[转帖]谈谈健康监测数据处理问题
本帖最后由 wdhd 于 2016-4-15 15:46 编辑谈谈健康监测数据处理问题
Posted by: flutter
Posted on: 2004-10-10 01:20
如何利用健康监测的数据，反演结构的健康状态，大家说说自己的idea把。
无论是系统识别还是模式识别来识别结构的损伤几乎是不可能的，而且由于桥梁的工作环境不同，所以桥梁的正常状态应该是一个区间而不是一个状态点，所以美国国家重点实验室提出的统计模式识别(statistical patter recognition)可能是一种比较好的出路，都是应用到大型桥梁的损伤识别也有很大距离。
美国的Aktan教授在他的论文Condition assessment for bridge management 认为桥梁健康监测的目的在于整体工作状态评估，然后才是识别可能的DDD(defect，damage and deterioration),原文为Condition assessment should first focus on the evaluation of global health state, and then on regoinal and local DDD).所以，对当前来说，真正的监测系统的重点是否不应该放在损伤识别，而是监测整体性能(integrity)呢?
另外，监测系统出了监测结构的性能之外，很重要的就是如何指导日常的养护管理工作，对这一点，大家有没有什么idea啊。
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Posted by: wbl2000
Posted on: 2004-10-12 21:19
看了flutter 楼主的帖子，感觉很有道理，现在的桥梁结构的损伤检测在理论方面好像取得了一些结果，不过在实际的应用中好像还有许多难以预测的困难。我现在也在作桥梁结构的损伤识别方面的论文，不过现在遇到了一些难题，想向flutter 请教一下，望回复，问题如下：
※请问损伤识别用神经网络方法可行么?具体的损伤诊断方法哪种方法的可行性更好一些?
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Posted by: mayllian
Posted on: 2004-10-13 10:34
神经网络是个不错的方法，但是要尽量避免设计网络成黑箱，如果从数学方面把网络设计的过程弄清楚，结果会更加可靠些。
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Posted by: flutter
Posted on: 2004-10-13 22:22
柔度可能是比较好的指标吧。去LANL下载一些论文看看http://www.lanl.gov/projects/ncsd/publications.htm
里面有大量的论文，有个review，还有两篇基于振动损伤识别方法的比较，98年时候的，还是很强。里面基本上包括了见几年各类损伤识别方法。
神经网络应该还是可以的，不过要网络节点和网络层数恰当，否则据说容易陷入局部最小值(这个偶不懂，呵呵)。
最近热门了一下支持向量机(Support Vector Machine)可以克服局部最小，但是寻找合适的模型参数计算量也是巨大。
小波、HHT都可以试试吧，没用过的说。
wbl2000 wrote:
看了flutter 楼主的帖子，感觉很有道理，现在的桥梁结构的损伤检测在理论方面好像取得了一些结果，不过在实际的应用中好像还有许多难以预测的困难。我现在也在作桥梁结构的损伤识别方面的论文，不过现在遇到了一些难题，想向flutter 请教一下，望回复，问题如下：
※请问损伤识别用神经网络方法可行么?具体的损伤诊断方法哪种方法的可行性更好一些?
