本發(fā)明涉及橋梁監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其是一種基于優(yōu)化張緊弦模型的橋索監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：橋索是斜拉橋和懸索橋等橋梁結(jié)構(gòu)的重要受力構(gòu)件，橋索的索力值是評(píng)估橋梁狀態(tài)的重要指標(biāo)，橋索索力值的測(cè)定也成了橋索監(jiān)控系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。目前，已有不少的橋索索力值測(cè)定方法，其中具有簡(jiǎn)易性和非破壞性?xún)?yōu)點(diǎn)的頻譜振動(dòng)法，得到了較廣泛的應(yīng)用。頻譜振動(dòng)法主要采用了加速度傳感器來(lái)對(duì)橋索拉力進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)獲取加速度傳感器在環(huán)境激勵(lì)下的加速度來(lái)得到橋索的振動(dòng)頻率，最后利用張緊弦模型來(lái)得出橋索拉力。在作為頻譜振動(dòng)法理論依據(jù)的張緊弦模型中，抗彎剛度是一個(gè)難以測(cè)量的參數(shù)，而且抗彎剛度對(duì)高階本征頻率的影響大，直接采用傳統(tǒng)的張緊弦模型得到的橋索拉力將會(huì)出現(xiàn)較大的誤差。在現(xiàn)有基于頻率振動(dòng)法的橋索監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，附在橋索上的各個(gè)加速度傳感器通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的橋索進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)采集，并將數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)監(jiān)控中心進(jìn)行頻譜和索力分析。然而，現(xiàn)有基于頻率振動(dòng)法的橋索監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在著以下缺陷或不足：(1)仍直接采用傳統(tǒng)的張緊弦模型來(lái)得出橋索的拉力，忽略了抗彎剛度的影響，誤差較大；(2)加速度傳感器需要將采集的全部信號(hào)發(fā)送至上位機(jī)監(jiān)控中心，增加了傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗；而且加速度傳感器的采樣頻率為人工選擇的固定值，低采樣率會(huì)降低采集信號(hào)的分辨率最終影響到數(shù)據(jù)的分析，而高采樣率則會(huì)增加傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗，無(wú)法同時(shí)兼顧分析準(zhǔn)確度和功耗。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于：提供一種誤差小，能同時(shí)兼顧分析準(zhǔn)確度和功耗的，基于優(yōu)化張緊弦模型的橋索監(jiān)測(cè)方法。本發(fā)明的另一目的在于：提供一種誤差小，能同時(shí)兼顧分析準(zhǔn)確度和功耗的，基于優(yōu)化張緊弦模型的橋索監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種基于優(yōu)化張緊弦模型的橋索監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：選取與實(shí)測(cè)橋索相同規(guī)格的鋼纜來(lái)構(gòu)建牛頓高斯法的殘余函數(shù)，然后采用雅可比矩陣法對(duì)牛頓高斯法的殘余函數(shù)進(jìn)行迭代求解，得出牛頓高斯法的殘余函數(shù)最優(yōu)的本征頻率階數(shù)以及最優(yōu)的鋼纜抗彎剛度，最后根據(jù)迭代求解的結(jié)果優(yōu)化張緊弦模型；根據(jù)橋索的理論拉力值以及優(yōu)化后的張緊弦模型求得理論本征頻率；根據(jù)加速度傳感器節(jié)點(diǎn)采集的信號(hào)得出橋索的振動(dòng)頻譜，然后從得到的振動(dòng)頻譜中篩選出符合最優(yōu)的本征頻率階數(shù)的頻率作為實(shí)測(cè)本征頻率；加速度傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)實(shí)測(cè)本征頻率和理論本征頻率的差值與理論本征頻率的比值大小確定是否向上位機(jī)監(jiān)控中心發(fā)送采集數(shù)據(jù)和調(diào)整加速度傳感器的采樣頻率，以均衡功耗和分析準(zhǔn)確度。