考虑测试及建模不确定性的桥梁损伤诊断数据融合推理方法研究

Testing and modeling uncertainties are the key problems which influence the accuracy of the actual bridge damage diagnosis. The difficulty to analysis testing and modeling uncertainties using probability theory and analytic methold is great for actual bridge.Data fusion is the effective method to reduce the damage diagnosis uncertainty,but the current data fusion formula cannot fully simulate the expert's thinking of data fusion,and cannot adapt to the data fusion requirements of all kinds of specific conditions. To solve above problem, the main study will be carried out as follows with the main research approach of the numerical calculation,finite element simulation and engineering application:1) Introduce interval mathematics theory,and adopt Grouped Interval Analysis Method to study the laws of disturbance from testing uncertainties of monitored data and model parameters to the bridge damage-symptom relationship, and adopt Enveloping Modeling Analysis Method to study the laws of disturbance from modeling uncertainties of structure type of finite element model to the bridge damage-symptom relationship.2) Study data fusion reasoning rules,and structrual damage diagnosis methods and system based on data fusion reasoning,with above laws of uncertainty disturbance as the theoretical support, with the minimization of uncertainties of damage diagnosis result as the goal, and with rule reasoning as the replacement of formula calculation.The study of this project is expected to solve the problem of uncertainty disturbance of practical structural damage diagnosis to a certain extent.

测试及建模不确定性干扰是影响实桥损伤诊断准确性的关键问题。对于实桥损伤诊断，采用概率理论和解析法进行测试及建模不确定性干扰分析难度巨大。数据融合是降低损伤诊断不确定性干扰的有效方法，但目前的数据融合公式无法全面地对专家数据融合思维进行模拟，从而无法满足各类具体情况下的数据融合要求。针对上述问题，本项目拟以数值计算、有限元模拟及工程应用为主要研究手段，进行如下研究：1)引入区间数学理论，采用分组区间分析法研究监测量和模型参数的测试不确定性对桥梁损伤-症状对应关系的干扰规律，采用包络建模分析法研究有限元模型结构形式的不确定性对桥梁损伤-症状对应关系的干扰规律；2)以上述不确定性干扰规律研究为理论支撑，以桥梁损伤诊断结果不确定性最小化为目标，以规则推理代替公式计算，研究数据融合推理规则和基于数据融合推理的损伤诊断方法及系统。本项目研究可望在一定程度上解决实际桥梁损伤诊断的不确定性干扰问题。

测试及建模不确定性干扰是影响桥梁损伤诊断准确性的关键问题。对于桥梁损伤诊断，采用经典概率理论和解析法进行测试及建模不确定性干扰分析难度巨大。数据融合是降低损伤诊断不确定性干扰的有效方法，但目前的数据融合公式无法满足桥梁损伤诊断具体问题下的数据融合要求。针对上述问题，本项目以数值计算和有限元模拟为主要研究手段，主要进行了如下研究： 1）桥梁损伤诊断过程中的不确定性因素的分类、描述及处理方法；2）不确定性桥梁损伤诊断结果的表达方式；3）桥梁损伤确定度推理模型；4）基于桥梁损伤确定度推理模型的桥梁损伤诊断数据融合推理理论。主要研究成果如下：1）给出了有限区间和区段事件信度分布概念，用于描述对某不确定量值落在其有限区间内各区段的主观确信程度的分布情况；给出了基于有限事件法及全概率公式的信度计算模型，用于解决正向信度及条件信度计算问题；2）给出了确定度概念，用于表达在症状出现的前提下对损伤发生的确信程度。给出了不确定性桥梁损伤诊断结果的“四维表达”，用于区分已知不确定性和未知不确定性的影响，进而为结构损伤决策提供更丰富可靠的信息；3）建立了桥梁损伤确定度推理模型，给出了匹配度、支持度和确定度的具体计算方法；4）建立了多个不同的单症状诊断过程之间的数据融合推理模型，该模型包含了数据融合的印证、互补和冲突处理过程，同时在一定程度上考虑了各损伤症状及损伤工况之间的相关性，数据融合结果更合理；5）给出了基于高阶响应面的快速计算模型和针对组合爆炸问题的相近组合压缩法，使上述推理模型的实际应用成为可能。本项目的上述研究建立了一套初步的可应用的不确定性桥梁损伤诊断数据融合推理理论框架，该理论框架以概率理论和不确定性推理理论为基础，针对桥梁损伤诊断问题的具体特点，提出了一些新的概念和可应用的推理模型，能为不确定性桥梁损伤诊断理论的研究提供一种可行的思路和框架。