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Posted by: wbl2000
Posted on: 2004-10-14 10:00
神经网络是个不错的方法，但是要尽量避免设计网络成黑箱，如果从数学方面把网络设计的过程弄清楚，结果会更加可靠些。
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上面mayllian说的从数学方面把网络设计的工程弄清楚我比较赞同，可是听说Mtalab神经网络工具箱也是不错的选择，不知道利用它的可靠性如何?毕竟别人已经将固定算法编程实现，为了提高效率，我们可以拿来主义么?:)
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柔度可能是比较好的指标吧。去LANL下载一些论文看看http://www.lanl.gov/projects/ncsd/publications.htm
里面有大量的论文，有个review，还有两篇基于振动损伤识别方法的比较，98年时候的，还是很强。里面基本上包括了见几年各类损伤识别方法。
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上面flutter 老兄能不能给介绍几个国内比较好的作桥梁结构损伤检测比较好的牛人和国内的一些好文章(本人的外语水平是在不好:()
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Posted by: hyperelastic
Posted on: 2004-10-14 12:12
flutter兄能对HHT技术简单介绍几句吗?前段时间刚听说过这个名词，但听说HHT的原始论文就90多页，没有强烈的兴趣和一定的耐心是看不完的。
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Posted by: okok12
Posted on: 2004-10-14 22:10
据本人了解，HHT是一种比较先进的信号处理方法，其核心是EMD，同Fourier谱相比较，Hilbert谱在客观性和分辨率方面具有明显的优越性。
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Posted by: flutter
Posted on: 2004-10-15 09:07
我不懂HHT啊，呵呵。找点中文书看看吧，看基本的理论应该很快，具体应用可能稍微花点时间。
hyperelastic wrote:
flutter兄能对HHT技术简单介绍几句吗?前段时间刚听说过这个名词，但听说HHT的原始论文就90多页，没有强烈的兴趣和一定的耐心是看不完的。
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Posted by: mayllian
Posted on: 2004-10-15 10:50
Prof. Jann N. Yang
University of California, Irvine
有几篇基于HHT的应用于系统识别方面论文。
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Posted by: flutter
Posted on: 2004-10-15 17:18
看了一篇英文文章，个人认为重要的观点讨论列出一下。文章出处：By A.E. Aktan, Issues in health monitoring for intelligent infrastructure, Smart materials and structures, 1998, 672-692
(1)：Global objective condition assessment(整体客观状态评价), structural identification(结构识别), failure-model analysis(失效模式分析) and structural reliability (结构可靠性)are concepts that are currently foreign to most bridge engineers and managers, but they hold the promise for developing and implementing innovative strategies for effective, optimal management.-健康监测的目的主要是为了桥梁的维护和管理把，对维护其作用的是否是结构的可靠度(或者风险，=可靠度×失效后果)呢?因此把监测系统和结构可靠度理论或风险分析挂钩如何?
While time-based structural reliability formulations are well suited for rare, extreme events which lead to damage and failure limit states, symptom-based reliability formulations have been shown to hold great promise for health monitoring at the serviceability limit state.
(2)：The data imply that the following phenomena should be explored further: how the climactic and environmental conditions at the time of construction may affect life-cycle performance; how seasonal, monthly, weekly and daily environmental and ambient condition changes may impact damage/deterioration/defects; what are the combined effects of environmental and traffic responses which may be in phase or out of phase depending on time of occurrences.-桥梁施工环境如何影响桥梁的性能。
Obviously, the implementation of intelligent infrastructures will require the ability to navigate the subtleties of the response of the structure and its associated on different time scales, to different inputs, e.g., traffic, environmental, damage, deterioration, etc, in order to reach objective, reliable decisions.
It is also observed that because of magnitudes and variability of forces, unless the changes in intrinsic responses of a bridge are monitored for several yeas, it may not be possible to differentiate the impact of deterioration and/or damage from natural changes in intrinsic responses.
-桥梁的健康监测是个数据积累、自学习的过程，必须要有大量的数据才可能识别结构特性的变化是由损伤还是环境。
(3)Lessons learned from destructive testing of a constructed facility are some raw data at damage state of structures. We also realize that there may be many modes and manifestations of sensor malfunctions, some of these are discovered only by experimenting on actual constructed facilities in the field. This observation further highlighted the need for monitoring systems, especially those operating autonomously, to have self-checking mechanisms which are themselves ‘intelligent ’-传感系统的可靠性，错误数据的剔除
(4)文章最后提出的几个问题(1) Is it possible to detect structural damage by linearized indices, and what are the most appropriate linearized indices for expressing global health?
(2) Can we find rational as well as statistical and heuristic relationships between measurable loads and response quantities, global structural condition indices and structural reliability?
(3) Can we establish rational relationships between microscopic damage indices, local ‘meso-level’ defects, common visual damage and deterioration indices and ‘macro-level’ indices such as flexibility?
(4) What are the optimum use modes and possible synergies between modal testing and instrumented monitoring for structural identification and condition assessment of constructed facilities?
(5) Is it possible to assess structural condition without a baseline?