進(jìn)一步，所述選取與實(shí)測(cè)橋索相同規(guī)格的鋼纜來(lái)構(gòu)建牛頓高斯法的殘余函數(shù)，然后采用雅可比矩陣法對(duì)牛頓高斯法的殘余函數(shù)進(jìn)行迭代求解，得出牛頓高斯法的殘余函數(shù)最優(yōu)的本征頻率階數(shù)以及最優(yōu)的鋼纜抗彎剛度，最后根據(jù)迭代求解的結(jié)果優(yōu)化張緊弦模型這一步驟，其包括：在拉力試驗(yàn)機(jī)上選取與實(shí)測(cè)橋索相同規(guī)格的鋼纜進(jìn)行拉力試驗(yàn)，構(gòu)建出牛頓高斯法的殘余函數(shù)，所述牛頓高斯法的殘余函數(shù)r的表達(dá)式為：其中，k為本征頻率階數(shù)，EI為鋼纜的抗彎剛度，m為鋼纜的單位質(zhì)量，L為拉力試驗(yàn)時(shí)鋼纜兩個(gè)固定測(cè)試點(diǎn)之間的長(zhǎng)度，f為鋼纜振動(dòng)頻譜的中心頻率，N為鋼纜受到的拉力；將(m,L,f,N)作為已知變量，β＝(k,EI)作為待求解變量，采用雅可比矩陣迭代法對(duì)牛頓高斯法的殘余函數(shù)進(jìn)行求解，得出牛頓高斯法的殘余函數(shù)最優(yōu)的本征頻率階數(shù)ko以及最優(yōu)的鋼纜抗彎剛度EIo；將最優(yōu)的本征頻率階數(shù)ko以及最優(yōu)的鋼纜抗彎剛度EIo代入張緊弦模型，生成優(yōu)化后的張緊弦模型，所述優(yōu)化后的張緊弦模型的表達(dá)式為：其中，為最優(yōu)的本征頻率階數(shù)ko對(duì)應(yīng)的本征頻率。進(jìn)一步，所述將(m,L,f,N)作為已知變量，β＝(k,EI)作為待求解變量，采用雅可比矩陣迭代法對(duì)牛頓高斯法的殘余函數(shù)進(jìn)行求解，得出牛頓高斯法的殘余函數(shù)最優(yōu)的本征頻率階數(shù)以及最優(yōu)的鋼纜抗彎剛度這一步驟，其包括：根據(jù)n次不同拉力試驗(yàn)構(gòu)建的n個(gè)殘余函數(shù)r1,r2,...rn得到殘余函數(shù)r的雅可比矩陣，所述殘余函數(shù)r的雅可比矩陣Jr的表達(dá)式為：Jr=∂r1(β)∂k∂r1(β)∂EI......∂rn(β)∂k∂rn(β)∂EI,]]>其中，n≥2且n為整數(shù)，和為第n次試驗(yàn)的殘余函數(shù)rn分別對(duì)k和EI的偏導(dǎo)數(shù)；根據(jù)得到的雅可比矩陣Jr對(duì)待求解變量β進(jìn)行迭代，直至βs+1和βs的差值小于設(shè)定閾值為止，最終以迭代結(jié)束時(shí)βs+1對(duì)應(yīng)的k和EI作為最優(yōu)的本征頻率階數(shù)以及最優(yōu)的鋼纜抗彎剛度，其中，對(duì)待求解變量β進(jìn)行迭代的公式為：式中，s為迭代次數(shù)，且0≤s≤n，迭代初始值β0＝(1,EI0)，EI0為鋼纜抗彎剛度的最小估計(jì)值。進(jìn)一步，所述根據(jù)加速度傳感器節(jié)點(diǎn)采集的信號(hào)得出橋索的振動(dòng)頻譜，然后從得到的振動(dòng)頻譜中篩選出符合最優(yōu)的本征頻率階數(shù)的頻率作為實(shí)測(cè)本征頻率這一步驟，其包括：在加速度傳感器節(jié)點(diǎn)中，對(duì)采集的信號(hào)添加海明窗口，得到加窗后的采集信號(hào)；對(duì)加窗后的采集信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到橋索的振動(dòng)頻譜；從得到的振動(dòng)頻譜中篩選出符合最優(yōu)的本征頻率階數(shù)的頻率作為實(shí)測(cè)本征頻率。