價(jià)工作也十分的復(fù)雜和困難。盡管目前針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安 全的評(píng)價(jià)方法有很多，但由于各種原因，這些評(píng)價(jià)方法都有其本身固有的缺陷，在實(shí)際應(yīng)用 上尚未取得令人滿意的結(jié)果。
D—S證據(jù)理論由Dempster提出，利用概率的上下限表示不確定性，后經(jīng)Shafer進(jìn)一歩 發(fā)展和完善，使之成為一種系統(tǒng)化的不確定性推理理論。常用于信息融合的決策層。
在實(shí)際應(yīng)用中，不同的證據(jù)(本文中指評(píng)價(jià)結(jié)果)代表不同的信息來(lái)源，采集的手段不 同、時(shí)間不同，或采用的評(píng)估方法不同，都可能導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果權(quán)重的不同分布。在進(jìn)行融合 時(shí)，采用D-S融合規(guī)則，即基于直接和(正交和)的融合方法。這樣，融合的結(jié)果可以大大 減小系統(tǒng)輸出的不確定度，進(jìn)一歩提高狀態(tài)評(píng)估的準(zhǔn)確性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種橋梁結(jié)構(gòu)安全的綜合評(píng)價(jià)方法，它包括1)采用『i /指標(biāo)和/ S/指標(biāo)
對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)并形成評(píng)價(jià)結(jié)果；2)利用EWMA控制圖的初級(jí)預(yù)警限和安全 告警限對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)并形成評(píng)價(jià)結(jié)果；3)采用Dempster融合規(guī)則對(duì)『及/指 標(biāo)和及S/指標(biāo)形成的評(píng)價(jià)結(jié)果和EWMA控制圖的初級(jí)預(yù)警限和安全告警限形成的評(píng)價(jià)結(jié)果 進(jìn)行融合并形成融合結(jié)果；根據(jù)融合結(jié)果來(lái)確定最終是否發(fā)出告警信息，或者，直接根據(jù)歩 驟l)或步驟2)中的評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)確定最終是否發(fā)出告警信息。
歩驟1)中，采用『及/指標(biāo)和及S/指標(biāo)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)并形成評(píng)價(jià)結(jié)果， 包括
1) i S/指標(biāo)是指實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)在某一周期內(nèi)的單向波動(dòng)量占總波動(dòng)量的相對(duì)百分 數(shù)，具體計(jì)算方法為<formula>formula see original document page 8</formula>式中A為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)在一個(gè)周期內(nèi)正方向增加量的總和；
B為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)在一個(gè)周期內(nèi)負(fù)方向增加量絕對(duì)值的總和；
其中<formula>formula see original document page 8</formula>式中Z,為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)在一個(gè)周期內(nèi)的第z'個(gè)值；
Z^為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)在一個(gè)周期呢的第/-1個(gè)值；
/為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)在一個(gè)周期內(nèi)的取值數(shù)目；
/為正整數(shù)。
2) 『及/指標(biāo)是指實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)當(dāng)前波動(dòng)幅度占其前一周期最大波動(dòng)幅度的百分 數(shù)，具體計(jì)算方法為
<formula>formula see original document page 8</formula>
式中Zmax為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)在前一周期內(nèi)的最大值；
為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)在前一周期內(nèi)的的最小值； Z為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)的當(dāng)前數(shù)值；
n為實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果的周期長(zhǎng)度內(nèi)的測(cè)點(diǎn)數(shù)量；
其中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)在前一周期內(nèi)的最大值Z^和最小值Z^分別為前一周期內(nèi) 的測(cè)點(diǎn)數(shù)W減去距當(dāng)前檢測(cè)點(diǎn)W個(gè)測(cè)點(diǎn)后振幅的最大值和最小值，W取值可為3~6; 『 /指標(biāo)和i^/指標(biāo)形成的評(píng)價(jià)結(jié)果，包括
1) - 25 125時(shí)，不發(fā)出告警請(qǐng)求；反之則發(fā)出告警請(qǐng)求；或
2)同時(shí)滿足-25<WRI/n)<125和45<及RSI/(n)<555時(shí)，不發(fā)出告警請(qǐng)求；任一條件不滿
足時(shí)，則發(fā)出告警請(qǐng)求；
歩驟2)中，所述的利用ewma控制圖的初級(jí)預(yù)警限和安全告警限對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行
綜合評(píng)價(jià)并形成評(píng)價(jià)結(jié)果，包括ewma控制圖的內(nèi)控制限[zcz， t/o:]為初級(jí)預(yù)警限，外
控制限[VCL， HCL]為安全告警限，其評(píng)價(jià)結(jié)果為當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息控制圖統(tǒng)計(jì)量
的值超過(guò)內(nèi)控制限[VCL, UCL或外控制限[VCL, HCL]時(shí)，發(fā)出告警請(qǐng)求，否則不發(fā)出告警 請(qǐng)求。
前文所述的融合，其步驟包括
1) 根據(jù)沖突因子《的值，確定是否存在評(píng)價(jià)結(jié)果沖突的情況如果沒有沖突，則直接
用Dempster融合規(guī)則對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行融合；若有沖突，則進(jìn)行下一步；
2) 采用專家評(píng)分法或相關(guān)系數(shù)法計(jì)算平均評(píng)價(jià)結(jié)果的基本概率賦值5iM;
3) 根據(jù)融合的具體要求及評(píng)價(jià)結(jié)果的屬性，計(jì)算各評(píng)價(jià)結(jié)果的權(quán)值；
4) 用平均評(píng)價(jià)結(jié)果和沒有沖突的評(píng)價(jià)結(jié)果建立新的評(píng)價(jià)結(jié)果源，并計(jì)算新評(píng)價(jià)結(jié)果的 se4，平均評(píng)價(jià)結(jié)果的權(quán)值由沖突評(píng)價(jià)結(jié)果的權(quán)值代替；
5) 用Dempster融合規(guī)則對(duì)新評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行融合，得到融合結(jié)果。
融合歩驟2)中，采用專家評(píng)分法或相關(guān)系數(shù)法計(jì)算平均評(píng)價(jià)結(jié)果的基本概率賦值5iM 的步驟，包括
采用專家評(píng)分法或相關(guān)系數(shù)法對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行預(yù)處理的步驟，包括
(1)采用專家評(píng)分法構(gòu)造融合評(píng)價(jià)變量的基本概率分布的方法，包括 根據(jù)下式確定專家評(píng)分法的基本概率賦值，即Bi^:
附'
式中
m (P表示由評(píng)價(jià)結(jié)果A確定的結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)基本概率賦值^^4; m(/0表示由評(píng)價(jià)結(jié)果A不能確定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)基本概率賦值5尸J; m為橋梁結(jié)構(gòu)某一單元的安全狀態(tài)的種數(shù)；