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本帖最后由 wdhd 于 2016-4-15 15:48 编辑回复： 谈谈健康监测数据处理问题
Posted by: hlp12
Posted on: 2004-10-23 23:30
虽然我也在做这方面的相关研究,但大量的实践证明,健康监测还有很长的路要走.首先要解决的问题,一是传感器的配置、维护、优化布设。二是，特征参数的提取，这方面最难。主要困难在于：测量误差是不可避免的，尤其对大型土木结构，如大跨度桥梁等。环境因素的影响太大，这包括温度、湿度、车辆荷载、风等，怎么样分离这些影响是关键。在损伤识别时，还有一个模型误差的问题，另外就是损伤对特征参数的敏感度问题。当然实际选取特征参数时还应兼顾测量的精度。
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Posted by: flutter
Posted on: 2004-10-24 00:20
个人认为大跨桥梁损伤识别几乎是不可能的。主要原因如下：
(1)环境因素对损伤特征量的影响;
(2)即使第一点可以通过建立相关模型排除，传感器本身的测量误差无法避免;
(3)即使(1)和(2)都可以解决，如果要损伤定位，势必需要结构的有限元模型。然而结构的模型都是依据结构的振动动力特性修正(比如说前30阶)，修正后的模型只能保证整体动力特性。所以用修正后的模型来模拟结构某个构件的损伤，其可靠性也许是值得怀疑的。
个人意见。
hlp12 wrote:
虽然我也在做这方面的相关研究,但大量的实践证明,健康监测还有很长的路要走.首先要解决的问题,一是传感器的配置、维护、优化布设。二是，特征参数的提取，这方面最难。主要困难在于：测量误差是不可避免的，尤其对大型土木结构，如大跨度桥梁等。环境因素的影响太大，这包括温度、湿度、车辆荷载、风等，怎么样分离这些影响是关键。在损伤识别时，还有一个模型误差的问题，另外就是损伤对特征参数的敏感度问题。当然实际选取特征参数时还应兼顾测量的精度。
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Posted by: hubeianluwzy
Posted on: 2005-03-15 22:21
HHT是最近几年有美国国家宇航局的Huang N E(美籍华人)提出来的，首先把信号分解为EMD，得到INF,然后对INF进行HILBERT变换。它能够得到信号的瞬时频率，这一点对信号奇异性检测和损伤检测很重要，可以由瞬时频率的变化发现损伤。最近基于HHT应用于健康监测的研究比较多。
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Posted by: hubeianluwzy
Posted on: 2005-03-28 17:16
小波分析对于结构的健康监测是比较重要的，对于大型结构，我们不仅关心其整体的工作状态，有时还必须掌握在某个时刻或特定时间段的情况，比喻台风期间，我们关心的时在这样一个特定时刻这个建筑物还能不能使用，而小波变换能够反映出时间信息，因此对于结构的在线监测是比较有优势的，而且还可以对采集到的原始信号进行去躁处理，这个对我们结构的健康监测也是很重要的。祝愿健康监测领域的理论研究能够进一步的应用于实际工程中。
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Posted by: sunchally
Posted on: 2005-04-03 01:58
我个人知道的国内一些做损伤较好的教授：哈工大欧进萍，李惠教授组
大连理工：李宏男教授
同济：薛松涛，李国强，李杰教授
武汉理工：瞿伟廉教授
湖南大学：易伟建教授
中科院：赵琪
福州大学：任伟新，宗周红等
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Posted by: sunchally
Posted on: 2005-04-03 02:04
清华大学的董聪教授;
江见鲸教授现在也正在做一个损伤的国家基金，已经有文章发表了
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Posted by: flutter
Posted on: 2005-04-03 10:34
对小波不熟悉，小波分析只是用来提取频率吗?我觉得即使是瞬时频率，也无法说明“结构能不能用”，结构的可用性主要为适用性和安全性，适用性可能从行车安全等考虑的，而安全性是从结构的安全考虑的。
个人认为真正重要的是确定结构的当前状态，能不能承受结构状态改变后的荷载。
一个识别结构当前状态的方法是损伤，所以目前几乎把状态评估和损伤识别等同?损伤识别的理论在小结构的应用上基本上已经成熟，所以现在的研究基本上只是找所谓一系列的“新”的损伤指标，个人认为没有什么价值，其在大结构上的可用性是值得怀疑的。
是不是应该从其它的角度去评估结构的健康?All roads lead to Rome.