進(jìn)一步，所述加速度傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)實(shí)測(cè)本征頻率和理論本征頻率的差值與理論本征頻率的比值大小確定是否向上位機(jī)監(jiān)控中心發(fā)送采集數(shù)據(jù)和調(diào)整加速度傳感器的采樣頻率，以均衡功耗和分析準(zhǔn)確度這一步驟，其包括：計(jì)算實(shí)測(cè)本征頻率和理論本征頻率的差值與理論本征頻率的比值；加速度傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)計(jì)算出的比值所處的比值范圍執(zhí)行相應(yīng)事件的操作：若計(jì)算出的比值屬于事件一的比值范圍，則只發(fā)送實(shí)測(cè)本征頻率給上位機(jī)監(jiān)控中心；若計(jì)算出的比值屬于事件二的比值范圍，則不改變加速度傳感器的采樣頻率并將加速度傳感器采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)監(jiān)控中心；若計(jì)算出的比值屬于事件三的比值范圍，則提高加速度傳感器的采樣頻率并將加速度傳感器采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)監(jiān)控中心。進(jìn)一步，所述事件一的比值范圍為[0，15％)，所述事件一將加速度傳感器的采樣頻率設(shè)為200Hz；所述事件二的取值范圍為[15％，30％]；所述事件三的取值范圍為(30％，100％]，所述事件三將加速度傳感器的采樣頻率增加至1000Hz。本發(fā)明所采取的另一技術(shù)方案是：一種基于優(yōu)化張緊弦模型的橋索監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括以下模塊：張緊弦模型優(yōu)化模塊，用于選取與實(shí)測(cè)橋索相同規(guī)格的鋼纜來(lái)構(gòu)建牛頓高斯法的殘余函數(shù)，然后采用雅可比矩陣法對(duì)牛頓高斯法的殘余函數(shù)進(jìn)行迭代求解，得出牛頓高斯法的殘余函數(shù)最優(yōu)的本征頻率階數(shù)以及最優(yōu)的鋼纜抗彎剛度，最后根據(jù)迭代求解的結(jié)果優(yōu)化張緊弦模型；理論本征頻率計(jì)算模塊，用于根據(jù)橋索的理論拉力值以及優(yōu)化后的張緊弦模型求得理論本征頻率；實(shí)測(cè)本征頻率獲取模塊，用于根據(jù)加速度傳感器節(jié)點(diǎn)采集的信號(hào)得出橋索的振動(dòng)頻譜，然后從得到的振動(dòng)頻譜中篩選出符合最優(yōu)的本征頻率階數(shù)的頻率作為實(shí)測(cè)本征頻率；加速度傳感器節(jié)點(diǎn)確定與調(diào)整模塊，用于加速度傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)實(shí)測(cè)本征頻率和理論本征頻率的差值與理論本征頻率的比值大小確定是否向上位機(jī)監(jiān)控中心發(fā)送采集數(shù)據(jù)和調(diào)整加速度傳感器的采樣頻率，以均衡功耗和分析準(zhǔn)確度。進(jìn)一步，所述張緊弦模型優(yōu)化模塊包括：構(gòu)建單元，用于在拉力試驗(yàn)機(jī)上選取與實(shí)測(cè)橋索相同規(guī)格的鋼纜進(jìn)行拉力試驗(yàn)，構(gòu)建出牛頓高斯法的殘余函數(shù)，所述牛頓高斯法的殘余函數(shù)r的表達(dá)式為：其中，k為本征頻率階數(shù)，EI為鋼纜的抗彎剛度，m為鋼纜的單位質(zhì)量，L為拉力試驗(yàn)時(shí)鋼纜兩個(gè)固定測(cè)試點(diǎn)之間的長(zhǎng)度，f為鋼纜振動(dòng)頻譜的中心頻率，N為鋼纜受到的拉力；迭代單元，用于將(m,L,f,N)作為已知變量，β＝(k,EI)作為待求解變量，采用雅可比矩陣迭代法對(duì)牛頓高斯法的殘余函數(shù)進(jìn)行求解，得出牛頓高斯法的殘余函數(shù)最優(yōu)的本征頻率階數(shù)以及最優(yōu)的鋼纜抗彎剛度；代入單元，用于將最優(yōu)的本征頻率階數(shù)ko以及最優(yōu)的鋼纜抗彎剛度EIo代入張緊弦模型，生成優(yōu)化后的張緊弦模型，所述優(yōu)化后的張緊弦模型的表達(dá)式為：其中，為最優(yōu)的本征頻率階數(shù)ko對(duì)應(yīng)的本征頻率。進(jìn)一步，所述迭代單元包括：雅可比矩陣獲取子單元，用于根據(jù)n次不同拉力試驗(yàn)構(gòu)建的n個(gè)殘余函數(shù)r1,r2,...rn得到殘余函數(shù)r的雅可比矩陣，所述殘余函數(shù)r的雅可比矩陣Jr的表達(dá)式為：Jr=∂r1(β)∂k∂r1(β)∂EI......