為根據(jù)某參數(shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果A對(duì)結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)進(jìn)行評(píng)分專家人數(shù)；
C,G)為專家!'根據(jù)某參數(shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果A判斷結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)為y的基本概率賦值5iM;
C,(//)為專家/根據(jù)某參數(shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果A不能確定狀態(tài)的基本概率賦值
其中，A為第/個(gè)監(jiān)測(cè)變量的評(píng)價(jià)結(jié)果；
(2)采用相關(guān)系數(shù)法構(gòu)造融合監(jiān)測(cè)變量的基本概率分布，包括-
根據(jù)下式確定相關(guān)系數(shù)的基本概率分布
<formula>formula see original document page 10</formula>式中-
/、y均為自然數(shù)；
C,(;')為傳感器/與目標(biāo)狀態(tài)_/的相關(guān)系數(shù)； m, (P為傳感器!'對(duì)目標(biāo)狀態(tài)y的基本概率分布； 其中<formula>formula see original document page 10</formula>式中《,為系統(tǒng)總的不確定系數(shù)； M為傳感器數(shù)量；
",為傳感器/與目標(biāo)狀態(tài)y的最大相關(guān)系數(shù); A為傳感器/與各相關(guān)系數(shù)的分布系數(shù)； 及,為傳感器/的可靠系數(shù)； l為環(huán)境性能系數(shù)，其值位于
內(nèi)； 各參數(shù)表示如下
<formula>formula see original document page 10</formula>
傳感器/對(duì)辨識(shí)框架的基本概率分布為
<formula>formula see original document page 10</formula>
式中m,(//)為傳感器/對(duì)辨識(shí)框架a的基本概率分布。
融合步驟5)中，用Dempster融合規(guī)則對(duì)新評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行融合，得到融合結(jié)果，包括 辨識(shí)框架// = {4，4}，
其中，A表示結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)，A表示結(jié)構(gòu)處于不安全狀態(tài)，它們的基本概率分布分 別為和m(X2)， w(/i)表示不確定的狀態(tài)， 基于基本概率賦值的決策
對(duì)任意<formula>formula see original document page 10</formula>,滿足
<formula>formula see original document page 10</formula>
若有<formula>formula see original document page 11</formula> 則不發(fā)出安全告警信息；不滿足上述條件時(shí)，發(fā)出安全告警信息；
e,、 ^為預(yù)先設(shè)定的閾值。
直接根據(jù)步驟l)或歩驟2)中的評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)確定最終是否發(fā)出告警信息，其具體內(nèi)容如
下
直接根據(jù)『及/指標(biāo)和i S/指標(biāo)形成的評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)確定最終是否發(fā)出告警信息，包括1) <formula>formula see original document page 11</formula>時(shí)，不發(fā)出告警信息；反之則直接發(fā)出告警信息；或
2)同時(shí)滿足-25 125和45S及S/(w)S55時(shí)，不發(fā)出告警信息；任一條件不滿
足時(shí)，則直接發(fā)出告警信息；
直接根據(jù)EWMA控制圖形成的評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)確定最終是否發(fā)出告警信息，包括當(dāng)橋梁
結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息控制圖統(tǒng)計(jì)量的值超過(guò)內(nèi)控制限<formula>formula see original document page 11</formula>或外控制限<formula>formula see original document page 11</formula>時(shí)，
直接發(fā)出告警信息，否則不發(fā)出告警信息。
ewma控制圖的內(nèi)控制限[zo:， t/o:]的計(jì)算方法，包括
1) 將橋梁結(jié)構(gòu)的任一實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)參數(shù)的歷史信息建立一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，表述為
式中/為正整數(shù)；
Z,為該監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)在周期內(nèi)的第/個(gè)值； Z為該監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)的過(guò)程均值； 《為隨機(jī)變化的參量；
2) 確定(T、 d、和^ "的值
對(duì)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算該數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差tr以及最小偏移量"=//w (其中 hlSl);再根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況和評(píng)價(jià)的具體要求，選取數(shù)據(jù)變化的基本時(shí)間周期的 10倍~20倍，作為在某時(shí)間段內(nèi)不發(fā)生誤報(bào)警的平均運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)Ji ^ (Average Run Length)。
3) 確定義和A:的值
通過(guò)査表法，從EWMA控制圖最優(yōu)義曲線圖和EWMA控制圖、(/1， 0組合曲線圖確定/1 和A:的值；
4) 優(yōu)化A和A:的值
根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的實(shí)際情況，建立一個(gè)迭代過(guò)程，通過(guò)d值的變化搜索最優(yōu)的(A》)組 合，使被監(jiān)測(cè)過(guò)程的誤發(fā)警報(bào)的概率與預(yù)先確定的概率的誤差最小；
5) 根據(jù)下式求得EWMA控制圖的內(nèi)控制限的上、下限
<formula>formula see original document page 12</formula>
<formula>formula see original document page 12</formula>
式中"為樣本子集的大小，"=^及"/水，A為采樣間隔；
ewma控制圖的外控制限[rcz, //o:]計(jì)算方法，包括
1) 根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)可靠度規(guī)范給出的可靠度指標(biāo)，即可獲得結(jié)構(gòu)失效概率的允許值Pf;
2) 根據(jù)下式計(jì)算EWMA控制圖的外控制限系數(shù)[-x,x]，(x>o);<formula>formula see original document page 12</formula>
3) 根據(jù)下式確定外控制限:<formula>formula see original document page 12</formula>
式中Z為監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)的過(guò)程均值； ^T為監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。
本發(fā)明的有益技術(shù)效果大大減小系統(tǒng)輸出的不確定度，提高狀態(tài)評(píng)估的準(zhǔn)確性，評(píng)價(jià) 結(jié)果可靠度高、適用面廣。
附圖1，橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)示意附圖2， Ji Z0=50， 100,250,370時(shí)，EWMA控制圖最優(yōu)X曲線；
