基于独立分量分析的桥梁动态称重多车识别研究

《基于独立分量分析的桥梁动态称重多车识别研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代号10532学号S150100044分类号U446.1密级公开硕士学位论文基于独立分量分析的桥梁动态称重多车识别研究学位申请人姓名董岳培养单位土木工程学院导师姓名及职称赵华副教授学科专业桥梁与隧道工程研究方向桥梁评定及维护管理论文提交日期2018年5月28日学校代号：10532学号：S150100044密级：公开湖南大学硕士学位论文基于独立分量分析的桥梁动态称重多车识别研究学位申请人姓名：董岳导师姓名及职称：赵华副教授培养单位：土木工程学院专业名称：桥梁与隧道工程论文提交日期：2018年5月28日论文答辩日期：2018年5月31日答辩委员会主席：汪梦甫教授Resea

2、rchonmulti-vehicleidentificationinBWIMbasedonICAbyDONGYueB.E.(HunanUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofengineeringinBridgeandTunnelEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorAssociateProfessorZHAOHuaMay,2018基于独立分量分析的桥梁动态

3、称重多车识别研究摘要桥梁动态称重（Bridgeweigh-in-motion，BWIM）是一种无需直接接触获得车辆轴重信息的有效方法。在单车过桥情况下，传统的BWIM系统能够有效识别轴重，尤其在总重方面识别精度很高，而在多车同时过桥的情况下，由于多车响应信号相互干扰，传统的BWIM系统无法准确识别轴重。针对BWIM系统中的多车轴重识别问题，提出了利用独立分量分析（IndependentComponentAnalysis,ICA）分离多车引起的混合响应信号的方法。通过ICA分离混合响应信号，获得单车对应的响应信号，即可利用传统的BWIM系统进行轴重识别。这种方法对桥梁结构信

4、息依赖度低，与通过改进传统BWIM算法解决多车过桥问题的方法如影响面法相比更具有普适性。本文基于仿真分析，美国阿拉巴马州I-78桥，I-459桥和广东省清远市伦洲大桥北侧引桥的现场试验，对应用ICA解决BWIM系统中的多车识别问题进行了相关研究，主要完成了以下工作：（1）基于各主梁间的应变关系，建立BWIM系统中的ICA模型，并阐述了利用ICA解决BWIM系统中的多车识别问题的一般步骤。（2）通过对仿真实验得到的多车模拟混合响应信号进行分离，比较了三种ICA算法（二阶盲辨识：WASOBI，快速独立分量分析：FastICA和联合近似特征矩阵对角化：JADE）的分离效果，并引

5、入了具体的分离效果评价参数：信号干扰比（SIR）和波形相似系数（NCC）,结果表明WASOBI算法更稳定且分离效果较好，所以初步选择WASOBI算法用于实桥混合响应信号分离。此外，通过在模拟混合信号中添加高斯白噪声，研究了三种ICA算法的抗噪音干扰能力。（3）利用WASOBI算法分离三座不同类型桥梁的现场实测混合信号，验证了该算法的有效性。调整了二维Moses算法的轴重识别算法，并以此对得到的单车响应信号进行轴重识别，结果表明总重及组轴识别较准，单轴识别相对较差。此外，根据三座桥的各梁应变信号特征和信号分离结果，分析了将ICA用于不同桥型桥梁的混合响应信号分离时需要进行的

6、相关调整。（4）分析了信号分离精度的主要影响因素：独立性和混合线性程度，结果表明不同的ICA算法对这些因素的敏感度不同。通过对这些因素的分析研究，发现FastICA和JADE算法的分离效果与源信号独立程度正相关，WASOBI算法虽然受独立性影响小，能够适应多数情况下的多车信号分离，但在源信号分量间独立性强的情况下，分离效果有时没有FastICA或JADE算法好，因此对实际ICA算法的选择和各算法适应的情况作了更进一步分析。混合模式的线性程度较高时对分离效果影响小，但随着线性程度的下降，会出现无法有效分离的情况。II硕士学位论文（5）针对某些情况下BWIM中源信号难以满足I

7、CA中的独立性假设导致信号分离效果较差的问题，本文提出利用一种无需独立性假设的非负矩阵分解法（NMF）作为ICA的补充算法分离混合响应信号。NMF以非负性假设为约束分离信号，仿真和实桥信号分离结果表明其分离效果较好，为BWIM系统中混合响应信号的分离拓展了一条新思路。关键词：桥梁动态称重系统；独立分量分析；多车信号；轴重识别；WASOBI；FastICA；JADE；NMFIII基于独立分量分析的桥梁动态称重多车识别研究AbstractBridgeweigh-in-motion(BWIM)isaneffectivemethodt