∂rn(β)∂k∂rn(β)∂EI,]]>其中，n≥2且n為整數(shù)，和為第n次試驗(yàn)的殘余函數(shù)rn分別對(duì)k和EI的偏導(dǎo)數(shù)；迭代子單元，用于根據(jù)得到的雅可比矩陣Jr對(duì)待求解變量β進(jìn)行迭代，直至βs+1和βs的差值小于設(shè)定閾值為止，最終以迭代結(jié)束時(shí)βs+1對(duì)應(yīng)的k和EI作為最優(yōu)的本征頻率階數(shù)以及最優(yōu)的鋼纜抗彎剛度，其中，對(duì)待求解變量β進(jìn)行迭代的公式為：式中，s為迭代次數(shù)，且0≤s≤n，迭代初始值β0＝(1,EI0)，EI0為鋼纜抗彎剛度的最小估計(jì)值。進(jìn)一步，所述加速度傳感器節(jié)點(diǎn)確定與調(diào)整模塊包括：計(jì)算單元，用于計(jì)算實(shí)測(cè)本征頻率和理論本征頻率的差值與理論本征頻率的比值；執(zhí)行事件確定單元，用于加速度傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)計(jì)算出的比值所處的比值范圍執(zhí)行相應(yīng)事件的操作：若計(jì)算出的比值屬于事件一的比值范圍，則只發(fā)送實(shí)測(cè)本征頻率給上位機(jī)監(jiān)控中心；若計(jì)算出的比值屬于事件二的比值范圍，則不改變加速度傳感器的采樣頻率并將加速度傳感器采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)監(jiān)控中心；若計(jì)算出的比值屬于事件三的比值范圍，則提高加速度傳感器的采樣頻率并將加速度傳感器采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)監(jiān)控中心。本發(fā)明的方法的有益效果是：采用了牛頓高斯法來(lái)對(duì)傳統(tǒng)的張緊弦模型進(jìn)行了優(yōu)化，求解出最優(yōu)的本征頻率階數(shù)和鋼纜抗彎剛度，考慮了抗彎剛度的影響且能準(zhǔn)確得出抗彎剛度，誤差較??；加速度傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)實(shí)測(cè)本征頻率和理論本征頻率的差值與理論本征頻率的比值大小確定是否向上位機(jī)監(jiān)控中心發(fā)送采集數(shù)據(jù)和調(diào)整加速度傳感器的采樣頻率，既避免了持續(xù)發(fā)送采樣信號(hào)的情況，又避免了分析準(zhǔn)確度低的情況，能同時(shí)兼顧分析準(zhǔn)確度和功耗。本發(fā)明的系統(tǒng)的有益效果是：采用了牛頓高斯法來(lái)對(duì)傳統(tǒng)的張緊弦模型進(jìn)行了優(yōu)化，求解出最優(yōu)的本征頻率階數(shù)和鋼纜抗彎剛度，考慮了抗彎剛度的影響且能準(zhǔn)確得出抗彎剛度，誤差較?。患铀俣葌鞲衅鞴?jié)點(diǎn)根據(jù)實(shí)測(cè)本征頻率和理論本征頻率的差值與理論本征頻率的比值大小確定是否向上位機(jī)監(jiān)控中心發(fā)送采集數(shù)據(jù)和調(diào)整加速度傳感器的采樣頻率，既避免了持續(xù)發(fā)送采樣信號(hào)的情況，又避免了分析準(zhǔn)確度低的情況，能同時(shí)兼顧分析準(zhǔn)確度和功耗。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明一種基于優(yōu)化張緊弦模型的橋索監(jiān)測(cè)方法的整體流程圖；圖2為實(shí)施例一的算法流程圖。具體實(shí)施方式參照?qǐng)D1，一種基于優(yōu)化張緊弦模型的橋索監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：選取與實(shí)測(cè)橋索相同規(guī)格的鋼纜來(lái)構(gòu)建牛頓高斯法的殘余函數(shù)，然后采用雅可比矩陣法對(duì)牛頓高斯法的殘余函數(shù)進(jìn)行迭代求解，得出牛頓高斯法的殘余函數(shù)最優(yōu)的本征頻率階數(shù)以及最優(yōu)的鋼纜抗彎剛度，最后根據(jù)迭代求解的結(jié)果優(yōu)化張緊弦模型；根據(jù)橋索的理論拉力值以及優(yōu)化后的張緊弦模型求得理論本征頻率；根據(jù)加速度傳感器節(jié)點(diǎn)采集的信號(hào)得出橋索的振動(dòng)頻譜，然后從得到的振動(dòng)頻譜中篩選出符合最優(yōu)的本征頻率階數(shù)的頻率作為實(shí)測(cè)本征頻率；加速度傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)實(shí)測(cè)本征頻率和理論本征頻率的差值與理論本征頻率的比值大小確定是否向上位機(jī)監(jiān)控中心發(fā)送采集數(shù)據(jù)和調(diào)整加速度傳感器的采樣頻率，以均衡功耗和分析準(zhǔn)確度。