附圖3， ^ i:0=500， 1000， 1500,2000時(shí)，EWMA控制圖最優(yōu)X曲線；
附圖4， ^ Z(t50， 100,250,370時(shí)，EWMA控制圖(/1, it)組合曲線；
附圖5， ^ "=500,1000,1500,2000時(shí)，EWMA控制圖(;i， A:)組合曲線；
附圖6，最優(yōu)( ^)組合的搜索過(guò)程框附圖7，撓度n5的活載效應(yīng)EWMA控制圖評(píng)價(jià)附圖8，撓度s5瞬變的EWMA控制圖評(píng)價(jià)附圖9，撓度s5瞬變信息失控的模擬及評(píng)價(jià)附圖IO，應(yīng)變20瞬變信息的EWMA控制圖評(píng)價(jià)附圖ll，應(yīng)變30瞬變信息的EWMA控制圖評(píng)價(jià)附圖12，應(yīng)變30失控的模擬及評(píng)價(jià)附圖13，撓度s5劣化效應(yīng)信息的評(píng)價(jià)附圖14，應(yīng)變30劣化效應(yīng)信息的評(píng)價(jià)附圖中，圖2至圖5為(/l，A)組合曲線圖，均為引用圖，其來(lái)源為CrowderSV. Design of exponentially weighted moving average schemes. Journal of Quality Technology 1989,
1具體實(shí)施例方式
(一)采用融合規(guī)則進(jìn)行評(píng)價(jià) 采用RSI指標(biāo)和及S/指標(biāo)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)后形成證據(jù)mi、 m2 (即評(píng)價(jià)結(jié) 果)，利用EWMA控制圖的初級(jí)預(yù)警限和安全告警限對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)并形成證據(jù)m3 (也即評(píng)價(jià)結(jié)果)，如果m,、 m2、 m3之間不存在沖突，則直接用Dempster融合規(guī)則對(duì)證據(jù)(評(píng)價(jià)結(jié)果)進(jìn)行融合，得到融合結(jié)果；如果m卜m2、 rri3之間存在沖突，則按如下歩 驟進(jìn)行處理
1 )采用專家評(píng)分法或相關(guān)系數(shù)法計(jì)算平均評(píng)價(jià)結(jié)果的基本概率賦值S戶A
2) 根據(jù)融合的具體要求及評(píng)價(jià)結(jié)果的屬性，計(jì)算各評(píng)價(jià)結(jié)果的權(quán)值；
3) 用平均評(píng)價(jià)結(jié)果和沒有沖突的評(píng)價(jià)結(jié)果建立新的評(píng)價(jià)結(jié)果源，并計(jì)算新評(píng)價(jià)結(jié)果的SiM，平均評(píng)價(jià)結(jié)果的權(quán)值由沖突評(píng)價(jià)結(jié)果的權(quán)值代替；
4) 用Dempster融合規(guī)則對(duì)新評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行融合，得到融合結(jié)果。
歩驟l)中，采用專家評(píng)分法或相關(guān)系數(shù)法計(jì)算平均評(píng)價(jià)結(jié)果的基本概率賦值5i^的步 驟，包括
采用專家評(píng)分法或相關(guān)系數(shù)法對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行預(yù)處理的歩驟，包括
(1) 采用專家評(píng)分法構(gòu)造融合評(píng)價(jià)變量的基本概率分布的方法，包括 根據(jù)下式確定專家評(píng)分法的基本概率賦值，即BPA:
<formula>formula see original document page 13</formula>
式中
m (j)表示由評(píng)價(jià)結(jié)果D,確定的結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)基本概率賦值BPA; m(U)表示由評(píng)價(jià)結(jié)果A不能確定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)基本概率賦值BPA; m為橋梁結(jié)構(gòu)某一單元的安全狀態(tài)的種數(shù)；
n為根據(jù)某參數(shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果A對(duì)結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)進(jìn)行評(píng)分專家人數(shù)；
C,C(j)為專家/根據(jù)某參數(shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果Z),判斷結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)為j的基本概率賦值BPA; C,(U)為專家i根據(jù)某參數(shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果Di不能確定狀態(tài)的基本概率賦值BPA; 其中，Di為第i個(gè)監(jiān)測(cè)變量的評(píng)價(jià)結(jié)果；
(2) 采用相關(guān)系數(shù)法構(gòu)造融合監(jiān)測(cè)變量的基本概率分布，包括 根據(jù)下式確定相關(guān)系數(shù)的基本概率分布<formula>formula see original document page 14</formula><formula>formula see original document page 14</formula><formula>formula see original document page 14</formula>式中
i, j均為自然數(shù)；
Ci(i)為傳感器i與目標(biāo)狀態(tài)j的相關(guān)系數(shù)；
mi(j)為傳感器i對(duì)目標(biāo)狀態(tài)j的基本概率分布；
其中<formula>formula see original document page 14</formula> 式中: Ki為系統(tǒng)總的不確定系數(shù)；
Ns為傳感器數(shù)量；
alphai為傳感器i與目標(biāo)狀態(tài)j的最大相關(guān)系數(shù)；
betai為傳感器i與各相關(guān)系數(shù)的分布系數(shù)；
i ,為傳感器/的可靠系數(shù)；
Yi為環(huán)境性能系數(shù)，其值位于
內(nèi)； 各參數(shù)表示如下
<formula>formula see original document page 14</formula>
傳感器i對(duì)辨識(shí)框架u的基本概率分布為<formula>formula see original document page 14</formula>式中: mi(u)為傳感器i對(duì)辨識(shí)框架u的基本概率分布。
步驟4)中，用Dempster融合規(guī)則對(duì)新評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行融合，得到融合結(jié)果，包括 辨識(shí)框架<formula>formula see original document page 14</formula>
其中，A1表示結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)，A2表示結(jié)構(gòu)處于不安全狀態(tài)，它們的基本概率分布分
別為和m(A1)和m(A2)表示不確定的狀態(tài)， 基于基本概率賦值的決策
對(duì)任意<formula>formula see original document page 14</formula> 滿足
<formula>formula see original document page 14</formula>若有<formula>formula see original document page 15</formula>
則不發(fā)出安全告警信息；不滿足上述條件時(shí)，發(fā)出安全告警信息；
<formula>formula see original document page 15</formula>為預(yù)先設(shè)定的閾值。
(二 )采用『i /指標(biāo)和指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)
鑒于活載效應(yīng)和劣化效應(yīng)信息的變化特點(diǎn)，可通過(guò)監(jiān)測(cè)一個(gè)時(shí)間段內(nèi)監(jiān)測(cè)變量的單向變 化程度來(lái)確定過(guò)程是否失控，從而判斷結(jié)構(gòu)的安全情況。顯然，監(jiān)測(cè)變量在某一時(shí)間段內(nèi)的 單向變化程度需要一個(gè)定量的表示，這其實(shí)就是一種安全評(píng)價(jià)指標(biāo)。
橋梁結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)『及/指標(biāo)由證券市場(chǎng)技術(shù)分析指標(biāo)中的威廉指標(biāo)演化得 到。 .
