(19)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 202111327346.9 (22)申请日 2021.11.10 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114048678 A (43)申请公布日 2022.02.15 (73)专利权人 哈尔滨工业大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 刘洋　杨昌熙　 (74)专利代理 机构 哈尔滨龙 科专利代理有限公 司 23206 专利代理师 李智慧 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06K 9/62(2022.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (56)对比文件 JP 20191 17195 A,2019.07.18 US 5848379 A,19 98.12.08 KR 20190 090585 A,2019.08.02 CN 110702344 A,2020.01.17 赵亚平等.带裂缝钢筋混凝 土梁损伤诊断的 振动方法. 《防灾减灾工程学报》 .20 05,(第04 期),381- 387. 审查员 王茜 (54)发明名称 非线性相关结构损伤诊断指标的局部切空 间重构方法 (57)摘要 本发明公开了一种非线性相关结构损伤诊 断指标的局部切空间重构方法， 所述方法采用无 损伤状态下的桥梁结构响应数据构建结构损伤 诊断指标， 对非线性相关的结构损伤诊断指标， 采用非线性窄域特征判别因子判定是否具备非 线性窄域特征。 对不具备非线性窄域特征的结构 损伤诊断指标， 采用局部切空间排列法， 建立结 构损伤诊断指标的主要特征坐标矩阵， 利用局部 切空间排列法的逆运算， 建立结构损伤诊断指标 的重构指标。 本发明解决复杂环 境影响下非线性 相关的结构损伤诊断指标不具备非线性窄域特 征， 导致损伤诊断指标分段线性化准确性低的缺 点。 权利要求书4页 说明书7页 附图5页 CN 114048678 B 2022.08.09 CN 114048678 B 1.一种非线性相关结构损伤诊断指标的局部切空间重构方法， 其特征在于所述方法包 括如下步骤： 步骤一： 采集桥梁结构在无损伤状态下的结构响应数据， 建立参考状态的桥梁结构损 伤诊断指标； 步骤二： 利用步骤一所得的结构损伤诊断指标， 绘制两个不同指标在二维欧式空间的 分布图， 判断结构损伤诊断指标 是否存在非线性相关 关系； 步骤三： 若对步骤二判定结构损伤诊断指标具备非线性相关关系， 则根据非线性窄域 特征的定义， 建立结构损伤诊断指标的非线性窄域特征判别因子， 判断结构损伤诊断指标 是否具备非线性窄域特征； 若判定结构损伤诊断指标不具备非线性相关关系， 则不需要进 行重构处 理； 步骤四： 若对步骤三判定结构损伤诊断指标不具备非线性窄域特征， 则采用局部切 空 间排列法提取结构损伤诊断指标的主要特征坐标矩阵； 若判定结构损伤诊断指标具备非线 性窄域特征， 则不需要进 行重构处理， 其中， 采用局部切空间排列法提取结构损伤诊断指标 的主要特征坐标矩阵的具体步骤如下： 步骤四一： 给定N个不具备非线性窄域特征的结构损伤诊断指标构成指标集合为 X＝[x1,x2,…,xi,…,xN],i∈(1,2, …,N)， n为结构损伤诊断指标维数， N为指标 数量， 构建第i个指标xi的k个邻域 点集合， 建立邻域矩阵： Ωi＝[xi1,xi2…,xik]； 步骤四二： 将非线性相关的结构损伤诊断指标作为非线性流形， 利用线性流形表示非 线性流形， 建立该非线性 流形的d维线性 流形： 其中， d<n， xij为第i个损伤诊断指标的第j个邻域， 1k为全1的列向量， θj为Θ中的第j个 列向量， P为 转换矩阵； 步骤四三： 