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述選取與實(shí)測(cè)橋索相同規(guī)格的鋼纜來(lái)構(gòu)建牛頓高斯法的殘余函數(shù)，然后采用雅可比矩陣法對(duì)牛頓高斯法的殘余函數(shù)進(jìn)行迭代求解，得出牛頓高斯法的殘余函數(shù)最優(yōu)的本征頻率階數(shù)以及最優(yōu)的鋼纜抗彎剛度，最后根據(jù)迭代求解的結(jié)果優(yōu)化張緊弦模型這一步驟，其包括：在拉力試驗(yàn)機(jī)上選取與實(shí)測(cè)橋索相同規(guī)格的鋼纜進(jìn)行拉力試驗(yàn)，構(gòu)建出牛頓高斯法的殘余函數(shù)，所述牛頓高斯法的殘余函數(shù)r的表達(dá)式為：其中，k為本征頻率階數(shù)，EI為鋼纜的抗彎剛度，m為鋼纜的單位質(zhì)量，L為拉力試驗(yàn)時(shí)鋼纜兩個(gè)固定測(cè)試點(diǎn)之間的長(zhǎng)度，f為鋼纜振動(dòng)頻譜的中心頻率，N為鋼纜受到的拉力；將(m,L,f,N)作為已知變量，β＝(k,EI)作為待求解變量，采用雅可比矩陣迭代法對(duì)牛頓高斯法的殘余函數(shù)進(jìn)行求解，得出牛頓高斯法的殘余函數(shù)最優(yōu)的本征頻率階數(shù)ko以及最優(yōu)的鋼纜抗彎剛度EIo；將最優(yōu)的本征頻率階數(shù)ko以及最優(yōu)的鋼纜抗彎剛度EIo代入張緊弦模型，生成優(yōu)化后的張緊弦模型，所述優(yōu)化后的張緊弦模型的表達(dá)式為：其中，為最優(yōu)的本征頻率階數(shù)ko對(duì)應(yīng)的本征頻率。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述將(m,L,f,N)作為已知變量，β＝(k,EI)作為待求解變量，采用雅可比矩陣迭代法對(duì)牛頓高斯法的殘余函數(shù)進(jìn)行求解，得出牛頓高斯法的殘余函數(shù)最優(yōu)的本征頻率階數(shù)以及最優(yōu)的鋼纜抗彎剛度這一步驟，其包括：根據(jù)n次不同拉力試驗(yàn)構(gòu)建的n個(gè)殘余函數(shù)r1,r2,...rn得到殘余函數(shù)r的雅可比矩陣，所述殘余函數(shù)r的雅可比矩陣Jr的表達(dá)式為：Jr=∂r1(β)∂k∂r1(β)∂EI......∂rn(β)∂k∂rn(β)∂EI,]]>其中，n≥2且n為整數(shù)，和為第n次試驗(yàn)的殘余函數(shù)rn分別對(duì)k和EI的偏導(dǎo)數(shù)；根據(jù)得到的雅可比矩陣Jr對(duì)待求解變量β進(jìn)行迭代，直至βs+1和βs的差值小于設(shè)定閾值為止，最終以迭代結(jié)束時(shí)βs+1對(duì)應(yīng)的k和EI作為最優(yōu)的本征頻率階數(shù)以及最優(yōu)的鋼纜抗彎剛度，其中，對(duì)待求解變量β進(jìn)行迭代的公式為：式中，s為迭代次數(shù)，且0≤s≤n，迭代初始值β0＝(1,EI0)，EI0為鋼纜抗彎剛度的最小估計(jì)值。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述根據(jù)加速度傳感器節(jié)點(diǎn)采集的信號(hào)得出橋索的振動(dòng)頻譜，然后從得到的振動(dòng)頻譜中篩選出符合最優(yōu)的本征頻率階數(shù)的頻率作為實(shí)測(cè)本征頻率這一步驟，其包括：在加速度傳感器節(jié)點(diǎn)中，對(duì)采集的信號(hào)添加海明窗口，得到加窗后的采集信號(hào)；對(duì)加窗后的采集信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到橋索的振動(dòng)頻譜；從得到的振動(dòng)頻譜中篩選出符合最優(yōu)的本征頻率階數(shù)的頻率作為實(shí)測(cè)本征頻率。