威廉指標(biāo)反映了計(jì)算日收盤價(jià)在過(guò)去一段時(shí)間里的全部?jī)r(jià)格范圍內(nèi)所處的相對(duì)位置。其 計(jì)算公式如下
<formula>formula see original document page 15</formula>
式中Zmax為評(píng)價(jià)變量前一周期內(nèi)的最大值；
Zmm為評(píng)價(jià)變量前一周期內(nèi)的的最小值；
Z為評(píng)價(jià)變量的當(dāng)前數(shù)值；
W為測(cè)點(diǎn)數(shù)，即周期長(zhǎng)度；
其中，評(píng)價(jià)變量前一周期內(nèi)的最大值Zmax和最小值Zmin分別為前一周期內(nèi)的測(cè)點(diǎn)數(shù)w減 去距當(dāng)前檢測(cè)點(diǎn)m個(gè)測(cè)點(diǎn)后振幅的最大值和最小值，w取值大于等于144， m取值為3 6。
綜上所述，用WRI指標(biāo)進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)的判斷方法如下
① 如果-25<WRI(n)125，則結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。
② 如果WRI(n)》125或WRI(n)《-25，結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)問題，系統(tǒng)給出預(yù)警信息。 橋梁結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)及S/指標(biāo)反映監(jiān)測(cè)變量在某一周期內(nèi)的單向波動(dòng)量占總波
動(dòng)量的相對(duì)百分?jǐn)?shù)。以結(jié)構(gòu)活載效應(yīng)或劣化效應(yīng)信息為監(jiān)測(cè)變量時(shí)，其計(jì)算公式如下:
<formula>formula see original document page 15</formula>
其中A為該效應(yīng)在一個(gè)周期內(nèi)正方向增加量的總和，S為一個(gè)周期內(nèi)負(fù)方向增加量的總
和(絕對(duì)值)，n為周期長(zhǎng)度。即
<formula>formula see original document page 15</formula>
式中A為該效應(yīng)信息在周期內(nèi)的第i個(gè)值(J l， 2，…，77)。
S/指標(biāo)其實(shí)就是反映了監(jiān)測(cè)變量在某一個(gè)周期內(nèi)正方向增量所產(chǎn)生的波動(dòng)占總的波動(dòng)
的百分?jǐn)?shù)，其值越大，表示其向上運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)越強(qiáng)；其值越小，則表示向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)越明 顯。顯然，在周期長(zhǎng)度為無(wú)限長(zhǎng)的情況下，如果結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)，則i S/指標(biāo)的值必然為 50，而在選定足夠長(zhǎng)度的周期內(nèi)，則其值在50附近上下小幅波動(dòng)，上、下幅度不會(huì)超過(guò)10%。 因此，以此指標(biāo)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)時(shí)， 一般而言，如果7 S/指標(biāo)的值大于55，則表明 在此周期內(nèi)，監(jiān)測(cè)變量(撓度)向正方向波動(dòng)的趨勢(shì)很強(qiáng)烈，此時(shí)需要發(fā)出預(yù)警信號(hào)；反之， 如果i^/指標(biāo)的值小于45，則表明監(jiān)測(cè)變量朝負(fù)方向波動(dòng)的趨勢(shì)很強(qiáng)，也需要發(fā)出預(yù)警信號(hào)； 如果i S/指標(biāo)的值位于45至55之間，可以認(rèn)為監(jiān)測(cè)變量的波動(dòng)趨勢(shì)不明顯，橋梁結(jié)構(gòu)處于 正常范圍內(nèi)。
(三)采用EWMA控制圖進(jìn)行評(píng)價(jià) 橋梁結(jié)構(gòu)的活載效應(yīng)和劣化效應(yīng)的歷史信息分別構(gòu)成一個(gè)隨機(jī)過(guò)程^k。， &，
不妨表示為
式中，z為過(guò)程均值，《為隨機(jī)變化的參量。
參見附圖1，當(dāng)結(jié)構(gòu)處于正常狀態(tài)時(shí)，z不變，《呈隨機(jī)變化，整個(gè)過(guò)程沒有明顯的趨
勢(shì)。當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷或有安全問題時(shí)，z,的變化幅度持續(xù)增大，過(guò)程均值出現(xiàn)持續(xù)的不可恢
復(fù)的單向變化趨勢(shì)。因此，通過(guò)對(duì)這個(gè)過(guò)程的統(tǒng)計(jì)分析，監(jiān)測(cè)這個(gè)過(guò)程均值是否出現(xiàn)不可恢 復(fù)的單向變化趨勢(shì)，即可評(píng)價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)的安全情況。
EWMA控制圖的具體設(shè)計(jì)步驟如下
1) EWMA控制圖的內(nèi)控制限[Zr丄，(/C丄]的計(jì)算方法，包括
(1) 將橋梁結(jié)構(gòu)的任一實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)參數(shù)的歷史信息建立一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，表述為
式中/為正整數(shù)；
Z為該監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)在周期內(nèi)的第/個(gè)值； Z為該監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)的過(guò)程均值； 《為隨機(jī)變化的參量；
(2) 確定(T、 d、和Ji "的值
對(duì)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算該數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差<7以及最小偏移量d = ;/w (其中 I il 1^1);再根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況和評(píng)價(jià)的具體要求，選取數(shù)據(jù)變化的基本時(shí)間周期的
10倍~20倍，作為在某時(shí)間段內(nèi)不發(fā)生誤報(bào)警的平均運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)ARL0(Average Run Length)。
ARL0的確定是根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況和評(píng)價(jià)的具體要求進(jìn)行的。對(duì)橋梁這種大型結(jié)構(gòu) 而言，由于其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤發(fā)警報(bào)造成的成本相對(duì)較高，因此在結(jié)構(gòu)處于正常狀態(tài)時(shí)，希望在 較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不發(fā)生誤發(fā)警報(bào)的情況。以重慶馬桑溪長(zhǎng)江大橋的監(jiān)測(cè)為例，結(jié)構(gòu)測(cè)量信息是每 十分鐘采集一次，對(duì)結(jié)構(gòu)的某一測(cè)量點(diǎn)而言， 一天之內(nèi)便有144數(shù)據(jù)點(diǎn)。為此, ARL0可選擇 為2000點(diǎn)，即2周內(nèi)不發(fā)生誤發(fā)警報(bào)。