根据奇异值分量理论， 建立第i个指标的邻域矩阵在线性流形的局部坐标， 通过对每个指标的邻域矩阵所得局部坐标进 行有序排列， 建立结构损伤诊断指标的主要 特 征坐标矩阵； 步骤五： 利用步骤四所得的主要特征坐标矩阵， 根据局部切空间排列法的逆运算， 建立 结构损伤诊断指标的重构 指标； 步骤六： 对步骤五所得的结构损伤诊断指标的重构指标， 根据非线性窄域特征的定义， 构建重构 指标的非线性 窄域特征判别因子， 并判断重构 指标是否具备非线性 窄域特征； 步骤七： 若步骤六判定重构指标不具备非线性窄域特征， 则 重复步骤四至步骤五， 再次 对重构指标进行重构， 若判定重构指标具备非线性窄域特征， 则得到非线性相关结构损伤 诊断指标的局部切空间重构方法作用下 结构损伤诊断指标的重构 指标。 2.根据权利要求1所述的非线性相关结构损伤诊断指标的局部切空间重构方法， 其特 征在于所述 步骤一中， 建立 参考状态的桥梁结构损伤诊断指标的具体步骤如下： 步骤一一： 设桥梁结构响应数据矩阵为W1＝[ω1,ω2,…,ωk](ω1,ω2,…,ωk∈Rm×1)， k为监测数据样 本数， m为测点数， ω为每个监测时刻下的结构响应数据向量， 该结构响应数权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114048678 B 2据矩阵包 含结构加速度数据、 应 变数据、 位移数据； 步骤一二： 利用随机子空间法对桥梁结构的加速度数据进行模态分析， 利用所得的频 率数据作为模态参数的结构损伤诊断指标； 步骤一三： 利用低通滤波器和重采样技术对应变数据进行分析， 建立应变响应的结构 损伤诊断指标； 步骤一四： 利用低通滤波器和重采样技术对位移数据进行分析， 建立位移响应的结构 损伤诊断指标。 3.根据权利要求1所述的非线性相关结构损伤诊断指标的局部切空间重构方法， 其特 征在于所述 步骤二中， 判断结构损伤诊断指标 是否存在非线性相关 关系的具体步骤如下： 步骤二一： 利用同一种类的结构损伤诊断指标， 将该指标的不同维度间进行两两组合， 在二维欧式空间内绘制两个不同维度结构损伤诊断指标的分布图； 步骤二二： 根据步骤二一所得的结构损伤诊断指标的分布图， 判断这些图中是否存在 沿曲线趋势分布的分布特征， 若存在沿曲线趋势分布的分布特征， 则结构损伤诊断指标为 非线性相关关系， 若不存在沿曲线趋势分布的分布特征， 则结构损伤诊断指标为线性相关 关系。 4.根据权利要求1所述的非线性相关结构损伤诊断指标的局部切空间重构方法， 其特 征在于所述步骤三中， 建立结构损伤诊断指标的非线性窄域特征判别因子， 判断结构损伤 诊断指标 是否具备非线性 窄域特征的具体步骤如下： 步骤三一： 给定非线性相关的结构损伤诊断指标 n为结构损伤诊断 指标维数， 利用k均值聚类方法将 与 聚类为p、 q个类别， 则第i维结 构损伤诊断指标 的互信息计算公式为： 式中， Pd(k)为 在p个聚类划分中的边缘概率分布， Pind(j)为 在q 个聚类划分中的边 缘概率分布， P(jk)为Φ在 p×q个聚类分类下的联合 概率分布； 步骤三二： 对第i维结构损 伤诊断指标 的互信息进行标准化处理， 建立损伤诊断指标 的结构非线性 窄域特征判别因子ρ： 步骤三三： 判定结构损伤诊断指标的非线性窄域特征， 若ρ ≥0.7， 则判定该结构损伤诊 断指标具有非线性窄域特征； 若ρ ＜0.7， 则判定该结构损伤诊断指标不具有非线性窄域特 征。 5.根据权利要求1所述的非线性相关结构损伤诊断指标的局部切空间重构方法， 其特 征在于所述步骤四三中， 建立第i个指标的邻域矩阵在线性流形 的局部坐标和结构损伤诊 断指标的主 要特征坐标矩阵的具体步骤如下： (1)： 根据步骤四一所 得的邻域矩阵， 建立中心化的邻域矩阵： 权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114048678 B 3