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述加速度傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)實(shí)測(cè)本征頻率和理論本征頻率的差值與理論本征頻率的比值大小確定是否向上位機(jī)監(jiān)控中心發(fā)送采集數(shù)據(jù)和調(diào)整加速度傳感器的采樣頻率，以均衡功耗和分析準(zhǔn)確度這一步驟，其包括：計(jì)算實(shí)測(cè)本征頻率和理論本征頻率的差值與理論本征頻率的比值；加速度傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)計(jì)算出的比值所處的比值范圍執(zhí)行相應(yīng)事件的操作：若計(jì)算出的比值屬于事件一的比值范圍，則只發(fā)送實(shí)測(cè)本征頻率給上位機(jī)監(jiān)控中心；若計(jì)算出的比值屬于事件二的比值范圍，則不改變加速度傳感器的采樣頻率并將加速度傳感器采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)監(jiān)控中心；若計(jì)算出的比值屬于事件三的比值范圍，則提高加速度傳感器的采樣頻率并將加速度傳感器采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)監(jiān)控中心。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述事件一的比值范圍為[0，15％)，所述事件一將加速度傳感器的采樣頻率設(shè)為200Hz；所述事件二的取值范圍為[15％，30％]；所述事件三的取值范圍為(30％，100％]，所述事件三將加速度傳感器的采樣頻率增加至1000Hz。參照?qǐng)D1，一種基于優(yōu)化張緊弦模型的橋索監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括以下模塊：張緊弦模型優(yōu)化模塊，用于選取與實(shí)測(cè)橋索相同規(guī)格的鋼纜來(lái)構(gòu)建牛頓高斯法的殘余函數(shù)，然后采用雅可比矩陣法對(duì)牛頓高斯法的殘余函數(shù)進(jìn)行迭代求解，得出牛頓高斯法的殘余函數(shù)最優(yōu)的本征頻率階數(shù)以及最優(yōu)的鋼纜抗彎剛度，最后根據(jù)迭代求解的結(jié)果優(yōu)化張緊弦模型；理論本征頻率計(jì)算模塊，用于根據(jù)橋索的理論拉力值以及優(yōu)化后的張緊弦模型求得理論本征頻率；實(shí)測(cè)本征頻率獲取模塊，用于根據(jù)加速度傳感器節(jié)點(diǎn)采集的信號(hào)得出橋索的振動(dòng)頻譜，然后從得到的振動(dòng)頻譜中篩選出符合最優(yōu)的本征頻率階數(shù)的頻率作為實(shí)測(cè)本征頻率；加速度傳感器節(jié)點(diǎn)確定與調(diào)整模塊，用于加速度傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)實(shí)測(cè)本征頻率和理論本征頻率的差值與理論本征頻率的比值大小確定是否向上位機(jī)監(jiān)控中心發(fā)送采集數(shù)據(jù)和調(diào)整加速度傳感器的采樣頻率，以均衡功耗和分析準(zhǔn)確度。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述張緊弦模型優(yōu)化模塊包括：構(gòu)建單元，用于在拉力試驗(yàn)機(jī)上選取與實(shí)測(cè)橋索相同規(guī)格的鋼纜進(jìn)行拉力試驗(yàn)，構(gòu)建出牛頓高斯法的殘余函數(shù)，所述牛頓高斯法的殘余函數(shù)r的表達(dá)式為：其中，k為本征頻率階數(shù)，EI為鋼纜的抗彎剛度，m為鋼纜的單位質(zhì)量，L為拉力試驗(yàn)時(shí)鋼纜兩個(gè)固定測(cè)試點(diǎn)之間的長(zhǎng)度，f為鋼纜振動(dòng)頻譜的中心頻率，N為鋼纜受到的拉力；迭代單元，用于將(m,L,f,N)作為已知變量，β＝(k,EI)作為待求解變量，采用雅可比矩陣迭代法對(duì)牛頓高斯法的殘余函數(shù)進(jìn)行求解，得出牛頓高斯法的殘余函數(shù)最優(yōu)的本征頻率階數(shù)以及最優(yōu)的鋼纜抗彎剛度；代入單元，用于將最優(yōu)的本征頻率階數(shù)ko以及最優(yōu)的鋼纜抗彎剛度EIo代入張緊弦模型，生成優(yōu)化后的張緊弦模型，所述優(yōu)化后的張緊弦模型的表達(dá)式為：其中，為最優(yōu)的本征頻率階數(shù)ko對(duì)應(yīng)的本征頻率。