(3) 確定/l和k的值
通過(guò)査表法，從EWMA控制圖最優(yōu)/l曲線圖和EWMA控制圖、(義，K)組合曲線圖確定;i 和A的值；
ARL0確定后，為了選擇;i，需要先確定過(guò)程所能監(jiān)測(cè)的最小偏移量J的大小。"的確定 需要綜合考慮系統(tǒng)安全要求所允許的最大偏移量，最后將d的大小表示為正常觀測(cè)樣本標(biāo)準(zhǔn) 差(7的倍數(shù)。 一旦d的大小確定，即可根據(jù)它以及ARL0^的值，利用圖2至圖5插值確定X和 A:的值。
(4) 優(yōu)化;i和k的值
根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的實(shí)際情況，建立一個(gè)迭代過(guò)程，通過(guò)"值的變化搜索最優(yōu)的(/l力組 合，使被監(jiān)測(cè)過(guò)程的誤發(fā)警報(bào)的概率與預(yù)先確定的概率的誤差最?。?br>
因?yàn)閊的值位于0-4之間，故最優(yōu)( a)組合可根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)處于正常狀態(tài)的實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò) 程的分析來(lái)確定。具體過(guò)程為根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)監(jiān)測(cè)過(guò)程的實(shí)際情況，建立一個(gè)迭代過(guò)程， 通過(guò)d值的變化搜索最優(yōu)的( gt)組合，使被監(jiān)測(cè)過(guò)程的誤發(fā)警報(bào)的概率與預(yù)先確定的的概率 的誤差最小。其搜索過(guò)程如圖6，搜索所得的控制限記為[ZTZ， t/CZ]。
(5) 根據(jù)下式求得EWMA控制圖的內(nèi)控制限的上、下限
式中M為樣本子集的大小，W=」i iVz^， A為采樣間隔。 2) EWMA控制圖的外控制限[rC乙//C丄]計(jì)算方法，包括
(1) 根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)可靠度規(guī)范給出的可靠度指標(biāo)，即可獲得結(jié)構(gòu)失效概率的允許值尸/;
(2) 根據(jù)下式計(jì)算EWMA控制圖的外控制限系數(shù)[-x,x],(x>0);<formula>formula see original document page 17</formula>
(3)根據(jù)下式確定外控制限:<formula>formula see original document page 17</formula>
式中Z為監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)的過(guò)程均值； O"為監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。
3)外控制限[FCX， //CZ]與內(nèi)控制限[iTZ， t/CX]相結(jié)合形成"雙控制限"，以此為判據(jù) 對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估并報(bào)警
內(nèi)、外控制限都確定后，控制圖即設(shè)計(jì)完畢，可用來(lái)監(jiān)測(cè)橋梁各點(diǎn)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的活載效應(yīng)
和劣化效應(yīng)信息的變化情況。 一旦控制圖統(tǒng)計(jì)量的值超出內(nèi)控制限[丄cz， c/cz]的范圍，即表
示過(guò)程有失控的征兆，可進(jìn)行初級(jí)預(yù)警；而一旦統(tǒng)計(jì)量的值超越內(nèi)控制限[ZCX， f/CX]后，又 快速超越外控制限[KCi:， //C￡]，則反映了橋梁結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)打破了平衡，這時(shí)需要給出安 全告警信息。高度關(guān)注橋梁的運(yùn)行情況，并采取進(jìn)一步的應(yīng)急措施。
上述方法在工程實(shí)際中進(jìn)行了驗(yàn)證，評(píng)價(jià)結(jié)果如下
①瞬變信息控制圖的評(píng)價(jià)結(jié)果
以下是對(duì)某座大橋部分測(cè)點(diǎn)撓度和應(yīng)變瞬變信息用EWMA控制圖進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果。對(duì) 跨中燒度測(cè)點(diǎn)n5和s5的瞬變信息建立控制圖時(shí)，通過(guò)對(duì)其歷史信息構(gòu)成的過(guò)程的分析和迭 代計(jì)算，可得到最優(yōu)的最小偏移量為^1.5cr，從而根據(jù)圖2至圖5確定A的值為0.21， A的 值為3.4，而根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)可靠度規(guī)范計(jì)算所得到的[//<^:,^0:]為[-4.32， 4.32]。至此，用于 橋梁結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)的控制圖設(shè)計(jì)完畢，可將之用于實(shí)際應(yīng)用。
為了模擬橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)安全問題的情況，將撓度s5在7月1日后面的的信息加上一個(gè)持 續(xù)增大的隨機(jī)變量，再用EWMA控制圖進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)于其余各點(diǎn)的控制限，通過(guò)計(jì)算也可 得到類似跨中測(cè)點(diǎn)的結(jié)果，只是由于正常狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)差o"不一樣，而具體的控制限數(shù)值不一 樣而已。
參見附圖7至9，圖中分別為跨中測(cè)點(diǎn)n5、 s5的撓度瞬變信息的控制圖評(píng)價(jià)情況。從評(píng) 價(jià)結(jié)果可以看到，當(dāng)結(jié)構(gòu)處于正常狀態(tài)時(shí)，撓度的瞬變信息控制圖統(tǒng)計(jì)量的值均落在控制限 之間。圖9為模擬測(cè)點(diǎn)s5在7月1日后撓度瞬變信息的波動(dòng)幅度出現(xiàn)持續(xù)增大的情況評(píng)價(jià)， 可見當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)安全問題時(shí)，其控制圖的統(tǒng)計(jì)量的波動(dòng)幅度也出現(xiàn)持續(xù)的增大，并落在兩級(jí) 控制限之外。
應(yīng)變瞬變信息的控制圖的設(shè)計(jì)方法和步驟與撓度信息的相似，只是由于原始信息不一樣， 其波動(dòng)幅度、標(biāo)準(zhǔn)差、最大允許偏移等參數(shù)也不同，從而使控制圖的相應(yīng)的控制限的寬度不 一樣而已。
由于應(yīng)變的影響因素繁多，而且影響方式極為復(fù)雜，而應(yīng)變又是局部參量，在動(dòng)荷載和 其它因素的的作用下，各個(gè)截面測(cè)點(diǎn)應(yīng)變的變化情況不一樣，但相對(duì)而言，在同一個(gè)截面內(nèi) 的同一層面(上緣或下緣)應(yīng)變的變化情況較為一致，故該大橋結(jié)構(gòu)應(yīng)變的控制圖設(shè)計(jì)應(yīng)根 據(jù)各個(gè)截面的具體情況進(jìn)行，分別考慮各截面上下緣測(cè)點(diǎn)的布置情況，并按控制圖的設(shè)計(jì)步 驟完成設(shè)計(jì)。
以下是對(duì)上述大橋主梁截面IV'的下緣測(cè)點(diǎn)20和O截面上緣測(cè)點(diǎn)30在6月25日開始到 7月2日中午的瞬變信息設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制圖，并進(jìn)行安全評(píng)價(jià)的情況,參見附圖10至12。 各控制圖的X).18, )H3.4。
