中国公路学报第17卷第4期Vol117No142004年10月Oct.2004ChinaJournalofHighwayandTransport:100127372(2004)0420070204改进随机子空间系统辨识方法及其在桥梁状态监测中的应用樊可清1,倪一清2,高赞明2(11五邑大学信息学院,广东江门529020;21香港理工大学土木及结构工程学系,香港)摘要:为了提高基于振动参数识别的大型斜拉、悬索桥梁在线状态监测系统在灾害天气发生时,评价和预报桥梁状态的实时性。根据随机子空间模态参数辨识方法的特点以及在线数据采集与状态评价过程对参数辨识的要求,利用递推算法构造TOEPLITZ矩阵,减少辨识过程中的重复运算量达到缩短运算时间的目的。该算法在香港汀九大桥状态监测系统数据处理中应用的结果表明,运算时间能够满足台风天气情况下对桥梁状态评价实时性的要求。关键词:桥梁工程;系统辨识;递推算法;状态监测;随机子空间:U44612文献标志码:AImprovedstochasticsystemidentificationapproachwithitsapplicationinbridgeconditionmonitoringFANKe2qing1,NIYi2qing2,GAOZan2ming2(1.SchoolofInformation,WuyiUniversity,激angmen529020,China;2.DepartmentofCivilandStructuralEngineering,TheHongKongPolytechnicUniversity,HongKong,China)Abstract:Thegoalofresearchworkdepictedinthepaperistoimprovethereal2timepropertywhenanonlineconditionmonitoringsystemevaluatestheinstanthealthconditionandperformanceofalongspancable2supportedbridgesufferingdisasterweather.Basedonthecharacteristicsofstochasticsubspacemodalparametersidentificationmethodandthedemandstoparameteridentificationphasebyconditionevaluatingworkwithonlinedataacquisitionsystem,arecursionapproachcreatingTOEPLITZmatrixisproposedtodecreaseoverlappedcomputationandshortencomputationtime.Satisfyingreal2timepropertyisshowninanapplicationoftheapproachtoprocessrealworlddatafromanmonitoringsystemofHongKongTingKauBridgeundertyphoonweather.Keywords:bridgeengineering;systemidentification;recursivealgorithm;conditionmonitoring;stochasticsubspace特征来评价桥梁的健康状态2。模态参数识别技术是这种方法的关键3～5。以桥梁状态监测和健康评价为目的的模态参数识别有别于其他应用领域,主要是这种场合只能测得桥梁系统的输出响应,而输入激励不可测。因此,这里的模态参数识别是一个只有输出的系统辨识(Output2onlySystemIdentifica2tion)问题。针对此类问题的辨识方法总体上可以分引言0以振动分析为基础的桥梁状态监测与健康评价方法是这个领域的主要研究内容1,2。这种方法用模态参数构造能够反映桥梁动力特性的动力指纹或状态特征,通过对比完好状态和受损状态的动力学收稿日期:2003212211作者简介:樊可清(19582),男,河南灵宝人,五邑大学副教授,工学博士.E2mial:kqfan@letterbox.wyu.edu---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---第4期樊可清,等:改进随机子空间系统辨识方法及其在桥梁状态监测中的应用71CAi-1G为频域法和时域法两类。前者中具有代表性的方法有峰值检测法6、功率谱矩阵奇异值分解法7等,后者的典型代表有随机子空间法5、随机减量法与ERA(Eigen2systemRealizationAlgorithm)相结合的方(4)Ri=用式(3)中的协方差矩阵构造TOEPLITZ矩阵RRRii-11Ri+2RiR2∈Rmi×miT1|i=()5法8等。这些方法中,频域法概念直观、运算简单,ω但其实现过程部分地需要人工干预,不利于实现桥梁状态的自动损伤监测和报警。时域法对人工干预的依赖少,更适合用在桥梁状态自动监测和报警系统中。以随机子空间法为基础的各种辨识方法(StochasticSubspaceIdentification,SSI),是目前解决只有输出的系统辨识问题中比较成功的一族方法,其所有方法都对系统的未知输入做了比较严格的统计假设9。RR2i-2Ri2i-1式中:T1|i的下标1|i为矩阵第一行最右和最左两个元素的下标。将式(4)代入式(5)得到CAi-1GCAiGCAi-2GCAi-1GCGCAGT1|i==ω2i-22i-3i-1CAGCAGCAGCCA基于协方差的随机子空间系统辨识方法在环境激励情况下,桥梁系统可以用随机状态空间模...