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述迭代單元包括：雅可比矩陣獲取子單元，用于根據(jù)n次不同拉力試驗(yàn)構(gòu)建的n個(gè)殘余函數(shù)r1,r2,…rn得到殘余函數(shù)r的雅可比矩陣，所述殘余函數(shù)r的雅可比矩陣Jr的表達(dá)式為：Jr=∂r1(β)∂k∂r1(β)∂EI......∂rn(β)∂k∂rn(β)∂EI,]]>其中，n≥2且n為整數(shù)，和為第n次試驗(yàn)的殘余函數(shù)rn分別對(duì)k和EI的偏導(dǎo)數(shù)；迭代子單元，用于根據(jù)得到的雅可比矩陣Jr對(duì)待求解變量β進(jìn)行迭代，直至βs+1和βs的差值小于設(shè)定閾值為止，最終以迭代結(jié)束時(shí)βs+1對(duì)應(yīng)的k和EI作為最優(yōu)的本征頻率階數(shù)以及最優(yōu)的鋼纜抗彎剛度，其中，對(duì)待求解變量β進(jìn)行迭代的公式為：式中，s為迭代次數(shù)，且0≤s≤n，迭代初始值β0＝(1,EI0)，EI0為鋼纜抗彎剛度的最小估計(jì)值。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述加速度傳感器節(jié)點(diǎn)確定與調(diào)整模塊包括：計(jì)算單元，用于計(jì)算實(shí)測(cè)本征頻率和理論本征頻率的差值與理論本征頻率的比值；執(zhí)行事件確定單元，用于加速度傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)計(jì)算出的比值所處的比值范圍執(zhí)行相應(yīng)事件的操作：若計(jì)算出的比值屬于事件一的比值范圍，則只發(fā)送實(shí)測(cè)本征頻率給上位機(jī)監(jiān)控中心；若計(jì)算出的比值屬于事件二的比值范圍，則不改變加速度傳感器的采樣頻率并將加速度傳感器采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)監(jiān)控中心；若計(jì)算出的比值屬于事件三的比值范圍，則提高加速度傳感器的采樣頻率并將加速度傳感器采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)監(jiān)控中心。下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步解釋和說(shuō)明。實(shí)施例一參照如2，本發(fā)明的第一實(shí)施例：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)誤差大，不能同時(shí)兼顧分析準(zhǔn)確度和功耗的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種全新的橋索監(jiān)測(cè)方法，該方法考慮了抗彎剛度的影響來(lái)對(duì)傳統(tǒng)的張緊弦模型進(jìn)行了優(yōu)化，并可智能調(diào)整傳感器節(jié)點(diǎn)的采樣頻率和是否向上位機(jī)發(fā)送采集數(shù)據(jù)。本發(fā)明的橋索監(jiān)測(cè)算法的流程如圖2所示，主要包括如下過(guò)程：(一)提取理論本征頻率。提取理論本征頻率的過(guò)程可進(jìn)一步細(xì)分為：(1)在拉力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行與實(shí)測(cè)橋索相同規(guī)格的鋼纜的拉力試驗(yàn)，構(gòu)造牛頓高斯法的殘余函數(shù)r：r=4mL2f2k2-k2π2EIL2-N,]]>其中，k為本征頻率的階數(shù)，EI為鋼纜的抗彎剛度，m為鋼纜的單位質(zhì)量，L為鋼纜兩個(gè)測(cè)試固定點(diǎn)之間的長(zhǎng)度，f為振動(dòng)頻譜的中心頻率，N為鋼纜受到的拉力。在這里，β＝(k,EI)作為未知變量，(m,L,f,N)作為已知變量。