從圖中看出，在同一截面的同一層面，兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的控制圖的控制量變化相似，而截面不 同時(shí)，控制量的波動(dòng)情況明顯不一樣。在結(jié)構(gòu)處于正常狀態(tài)時(shí)，控制量的值均落在控制限之 間。
同樣，為了模擬結(jié)構(gòu)出現(xiàn)安全問題的情況，在測(cè)點(diǎn)30在7月1閂下午20時(shí)30分丌始加 上一個(gè)持續(xù)增大的隨機(jī)變量，其評(píng)價(jià)結(jié)果參見附圖12。從圖中可以看到，隨著外加隨機(jī)變量 的加入，控制量的值波動(dòng)幅度不斷增大，并迅速超出控制限。此時(shí)離出現(xiàn)設(shè)定的最小偏移量 的間隔點(diǎn)數(shù)只有6點(diǎn)?？梢姡刂茍D具有較好的性能。
②劣化效應(yīng)控制圖的評(píng)價(jià)結(jié)果
劣化效應(yīng)信息的控制圖設(shè)計(jì)與前述方法相似。以下是對(duì)跨中撓度測(cè)點(diǎn)s5和IV'截面應(yīng)變 測(cè)點(diǎn)20的劣化效應(yīng)信息的評(píng)價(jià)結(jié)果，參見附圖13、 14。經(jīng)搜索可得到控制圖的內(nèi)控制限的A: 值為[-3.1,3.1]，而X的值為0.25，外控制限的A:值仍然為[-4.32,4.32]。其中，橫坐標(biāo)是按效應(yīng) 差中基準(zhǔn)效應(yīng)(減數(shù))的采樣時(shí)刻。A"m和AS^分別表示12小時(shí)內(nèi)的劣化撓度差和應(yīng)變差。 從圖中可以看出，在結(jié)構(gòu)處于正常狀態(tài)時(shí)，統(tǒng)計(jì)量的值均落在內(nèi)控制限[iXX,C/Ci:]內(nèi)。
為進(jìn)一歩提高本發(fā)明橋梁結(jié)構(gòu)安全預(yù)警的ewma控制圖方法安全預(yù)警的準(zhǔn)確性，如結(jié)
構(gòu)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息控制圖統(tǒng)計(jì)量的值達(dá)到內(nèi)控制限[zcz， c/o:]或外控制限[r:z， //cz]的80%
以上時(shí)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的變動(dòng)趨勢(shì)特性『及/指標(biāo)和i s/指標(biāo)進(jìn)行二次或三次評(píng)估，并根 據(jù)評(píng)估結(jié)果判斷是否發(fā)出初級(jí)預(yù)警或安全告警(所述變動(dòng)趨勢(shì)特性『及/指標(biāo)和i s/指標(biāo)實(shí)質(zhì) 上是一個(gè)時(shí)間段內(nèi)監(jiān)測(cè)變量的單向變化程度，通過(guò)定量分析同樣可以對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的安全進(jìn)行 評(píng)價(jià))。
具體操作如下
如結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息控制圖統(tǒng)計(jì)量的值直接達(dá)到或超越內(nèi)控制限[zcx， c/cz]或外控制限 [rcz， //c丄]時(shí)，直接發(fā)出發(fā)出初級(jí)預(yù)警或安全告警。
如結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息控制圖統(tǒng)計(jì)量的值達(dá)到內(nèi)控制限[iXZ， C/CZ]或外控制限ITCi:， //GL] 的80%以上時(shí)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的變動(dòng)趨勢(shì)特性『i /指標(biāo)和i S/指標(biāo)進(jìn)行二次評(píng)估，如果-25<WRI(n)<125，則不發(fā)出初級(jí)預(yù)警或安全告警，反之，則發(fā)出初級(jí)預(yù)警或安全告警。
如結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息控制圖統(tǒng)計(jì)量的值達(dá)到內(nèi)控制限[zo:， t/cz]的80%以上時(shí)，通過(guò)實(shí)
時(shí)監(jiān)測(cè)信息的變動(dòng)趨勢(shì)特性『R/指標(biāo)和i s/指標(biāo)進(jìn)行三次評(píng)估，當(dāng)評(píng)估結(jié)果同時(shí)滿足條件
-25<WRI(n)<125和455及5/( )￡55時(shí)，則不發(fā)出初級(jí)預(yù)警；如果其中任一條件不滿足，則 發(fā)出初級(jí)預(yù)警。
綜上所述，在實(shí)際工程中，(一)、(二)和(三)中所述方法均可單獨(dú)用于橋梁安全告警
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系統(tǒng)，但如果采用(一)中所述方法，可以大大提高安全告警的準(zhǔn)確性。實(shí)際工程中會(huì)出現(xiàn) 這樣的情況根據(jù)(二)方法和(三)方法進(jìn)行判斷，兩種方法都發(fā)出告警請(qǐng)求、兩種方法 都不發(fā)出告警請(qǐng)求、其中一個(gè)發(fā)出告警請(qǐng)求另一個(gè)不發(fā)出；針對(duì)上述四種情況，根據(jù)(一) 方法僅可能作出兩種判斷，發(fā)出告警或不發(fā)出告警，這樣就大大減小系統(tǒng)輸出的不確定度， 提高了狀態(tài)評(píng)估的準(zhǔn)確性。
權(quán)利要求
1、一種橋梁結(jié)構(gòu)安全的綜合評(píng)價(jià)方法，其特征在于1)采用WRI指標(biāo)和RSI指標(biāo)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)并形成評(píng)價(jià)結(jié)果；2)利用EWMA控制圖的初級(jí)預(yù)警限和安全告警限對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)并形成評(píng)價(jià)結(jié)果；3)采用Dempster融合規(guī)則對(duì)WRI指標(biāo)和RSI指標(biāo)形成的評(píng)價(jià)結(jié)果和EWMA控制圖的初級(jí)預(yù)警限和安全告警限形成的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行融合并形成融合結(jié)果；根據(jù)融合結(jié)果來(lái)確定最終是否發(fā)出告警信息，或者，直接根據(jù)步驟1)或步驟2)中的評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)確定最終是否發(fā)出告警信息。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋梁結(jié)構(gòu)安全的綜合評(píng)價(jià)方法，其特征在于融合的步驟包括1) 根據(jù)沖突因子《的值，確定是否存在評(píng)價(jià)結(jié)果沖突的情況如果沒有沖突，則直接 用Dempster融合規(guī)則對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行融合；若有沖突，則進(jìn)行下一步；2) 采用專家評(píng)分法或相關(guān)系數(shù)法計(jì)算平均評(píng)價(jià)結(jié)果的基本概率賦值5PJ;3) 根據(jù)融合的具體要求及評(píng)價(jià)結(jié)果的屬性，計(jì)算各評(píng)價(jià)結(jié)果的權(quán)值；4) 用平均評(píng)價(jià)結(jié)果和沒有沖突的評(píng)價(jià)結(jié)果建立新的評(píng)價(jià)結(jié)果源，并計(jì)算新評(píng)價(jià)結(jié)果的BiM，平均評(píng)價(jià)結(jié)果的權(quán)值由沖突評(píng)價(jià)結(jié)果的權(quán)值代替；5) 用Dempster融合規(guī)則對(duì)新評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行融合，得到融合結(jié)果。