(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110242646.0 (22)申请日 2021.03.05 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 112949185 A (43)申请公布日 2021.06.11 (73)专利权人 南京工程学院 地址 211167 江苏省南京市江宁区科 学园 弘景大道1号 (72)发明人 杨伟博　高培伟　包永强　潘岳　 潘奕蕊　宗昕　赵杰　 (74)专利代理 机构 南京钟山专利代理有限公司 32252 代理人 苏良 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01)G06N 3/00(2006.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/10(2020.01) (56)对比文件 CN 109472107 A,2019.0 3.15 CN 111638322 A,2020.09.08 US 2007179653 A1,2007.08.02 审查员 胡平 (54)发明名称 一种多因素混凝土冻融的粒子滤波寿命预 测方法 (57)摘要 本发明涉及一种多因素混凝土冻融的粒子 滤波寿命预测方法， 包括： 以相对动弹性模量随 冻融循环的衰减规律构建冻融劣化过程的状态 方程； 通过声时与相对动弹性模量的关系， 构建 冻融劣化的观测方程； 最后， 基于状态和观测方 程， 建立混凝土冻融损伤劣化过程的状态空间模 型， 利用粒子滤波， 实现多因素混凝土冻 融的寿 命预测。 粒子滤波可消除多种不确定因素的影 响， 对模型复杂度要求较低， 且不需要大量训练 数据， 相比传统方法具备更高的寿命预测精度， 对改进混凝土结构设计、 延长使用寿命和增强维 护保障具有重要的应用价 值与经济效益。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 112949185 B 2022.03.08 CN 112949185 B 1.一种多因素混凝 土冻融的粒子滤波 寿命预测方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1、 以单段模式的相对动弹性模量衰减模型为基础， 构建描述多因素冻融损伤劣化 规律的状态方程及其噪声模型； 步骤2、 采用超声波无损检测方法， 对混凝土中的超声波声时进行监测； 通过相对动弹 性模量与超声波声时之间的关系， 构建观测方程； 同时， 结合步骤1中的状态方程， 构建描述 冻融劣化的状态空间模型； 每一试件在多因素冻融循环开始前， 先进行一次超声无损检测， 采集基准声时； 步骤2中， 观测方程的表达式为： 公式(3)中， Tt表示冻融循环t时刻的超声波声时， T0表示冻融循环开始前， 通过超声法 所测得的基准声时； υt+1表示观测噪声， 满足 为状态噪声方差， 定义观测噪声 υt+1为零均值高斯白噪声； 构建状态空间模型， 如公式(4)所示： 步骤3、 判断声时检测是否更新， 以进行寿命预测； 对模型参数和粒子群进行 赋值； 在多因素冻融循环过程中， 若未进行超声无损检测， 则将粒子群代入状态方程中， 生成先验估计， 再将先验估计与 粒子权值进 行加权求和， 获得后验估计， 并更新粒子群， 后验估计看作是冻融循环次数的预 测值； 若进行超声无损检测， 获得新的声时信号， 则将t时刻粒子群代入状态空间模型中， 生 成N个声时预测值； 令声时预测值与实验检测值作差， 假设差值满足高斯分布， 即可计算得 到N个声时预测值对应的归一 化权值； 步骤3具体包括： 对粒子群 进行赋值， 此时权值 N为粒子个数； 在多因素冻融循环t+1时刻， 若未进行超声无损检测， 则将t时刻粒子群代入状态方程 中， 生成先验估计 再将先验估计与粒子权值进行加权求和， 如公式(5)所示， 获得后 验估计 并更新迭代粒子 相对动弹性模量的后验估 计看作是冻融循环次数的预测值； 若多因素冻融循环t+1时刻进行了超声无损检测， 获得新的超声波声时Tt+1， 则将t时刻 粒子群 代入状态空间模型中， 生成N个超声波声时预测值 令声时预测值与 实验检测值Texp作差， 若差值满足高斯分布 即可计算得到N个声时预测值对应的归 一化权值 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 112949185 B 2步骤4、 对粒子群及其归一 化权值进行多 项式重采样， 获得 更新后的粒子群及其权值； 步骤5、 重 复步骤3和4， 直至达到设定条件， 停止冻融实验与预测过程； 步骤1至步骤5所 经历的总时间即为混凝 土冻融的剩余寿命。 2.根据权利要求1所述的多因素混凝土冻融的粒子滤波寿命预测方法， 其特征在于， 步 骤1中， 状态方程的表达式为： 公式(1)中， Et表示冻融循环t时刻的相对动弹性模量； C表示损 伤加速度， A表示损 伤初 速度， 二者通过实验拟合获得； Δt表示t时刻与t+1时刻的时间间隔； ωt+1表示加性的零均 值高斯白噪声， 满足 为状态噪声方差 。 3.根据权利要求2所述的多因素混凝土冻融的粒子滤波寿命预测方法， 其特征在于， 步 骤1中， 定义基准损伤加速度C0为常数， 基准损伤初速度A0满足高斯分布， 如公式(2)所示： 公式(2)中， mean( ·)表示均值 函数， Q表示冻融实验试件个数， Var( ·)表示方差函数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 112949185 B 3