(2)通過(guò)n次不同的拉力試驗(yàn)構(gòu)造出n個(gè)殘余函數(shù)(n>＝2)，然后從一個(gè)估計(jì)的最小β(即初始的變量組β0＝(1,EI0)，其由一階本征頻率階數(shù)和鋼纜的抗彎剛度估計(jì)值組成)開(kāi)始不斷地進(jìn)行迭代，迭代的公式如下：βs+1=βs-(JrJrT)-1JrTr(βs)]]>Jr=∂r1(β)∂k∂r1(β)∂EI......∂rn(β)∂k∂rn(β)∂EI,]]>其中，T為矩陣的轉(zhuǎn)置，Jr為殘余函數(shù)的雅可比矩陣。當(dāng)βs+1和βs的差值小于某個(gè)閾值時(shí)，迭代結(jié)束，此時(shí)即可根據(jù)迭代結(jié)束時(shí)βs+1對(duì)應(yīng)的k和EI獲得最優(yōu)的頻率階數(shù)ko和鋼纜的抗彎剛度EIo。(3)將最優(yōu)的本征頻率階數(shù)以及最優(yōu)的鋼纜抗彎剛度代入張緊弦模型，生成優(yōu)化后的張緊弦模型，即鋼纜受到的拉力可表達(dá)成：其中，為最優(yōu)的本征頻率階數(shù)ko對(duì)應(yīng)的本征頻率，EIo為最優(yōu)的鋼纜抗彎剛度，m為鋼纜的單位質(zhì)量，L為鋼纜固定的長(zhǎng)度。由于鋼纜的規(guī)格與橋索的規(guī)格一致，因此，此步驟得到的優(yōu)化后的張緊弦模型即為橋索優(yōu)化后的張緊弦模型。(4)根據(jù)橋索的理論拉力值和優(yōu)化后的張緊弦模型求得橋索的理論本征頻率。(二)獲取實(shí)測(cè)本征頻率。獲取實(shí)測(cè)本征頻率的主要過(guò)程如下：在傳感器節(jié)點(diǎn)中，對(duì)采集信號(hào)添加海明窗口；隨后作快速傅里葉變換得到橋索的振動(dòng)頻譜；最后提取振動(dòng)頻譜中符合優(yōu)化后的張緊弦模型中最優(yōu)本征頻率階數(shù)的頻率，作為實(shí)測(cè)本征頻率。(三)傳感器節(jié)點(diǎn)事件選擇。傳感器發(fā)送采集數(shù)據(jù)與否和采樣頻率的調(diào)整設(shè)置會(huì)以實(shí)測(cè)本征頻率和理論本征頻率的差值與理論本征頻率之間的比值作為判斷的標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明根據(jù)該比值所處的范圍來(lái)確定三類(lèi)事件，指定傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息：事件一：只發(fā)送實(shí)測(cè)本征頻率至上位機(jī)監(jiān)控中心。此時(shí)，加速度傳感器的采樣頻率可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置(如設(shè)為200Hz)。事件二：不更改傳感器的采樣頻率，發(fā)送加速度傳感器采集的數(shù)據(jù)至上位機(jī)監(jiān)控中心，然后做進(jìn)一步的分析。事件三：提高加速度傳感器的采樣頻率(如更改傳感器的采樣頻率至1000Hz)并將加速度傳感器采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)監(jiān)控中心，做進(jìn)一步的分析。不同橋索所確定的三類(lèi)事件其所處的比值范圍也不同。例如，可設(shè)置事件一的比值小于15％，事件二的比值在15％到30％的范圍內(nèi)，事件三的比值大于30％，此時(shí)事件一的橋索狀態(tài)為良好，事件二的橋索狀態(tài)為一般，事件一的橋索狀態(tài)為異常，故本發(fā)明還可根據(jù)這三個(gè)事件的比值取值范圍以及實(shí)時(shí)計(jì)算出的比值對(duì)橋索進(jìn)行異常情況分析。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，與傳統(tǒng)的張緊弦模型對(duì)比，利用高斯牛頓法優(yōu)化后的張緊弦模模型可以增加索力識(shí)別的可靠性，誤差更小。第二，加速度傳感器發(fā)送采集信息與否和采樣頻率都會(huì)根據(jù)實(shí)測(cè)和理論本征頻率的關(guān)系進(jìn)行調(diào)整，從而避免了持續(xù)發(fā)送采樣信號(hào)的情況，并能在保證持續(xù)監(jiān)測(cè)橋索狀態(tài)的同時(shí)有效地降低了傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗，同時(shí)兼顧了效率和分析準(zhǔn)確度。以上是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3