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的橋梁結(jié)構(gòu)安全的綜合評(píng)價(jià)方法，其特征在于步驟2)中，采 用專家評(píng)分法或相關(guān)系數(shù)法計(jì)算平均評(píng)價(jià)結(jié)果的基本概率賦值萬(wàn)iM的步驟，包括采用專家評(píng)分法或相關(guān)系數(shù)法對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行預(yù)處理的步驟，包括(1)采用專家評(píng)分法構(gòu)造融合評(píng)價(jià)變量的基本概率分布的方法，包括-根據(jù)下式確定專家評(píng)分法的基本概率賦值，即SiM:<formula>formula see original document page 2</formula>式中m (P表示由評(píng)價(jià)結(jié)果A確定的結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)基本概率賦值^/M; m(//)表示由評(píng)價(jià)結(jié)果A不能確定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)基本概率賦值5尸A w為橋梁結(jié)構(gòu)某一單元的安全狀態(tài)的種數(shù)；w為根據(jù)某參數(shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果A對(duì)結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)進(jìn)行評(píng)分專家人數(shù)； C,G)為專家z'根據(jù)某參數(shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果A判斷結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)為J'的基本概率賦值BiM; C,(//)為專家/根據(jù)某參數(shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果A不能確定狀態(tài)的基本概率賦值WP」； 其中，A為第i個(gè)監(jiān)測(cè)變量的評(píng)價(jià)結(jié)果； (2)采用相關(guān)系數(shù)法構(gòu)造融合監(jiān)測(cè)變量的基本概率分布，包括: 根據(jù)下式確定相關(guān)系數(shù)的基本概率分布式中/、 /均為自然數(shù)；C,(/)為傳感器/與目標(biāo)狀態(tài)7'的相關(guān)系數(shù)； w, (p為傳感器/對(duì)目標(biāo)狀態(tài)/的基本概率分布； 其中尺，=W (1 — i , )(l —"力,) 式中《為系統(tǒng)總的不確定系數(shù)； M為傳感器數(shù)量；",為傳感器/與目標(biāo)狀態(tài)/的最大相關(guān)系數(shù)；A為傳感器/與各相關(guān)系數(shù)的分布系數(shù)； 及,為傳感器/的可靠系數(shù)； Yz為環(huán)境性能系數(shù)，其值位于
內(nèi)； 各參數(shù)表示如下<formula>formula see original document page 3</formula>傳感器/對(duì)辨識(shí)框架//的基本概率分布為<formula>formula see original document page 3</formula>式中附,(//)為傳感器/對(duì)辨識(shí)框架//的基本概率分布。
4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的橋梁結(jié)構(gòu)安全的綜合評(píng)價(jià)方法，其特征在于:步驟5)用Dempster 融合規(guī)則對(duì)新評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行融合，得到融合結(jié)果，包括 辨識(shí)框架// = ^41,」2}，其中，^表示結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)，A表示結(jié)構(gòu)處于不安全狀態(tài)，它們的基本概率分布分 別為和m(J2)，w(/z)表示不確定的狀態(tài)， 基于基本概率賦值的決策對(duì)任意4，4G/Z,滿足<formula>formula see original document page 4</formula>若有<formula>formula see original document page 4</formula>則不發(fā)出安全告警信息；不滿足上述條件時(shí)，發(fā)出安全告警信息； S,、 ^為預(yù)先設(shè)定的閾值。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋梁結(jié)構(gòu)安全的綜合評(píng)價(jià)方法，其特征在于步驟2)中，所 述的利用EWMA控制圖的初級(jí)預(yù)警限和安全告警限對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)并形成評(píng)價(jià)結(jié)果，包括EWMA控制圖的內(nèi)控制限[丄CZ， f/C丄]為初級(jí)預(yù)警限，外控制限[KC丄，州]為安全告警限，其評(píng)價(jià)結(jié)果為當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息控制圖統(tǒng)計(jì)量的值超過(guò)內(nèi)控制限[ixx， c/o:]或外控制限[Fa:， //cz]時(shí)，發(fā)出告警請(qǐng)求，否則不發(fā)出告警請(qǐng)求。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋梁結(jié)構(gòu)安全的綜合評(píng)價(jià)方法，其特征在于步驟l)中，采 用『及/指標(biāo)和i^/指標(biāo)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)并形成評(píng)價(jià)結(jié)果，包括1) i s/指標(biāo)是指實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)在某一周期內(nèi)的單向波動(dòng)量占總波動(dòng)量的相對(duì)百分 數(shù)，具體計(jì)算方法為-爿+ B式中A為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)在一個(gè)周期內(nèi)正方向增加量的總和；B為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)在一個(gè)周期內(nèi)負(fù)方向增加量絕對(duì)值的總和；其中<formula>formula see original document page 4</formula>式中Z,為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)在一個(gè)周期內(nèi)的第f個(gè)值；Z,爿為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)在一個(gè)周期呢的第個(gè)值； /為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)在一個(gè)周期內(nèi)的取值數(shù)目； /為正整數(shù)。