不过我现在也在做损伤，哈哈。
hubeianluwzy wrote:
小波分析对于结构的健康监测是比较重要的，对于大型结构，我们不仅关心其整体的工作状态，有时还必须掌握在某个时刻或特定时间段的情况，比喻台风期间，我们关心的时在这样一个特定时刻这个建筑物还能不能使用，而小波变换能够反映出时间信息，因此对于结构的在线监测是比较有优势的，而且还可以对采集到的原始信号进行去躁处理，这个对我们结构的健康监测也是很重要的。祝愿健康监测领域的理论研究能够进一步的应用于实际工程中。
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Posted by: singtosky
Posted on: 2005-04-13 11:28
HHT不是好方法，研究了近1年的时间，程序也实现了，结果不好。
一个十分重要的问题没能解决：
基底的正交性。
严格数学意义上来说，HHT方法是错误的方法。
仅是个人观点。
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Posted by: 金刚石
Posted on: 2005-04-14 21:38
请问singtosky兄，你用HHT是怎么做损伤识别的?
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Posted by: dsshan
Posted on: 2005-07-18 17:46
thank for your contribution. i am downing your files.
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Posted by: andy_3656
Posted on: 2005-10-03 21:50
结构的健康状态监测主要还是要获得结构的整体和局部工作状态吧，只有获得了这些“指标”参数才能有对比分析的对象。
最近比较前沿的研究指出了利用智能传感器是一个很好的发展方向，智能传感器是将信息的采集、处理局部化，并将数据传输无线化。这就大大的解决了数据的集中处理过程，对于实际的应用更近一步了。问题在于这种智能传感器的硬件和软件方面，而硬件得益于现代电子技术、MEMS技术等得到极大的发展，关键是缺乏有效的损伤识别算法。这方面国外进行的很多研究，将算法程序化后直接做成模块嵌入在智能传感器的CPU中，实现实时监测实时诊断。
所以关键还是损伤算法、损伤指标的问题。
okok.org
hlp12 wrote:
虽然我也在做这方面的相关研究,但大量的实践证明,健康监测还有很长的路要走.首先要解决的问题,一是传感器的配置、维护、优化布设。二是，特征参数的提取，这方面最难。主要困难在于：测量误差是不可避免的，尤其对大型土木结构，如大跨度桥梁等。环境因素的影响太大，这包括温度、湿度、车辆荷载、风等，怎么样分离这些影响是关键。在损伤识别时，还有一个模型误差的问题，另外就是损伤对特征参数的敏感度问题。当然实际选取特征参数时还应兼顾测量的精度。
大家的问题都差不多。我也在做损伤检测。之前用小波分析和神经网络，现在在用HHT，HHT确实存在很多问题，比如基的正交性；每个IMF分量的物理意义；EMD筛分过程的中止条件；EMD过程的边界效应等等。大家有什么高见呢？
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本帖最后由 wdhd 于 2016-4-15 15:51 编辑针对神经网络首先谈一点个人见解：神经网络既可完成逆映射而实现系统识别的功能(当然要依赖于基线模型或基线数据)，也可完成模式分类而实现模式识别的功能。所以从本质上看，神经网络不能看作损伤识别或健康诊断中单独的一类方法，而应根据其识别目的和实现途径的不同，分别归类于系统识别和模式识别。在应用神经网络进行损伤识别时，仅仅从数学的角度考虑问题是不够，如何建立具有明确物理意义的模型才是问题的关键。
在结构损伤识别研究中，人们过于夸大了神经网络的所谓智能性、容错性和鲁棒性等。限于本人所知，它在损伤定位和定量的研究中，所做到的都是采用常用模型修正和指纹分析方法能够解决的问题，还并未显示出人们期望的强大能力，因此它在土木工程中的应用尚有漫长的道路要走。
结构健康监测的根本目的是根据监测数据分析和解释结构的运行状态，评估结构当前的承载能力和整体安全性，并对剩余寿命做出预测。从这个意义上讲，揭示结构状态和退化途径应该是结构健康监测最核心的研究内容。但是非常遗憾，目前这一方面的研究还进展甚微。国内和国外的所谓大牛，主要还是在传感器方面做工作。也可能是知道损伤识别这块硬骨头太难啃了，不敢去碰吧。
本帖最后由 wdhd 于 2016-4-15 15:51 编辑
晕
看不懂
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