[发明专利]用于结构动力特性识别的BPF-WT联合滤波方法

说明书

本发明公开了一种用于结构动力特性识别的BPF‑WT联合滤波方法，对目标桥梁等结构进行测量获取桥梁频率值，得到f(t)，信号进行一级小波分解，分解成为低频部分和高频部分；对低频部分进行进一步分解；对高频信号与低频信号进行重构，获得新的信号数据，对新的信号数据多层分解与重建，得到基本时间序列e_i；再傅里叶变换,得到频率函数E_i；使E_i通过带通滤波器指定的某一频带，得到的结果仅允许频率函数通过指定的某一频带；对通过带通滤波器的E_i进行重构，得到滤波后的时间序列。本发明降低了结构健康监测成本，尤其是桥梁结构，实现快速的动力特性识别，为桥梁的结构健康监测和运营维护提供新方法。

技术领域

本发明涉及土木工程、结构工程、桥梁检测及健康监测技术领域，特别涉及一种用于结构动力特性识别的BPF-WT联合滤波方法。

背景技术

全球范围内桥梁总数随着交通建设的快速发展在不断激增，据统计，至2020年底，中国仅公路桥梁已建成90余万座。面对如此庞大的桥梁基数，如何实现对既有桥梁结构快速、经济且准确的状态评估与安全诊断并延长其寿命是交通基础设施管理中亟待解决的关键问题。

健康监测是目前桥梁管养维护的重要手段，较为常用的有基于模态参数的结构健康监测方法。传统的模态参数测量方法过于依赖人工，且检测周期较长。目前国际上新提出了一种间接测量方法，即从过路车辆的动力响应中提取桥梁结构的模态参数。

相较于传统的模态参数测量方法，间接测量法在识别桥梁模态参数频率上所需要的设备、及现场专业人员数量较少，因此具有经济、简单、高效和机动等众多优点。但是，过桥测试车辆识别桥梁动力特性的精度受到车辆自身频率、桥面粗糙度和其他环境噪音的影响，导致间接测量法识别桥梁动力特性存在精度不足的技术问题，所以急需开发一种针对间接测量法的新型滤波技术，以提高间接测量法的测量精度。

发明内容

鉴于目前现有滤波技术效果存在的上述技术问题，本发明提供一种全新的、简单高效的、自主化程度较高的用于结构动力特性识别的BPF-WT联合滤波方法。本发明融合了小波变换和带通滤波器的联合滤波技术，具有操作便捷、资金及人员投入小、高效率高自主化的优点，降低了结构健康监测的成本，提高了检测效率，可以达到清晰识别任何结构，尤其是桥梁结构动力参数的目的。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种用于结构动力特性识别的BPF-WT联合滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：用搭载垂直拾振器设备对目标桥梁进行测量，获取桥梁频率值，得到一组长度为N时间序列的数据f(t)＝[f₀，f₁，f₂，...，f_N-1]，元素f₀，f₁，f₂，...，f_N-1为时间步长为t₀，t₁，t₂，...，t_N-1采样时某个物理量的值，这一系列的数据可以代表测试车辆的响应历史；

步骤二：基于多解析度分析方法，使用数字滤波器对信号进行一级小波分解，分解成为低频部分和高频部分；

步骤三：在步骤二的基础上，对一级小波分解得到的低频部分进行进一步分解；

步骤四：对上述分解后的高频信号与低频信号进行重新组合，从而构建为一组新的信号数据，对新的信号数据重复步骤二至步骤三，实现对信号的多层分解与重建，并得到重构后的基本时间序列e_i＝e₁，e₂，e₃，...，e_d；