專(zhuān)利名稱(chēng)：一種斜拉橋的索力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種斜拉橋的拉索索力預(yù)測(cè)裝置。特別是適用于大跨度斜拉橋的拉索索 力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
在大跨度斜拉橋的生命周期中，斜拉索索力是很重要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。定期實(shí)測(cè)所有斜拉索 的索力可以及時(shí)分析橋梁的運(yùn)行狀態(tài)，為大橋的安全運(yùn)行提供必要的前提條件。由于大跨度 斜拉橋拉索數(shù)據(jù)量眾多，同時(shí)測(cè)量斜拉橋的所有斜拉索的索力是相當(dāng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作。實(shí)際 上，在橋梁健康監(jiān)測(cè)過(guò)程中很少監(jiān)測(cè)一座斜拉橋所有斜拉索的索力變化，而是僅僅監(jiān)測(cè)少量 的幾根關(guān)鍵斜拉索。當(dāng)斜拉橋的某根拉索的索力發(fā)生變化時(shí)，其余拉索的索力也會(huì)相應(yīng)發(fā)生 改變。由于橋梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的復(fù)雜性，各拉索索力的相互影響關(guān)系很難用傳統(tǒng)的模型來(lái)表達(dá)。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種斜拉橋的索力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)裝置，它通過(guò)少量 被監(jiān)測(cè)拉索的索力預(yù)測(cè)出其余拉索的索力值，大大節(jié)省索力測(cè)量的時(shí)間和人力成本，具有較 好的轉(zhuǎn)化應(yīng)用前景。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案 一種斜拉橋的索力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)裝置。其構(gòu) 成包括索力測(cè)量裝置和索力計(jì)算裝置，所述的索力測(cè)量裝置安裝在需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的部分斜拉 橋拉索上，索力測(cè)量裝置通過(guò)通信電纜連接至索力計(jì)算裝置。
上述的斜拉橋的拉索索力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)裝置中，所述的索力測(cè)量裝置采用的是CA-YD-189低 頻振動(dòng)加速度傳感器。
前述的斜拉橋的拉索索力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)裝置中，在所述的索力計(jì)算裝置中裝有放大電路、濾 波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。
前述的斜拉橋的拉索索力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)裝置中，所述的放大電路采用AD620放大電路，濾波 電路采用MAX294濾波電路，A/D轉(zhuǎn)換電路采用PCI-6220。
本實(shí)用新型的有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用本實(shí)用新型可以在少量已知索力的基礎(chǔ)上，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型快速預(yù)測(cè)出其它未知索力的大小，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)斜拉橋所有拉索 的索力變化，解決了目前斜拉橋在拉索索力監(jiān)測(cè)方面的難題，大大節(jié)省了測(cè)量索力的時(shí)間與 人力、物力成本，為確保大橋的安全運(yùn)行提供了良好的技術(shù)保障，有利于斜拉橋的監(jiān)測(cè)、養(yǎng) 護(hù)及安全評(píng)估，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

圖l是本實(shí)用新型的構(gòu)成原理圖； 圖2是索力預(yù)測(cè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是索力預(yù)測(cè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的算法程序框圖。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例l。設(shè)定斜拉橋已知的索力有8根，需預(yù)測(cè)余下的80根拉索的索力。
如圖1所示，本實(shí)用新型的索力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)裝置包括以下幾部分1)索力測(cè)量裝置。本實(shí) 施例中索力測(cè)量裝置1布置在受實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的8根拉索上；索力測(cè)量裝置1采用的是CA-YD-189低 頻振動(dòng)加速度傳感器。2)索力計(jì)算裝置。索力計(jì)算裝置2用于采集8個(gè)索力測(cè)量裝置1的信號(hào) 并計(jì)算其索力。在索力計(jì)算裝置2中裝有放大電路、濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，其中放大電路 采用AD620放大電路，濾波電路采用MAX294濾波電路，A/D轉(zhuǎn)換電路采用PCI-6220。 8個(gè)索力 測(cè)量裝置1經(jīng)同軸電纜連接至索力計(jì)算裝置2，索力測(cè)量裝置l采集到的拉索加速度信號(hào)經(jīng)放 大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行采樣，并計(jì)算索力，索力計(jì)算采用振動(dòng)基頻法。
在需要預(yù)測(cè)斜拉橋的索力時(shí)，先利用本實(shí)用新型的索力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)斜拉橋8 根拉索的索力值；并利用該索力值建立斜拉橋的索力預(yù)測(cè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；然后訓(xùn)練上述 的索力預(yù)測(cè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，建立已知的8根拉索索力與未知的余下80根拉索索力變化之 間的映射模型；再根據(jù)被實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的8根拉索的索力值計(jì)算出未受監(jiān)測(cè)的余下80根拉索的索 力值，從而計(jì)算出全部拉索的索力。