2) ^T /指標(biāo)是指實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)當(dāng)前波動(dòng)幅度占其前一周期最大波動(dòng)幅度的百分 數(shù)，具體計(jì)算方法為 證<formula>formula see original document page 5</formula>式中ZmM為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)在前一周期內(nèi)的最大值；Zmin為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)在前一周期內(nèi)的的最小值；Z為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)的當(dāng)前數(shù)值；n為實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果的周期長(zhǎng)度內(nèi)的測(cè)點(diǎn)數(shù)量； 其中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)在前一周期內(nèi)的最大值Z^和最小值Z皿分別為前一周期內(nèi) 的測(cè)點(diǎn)數(shù)W減去距當(dāng)前檢測(cè)點(diǎn)W個(gè)測(cè)點(diǎn)后振幅的最大值和最小值，m取值可為3~6; 『i /指標(biāo)和i S/指標(biāo)形成的評(píng)價(jià)結(jié)果，包括1) - 25<『^ /(")<125時(shí)，不發(fā)出告警請(qǐng)求；反之則發(fā)出告警請(qǐng)求；或2) 同時(shí)滿足-25<『7 /(")<125和455i S/(")555時(shí)，不發(fā)出告警請(qǐng)求；任一條件不滿 足時(shí)，則發(fā)出告警請(qǐng)求；
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或5或6所述的橋梁結(jié)構(gòu)安全的綜合評(píng)價(jià)方法，其特征在于 直接根據(jù)『及/指標(biāo)和i S/指標(biāo)形成的評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)確定最終是否發(fā)出告警信息，包括1)-25<『六/(")<125時(shí)，不發(fā)出告警信息；反之則直接發(fā)出告警信息；或2)同時(shí)滿足-25<^7 /(")<125和45Si 57(")^55時(shí)，不發(fā)出告警信息；任一條件不滿足時(shí)，則直接發(fā)出告警信息；直接根據(jù)EWMA控制圖形成的評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)確定最終是否發(fā)出告警信息，包括當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息控制圖統(tǒng)計(jì)量的值超過(guò)內(nèi)控制限[丄o:, t/o:]或外控制限[ra:， //ci]時(shí)， 直接發(fā)出告警信息，否則不發(fā)出告警信息。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的橋梁結(jié)構(gòu)安全的綜合評(píng)價(jià)方法，其特征在于EWMA控制圖的內(nèi)控制限[丄o:， [/ci]的計(jì)算方法，包括1) 將橋梁結(jié)構(gòu)的任一實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)參數(shù)的歷史信息建立一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，表述為<formula>formula see original document page 5</formula>式中/為正整數(shù)；Z,為該監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)在周期內(nèi)的第/個(gè)值； 'Z為該監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)的過(guò)程均值；《為隨機(jī)變化的參量；2) 確定ff、 d、和^ ^的值對(duì)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算該數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差ff以及最小偏移量d = (其中 hl^l);再根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況和評(píng)價(jià)的具體要求，選取數(shù)據(jù)變化的基本時(shí)間周期的10倍~20倍，作為在某時(shí)間段內(nèi)不發(fā)生誤報(bào)警的平均運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)(Average Run Length)。3) 確定A和A:的值通過(guò)查表法，從EWMA控制圖最優(yōu)/l曲線圖和EWMA控制圖、(義，A)組合曲線圖確定;i 和A的值；4) 優(yōu)化義和A的值根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的實(shí)際情況，建立一個(gè)迭代過(guò)程，通過(guò)d值的變化搜索最優(yōu)的(/i，;t)組合，使被監(jiān)測(cè)過(guò)程的誤發(fā)警報(bào)的概率與預(yù)先確定的概率的誤差最?。?) 根據(jù)下式求得EWMA控制圖的內(nèi)控制限的上、下限<formula>formula see original document page 6</formula>式中W為樣本子集的大小，"=^ """ A為采樣間隔；ewma控制圖的外控制限[ro:， i/C丄]計(jì)算方法，包括1) 根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)可靠度規(guī)范給出的可靠度指標(biāo)，即可獲得結(jié)構(gòu)失效概率的允許值尸/;2) 根據(jù)下式計(jì)算EWMA控制圖的外控制限系數(shù)<formula>formula see original document page 6</formula>;3) 根據(jù)下式確定外控制限<formula>formula see original document page 6</formula>式中Z為監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)的過(guò)程均值； C7為監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種橋梁結(jié)構(gòu)安全的綜合評(píng)價(jià)方法，包括1)采用WRI指標(biāo)和RSI指標(biāo)形成評(píng)價(jià)結(jié)果；2)利用EWMA控制圖形成評(píng)價(jià)結(jié)果；3)采用Dempster融合規(guī)則對(duì)WRI指標(biāo)和RSI指標(biāo)形成的評(píng)價(jià)結(jié)果和EWMA控制圖的初級(jí)預(yù)警限和安全告警限形成的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行融合并形成融合結(jié)果；根據(jù)融合結(jié)果來(lái)確定最終是否發(fā)出告警信息，或者，直接根據(jù)步驟1)或步驟2)中的評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)確定最終是否發(fā)出告警信息；本發(fā)明的有益技術(shù)效果是大大減小系統(tǒng)輸出的不確定度，提高狀態(tài)評(píng)估的準(zhǔn)確性，評(píng)價(jià)結(jié)果可靠度高、適用面廣。
文檔編號(hào)G01M99/00GK101382474SQ20081023282
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月8日
發(fā)明者梁宗保, 鵬 章, 胡順仁, 偉 鄭, 陳偉民, 黃曉微 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)