本發(fā)明屬于橋梁監(jiān)測相關，尤其涉及基于橋梁監(jiān)測的傳感器位置選擇方法、系統(tǒng)、設備及介質。

背景技術：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

2、隨著城市化和大規(guī)模基礎設施的發(fā)展，橋梁的完整性對于公共安全和城市發(fā)展至關重要。傳統(tǒng)的橋梁監(jiān)測方法通常依賴于定期檢查和專家對結構行為的人工分析，這難以滿足現(xiàn)代基礎設施的發(fā)展需求。隨著傳感、通信和數(shù)據(jù)分析能力的發(fā)展，能夠在線捕捉橋梁結構響應變化的結構健康監(jiān)測系統(tǒng)在橋梁工程領域得到了廣泛應用。使得自動化條件評估成為可能的橋梁結構健康監(jiān)測已成為橋梁評估和維護中不可或缺的技術，它可以實現(xiàn)有效的損傷檢測和條件評估。

3、作為橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的主要組成部分，部署在橋梁上的傳感器在整個系統(tǒng)中起著特別重要的作用。考慮到橋梁的龐大規(guī)模和復雜結構，不可能在橋上每個感興趣的位置安裝盡可能多的傳感器。在實際應用中，由于傳感器數(shù)量有限，確定其安裝位置具有挑戰(zhàn)性。為了獲得更好的監(jiān)測性能，基于橋梁結構的有限元分析，選擇傳感器在橋梁上關鍵的位置是非常重要的。

4、綜上，如何選擇橋梁結構上的傳感器布設的關鍵位置，以準確有效地基于所確定的傳感器關鍵位置，在其他未測量位置重建橋梁響應，是目前需要解決的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、為克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種基于橋梁監(jiān)測的傳感器位置選擇方法、系統(tǒng)、設備及介質，通過自適應位置選擇機制和神經(jīng)網(wǎng)絡主干，有效且準確地確定關鍵傳感器位置以及重建位移響應。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一個方面提供一種基于橋梁監(jiān)測的傳感器位置選擇方法，所述方法包括：

3、基于獲取的待布設橋梁的感興趣位置，以及感興趣位置所測量的多變量時間序列數(shù)據(jù)，利用訓練好的位置選擇與響應重建網(wǎng)絡模型，得到待布設橋梁的關鍵傳感器位置；

4、其中，所述位置選擇與響應重建網(wǎng)絡模型的訓練過程，具體為：

5、利用自適應位置選擇機制將橋梁的感興趣位置生成二元分類分布的選擇矩陣，通過所述選擇矩陣中橋梁的每個感興趣位置所對應傳感器的開啟或關閉，確定用于重建的候選關鍵傳感器位置；

6、基于所確定的候選關鍵傳感器位置處所測量的多變量時間序列數(shù)據(jù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡主干重建為橋梁未測量位置的橋梁響應，以所得到的橋梁響應與橋梁真實位移響應差異最小化，對位置選擇與響應重建網(wǎng)絡模型進行訓練。

7、本發(fā)明的第二個方面提供一種基于橋梁監(jiān)測的傳感器位置選擇系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

8、傳感器位置確定模塊，其被配置為：基于獲取的待布設橋梁的感興趣位置，以及感興趣位置所測量的多變量時間序列數(shù)據(jù)，利用訓練好的位置選擇與響應重建網(wǎng)絡模型，得到待布設橋梁的關鍵傳感器位置；

9、模型訓練模塊，其被配置為：所述位置選擇與響應重建網(wǎng)絡模型的訓練過程，具體為：

10、利用自適應位置選擇機制將橋梁的感興趣位置生成二元分類分布的選擇矩陣，通過所述選擇矩陣中橋梁的每個感興趣位置所對應傳感器的開啟或關閉，確定用于重建的候選關鍵傳感器位置；

11、基于所確定的候選關鍵傳感器位置處所測量的多變量時間序列數(shù)據(jù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡主干重建為橋梁未測量位置的橋梁響應，以所得到的橋梁響應與橋梁真實位移響應差異最小化，對位置選擇與響應重建網(wǎng)絡模型進行訓練。

12、本發(fā)明的第三個方面提供一種計算機設備，包括：處理器、存儲器和總線，所述存儲器存儲有所述處理器可執(zhí)行的機器可讀指令，當計算機設備運行時，所述處理器與所述存儲器之間通過總線通信，所述機器可讀指令被所述處理器執(zhí)行時執(zhí)行基于橋梁監(jiān)測的傳感器位置選擇方法。

13、本發(fā)明的第四個方面提供一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器運行時執(zhí)行基于橋梁監(jiān)測的傳感器位置選擇方法。