如圖2所示，索力預(yù)測(cè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型采用三層結(jié)構(gòu)，含輸入層、隱含層和輸出層， 其中輸入層采用purelin作用函數(shù)，隱含層采用log-sigmoid作用函數(shù)，輸出層采用purelin 作用函數(shù)。輸入層節(jié)點(diǎn)點(diǎn)數(shù)為有限的已知索力的受實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的斜拉索數(shù)目，在本實(shí)施例中設(shè) 置為8;輸出層節(jié)點(diǎn)點(diǎn)數(shù)為余下的要預(yù)測(cè)索力的斜拉索的數(shù)目，在本實(shí)施例中，設(shè)置為80; 隱含層節(jié)點(diǎn)點(diǎn)數(shù)采用訓(xùn)練時(shí)收斂速度較快及使同一訓(xùn)練樣本誤差最小時(shí)的節(jié)點(diǎn)數(shù)，在本實(shí)施 例中，設(shè)置為256。初始權(quán)值矩陣采用足夠小的初始權(quán)值，即abs(初始權(quán)值)〈0。在本實(shí)施例 中，采用符合條件的偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。索力預(yù)測(cè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練的樣本集為盡可能多的全部斜拉索實(shí)測(cè)索力數(shù)據(jù)。訓(xùn)練過(guò)程采用誤差反向傳播算法。檢驗(yàn)樣本為全部 斜拉索的實(shí)測(cè)索力數(shù)據(jù)。
結(jié)合圖3，索力預(yù)測(cè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的學(xué)習(xí)過(guò)程分兩個(gè)階段第一階段是下向傳播過(guò) 程給出輸入的拉索索力，通過(guò)輸入層經(jīng)隱含層逐層處理并計(jì)算每個(gè)單元的實(shí)際輸出值。第 二階段是反向傳播過(guò)程若輸出層未能得到期望的索力輸出值，則逐層遞歸地計(jì)算實(shí)際輸出 索力與期望輸出索力之差值(即誤差)，以便根據(jù)此差調(diào)節(jié)權(quán)值。這兩個(gè)過(guò)程的反復(fù)運(yùn)用， 使得誤差信號(hào)最小。實(shí)際上，誤差達(dá)到所期望的要求時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過(guò)程就結(jié)束了。當(dāng)索力 預(yù)測(cè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練完畢達(dá)到預(yù)定目標(biāo)后，即可利用該模型預(yù)測(cè)斜拉橋全部斜拉索的 索力。
本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于上述實(shí)施例，在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下做出的各 種變化均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種斜拉橋的索力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)裝置，包括索力測(cè)量裝置(1)和索力計(jì)算裝置(2)，其特征在于所述的索力測(cè)量裝置(1)安裝在需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的部分斜拉橋拉索上，索力測(cè)量裝置(1)通過(guò)通信電纜連接至索力計(jì)算裝置(2)。
2 根據(jù)權(quán)利要求l所述的斜拉橋的索力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)裝置，其特征在于 所述的索力測(cè)量裝置(1)是CA-YD-189低頻振動(dòng)加速度傳感器。
3 根據(jù)權(quán)利要求l所述的斜拉橋的索力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)裝置，其特征在于 在所述的索力計(jì)算裝置(2)中裝有放大電路、濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。
4 根據(jù)權(quán)利要求3所述的斜拉橋的索力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)裝置，其特征在于 所述的放大電路采用AD620放大電路，濾波電路采用MAX294濾波電路，A/D轉(zhuǎn)換電路采用 PCI—6220。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種斜拉橋的索力實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)裝置，包括索力測(cè)量裝置(1)和索力計(jì)算裝置(2)，所述的索力測(cè)量裝置(1)安裝在需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的部分斜拉橋拉索上，索力測(cè)量裝置(1)通過(guò)通信電纜連接至索力計(jì)算裝置(2)。利用本實(shí)用新型可以在少量已知斜拉橋索力的基礎(chǔ)上，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型快速預(yù)測(cè)出其它未知索力的大小，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)斜拉橋所有拉索的索力變化，解決了目前斜拉橋在拉索索力監(jiān)測(cè)方面的難題，大大節(jié)省了測(cè)量索力的時(shí)間與人力、物力成本，為確保大橋的安全運(yùn)行提供了良好的技術(shù)保障，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)G01L5/04GK201429485SQ200920305169
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者劉志杰, 謝曉堯, 彥 陳 申請(qǐng)人:貴州師范大學(xué)