14、以上一個或多個技術方案存在以下有益效果：

15、在本發(fā)明中，提出一種自適應位置選擇機制，通過將橋梁的感興趣位置生成二元分類分布的選擇矩陣，根據(jù)每個感興趣位置的傳感器的開啟或關閉，確定關鍵傳感器位置，通過神經(jīng)網(wǎng)絡主干基于關鍵傳感器位置處測量數(shù)據(jù)重建未選擇感興趣位置的位移響應，在統(tǒng)一的深度學習框架中一致地學習傳感器位置選擇和響應重建，通過實驗驗證了本發(fā)明所提出的模型在通過自適應傳感器選擇重建橋梁結構位移響應方面是有效且準確的。

16、本發(fā)明附加方面的優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

技術特征：

1.一種基于橋梁監(jiān)測的傳感器位置選擇方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如權利要求1所述的一種基于橋梁監(jiān)測的傳感器位置選擇方法，其特征在于，基于所確定的候選關鍵傳感器位置處所測量的多變量時間序列數(shù)據(jù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡主干重建為橋梁未測量位置的橋梁響應，具體為：

3.如權利要求1所述的一種基于橋梁監(jiān)測的傳感器位置選擇方法，其特征在于，在訓練過程中，傳感器位置選擇基于每個訓練周期的開關輸出自適應選擇輸入感應通道，直至達到預定的傳感器數(shù)量。

4.如權利要求1所述的一種基于橋梁監(jiān)測的傳感器位置選擇方法，其特征在于，利用自適應位置選擇機制將橋梁的感興趣位置生成二元分類分布的選擇矩陣，具體為：

5.如權利要求1所述的一種基于橋梁監(jiān)測的傳感器位置選擇方法，其特征在于，在位置選擇與響應重建網(wǎng)絡模型訓練中，在反向傳播過程中，所述自適應位置選擇機制的計算具體為：

6.如權利要求1所述的一種基于橋梁監(jiān)測的傳感器位置選擇方法，其特征在于，在位置選擇與響應重建網(wǎng)絡模型訓練過程中，將每個位置的選擇輸出表示為二元分類分布，將每個輸入位置對應的選定或忽略的感應通道構建開關矩陣，通過開關矩陣的輸出，指示每個通道的開啟和關閉狀態(tài)，以確定用于重建的傳感器關鍵位置，確定選擇的關鍵傳感器位置。

7.一種基于橋梁監(jiān)測的傳感器位置選擇系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

8.如權利要求7所述的一種基于橋梁監(jiān)測的傳感器位置選擇系統(tǒng)，其特征在于，在模型訓練模塊中，具體包括：將每個位置的選擇輸出表示為二元分類分布，將每個輸入位置對應的選定或忽略的感應通道構建開關矩陣，通過開關矩陣的輸出，指示每個通道的開啟和關閉狀態(tài)，以確定用于重建的傳感器關鍵位置，確定選擇的關鍵傳感器位置。

9.一種計算機設備，其特征在于，包括：處理器、存儲器和總線，所述存儲器存儲有所述處理器可執(zhí)行的機器可讀指令，當計算機設備運行時，所述處理器與所述存儲器之間通過總線通信，所述機器可讀指令被所述處理器執(zhí)行時執(zhí)行如權利要求1至6任一項所述的一種基于橋梁監(jiān)測的傳感器位置選擇方法。

10.一種計算機可讀存儲介質，其特征在于，所述計算機可讀存儲介質上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器運行時執(zhí)行如權利要求1至6任一項所述的一種基于橋梁監(jiān)測的傳感器位置選擇方法。

技術總結
本發(fā)明屬于橋梁監(jiān)測技術領域，為了解決如何在橋梁結構確定傳感器布設的關鍵位置以進行橋梁重建的問題，提出了一種基于橋梁監(jiān)測的傳感器位置選擇方法、系統(tǒng)、設備及介質，提出一種自適應位置選擇機制，通過將橋梁的感興趣位置生成二元分類分布的選擇矩陣，根據(jù)每個感興趣位置的傳感器的開啟或關閉，確定關鍵傳感器位置，通過神經(jīng)網(wǎng)絡主干基于關鍵傳感器位置處測量數(shù)據(jù)重建未選擇感興趣位置的位移響應，在統(tǒng)一的深度學習框架中一致地學習傳感器位置選擇和響應重建，通過實驗驗證了本發(fā)明所提出的模型在通過自適應傳感器選擇重建橋梁結構位移響應方面是有效且準確的。

技術研發(fā)人員：李騰,陳曉宇,楊鈺,付家琪
受保護的技術使用者：山東大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/21