本發(fā)明涉及玻璃板載荷識別內(nèi)的玻璃板隨機荷載識別方法。

背景技術(shù)：

1、玻璃棧道是由鋼化玻璃凌空高架在懸崖峭壁上形成旅游觀光懸空透明的玻璃棧道。為了確保安全，每一塊鋼化玻璃都會進行預(yù)先的應(yīng)變檢測，從而預(yù)測出整個玻璃棧道能夠同時容納多少人。但是在實際運行過程中，往往因為游客多，無法及時把控玻璃棧道上實際站了多少人，并且也無法知曉玻璃棧道中每一塊玻璃板上有多少人，如此造成玻璃棧道的安全性不足，在游客很多的情況下，容易造成安全事故。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供基于測點應(yīng)變的玻璃棧道類項目玻璃板隨機荷載識別方法，得到每個人的實際荷載參數(shù)，從而能夠據(jù)此實時監(jiān)控玻璃棧道每塊玻璃鋼板上站立的人數(shù)，確保安全。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了基于測點應(yīng)變的玻璃棧道類項目玻璃板隨機荷載識別方法，包括以下步驟，

3、步驟1，基于傅里葉變換的玻璃板荷載數(shù)量識別；

4、步驟2，基于多目標(biāo)優(yōu)化的玻璃板荷載參數(shù)識別。

5、作為本發(fā)明的進一步改進，步驟1的具體內(nèi)容如下，

6、以5-100赫茲檢測頻率，對鋼化夾層玻璃板底面邊緣4個測點安裝應(yīng)變傳感器進行應(yīng)變監(jiān)測，得到測點兩個方向的應(yīng)變時程eix(t)和eiy(t)，其中i＝1to4，i為代表測點編號，共4個測點；

7、對第i個測點兩個方向的應(yīng)變時程信號eix(t)和eiy(t)進行傅里葉變換；

8、

9、式中，fix(ωix)和fiy(ωiy)分別是鋼化夾層玻璃板第i個測點x和y方向傅里葉變換函數(shù)，即頻譜密度函數(shù)，簡稱頻譜，ωix和ωiy分別是傅里葉變換后的峰值頻率，e是自然指數(shù)，j是傅里葉變換后第j個峰值，t是檢測時間，△t是鋼化夾層玻璃板荷載識別窗口時長，eix(t)和eiy(t)是測點兩個方向的應(yīng)變時程。

10、作為本發(fā)明的進一步改進，步驟2的具體內(nèi)容如下，

11、為了鋼化夾層玻璃板底面4個應(yīng)變測點的應(yīng)變數(shù)值結(jié)果與現(xiàn)場檢測一致，因此會存在多個目標(biāo)函數(shù)，這就導(dǎo)致玻璃板荷載識別變成了一個多目標(biāo)優(yōu)化問題；所以，在玻璃板荷載識別過程中包括識別荷載參數(shù)的選取、目標(biāo)函數(shù)的建立和選擇穩(wěn)健的優(yōu)化算法。

12、作為本發(fā)明的進一步改進，識別荷載參數(shù)的選取的具體內(nèi)容如下，

13、玻璃板荷載識別參數(shù)誤差來自每個荷載自身特性；而每個荷載位于玻璃板不同位置引起的測點應(yīng)變是不同的，因此，每個荷載都有三個參數(shù)與之相應(yīng)，即荷載的橫向位置x，縱向位置y，及自身重量w；那么，若玻璃板上存在k個荷載，則需要識別的荷載參數(shù)總數(shù)為3k個，分別為

14、p＝[x1?y1?w1?x2?y2?w2…xk?yk?wk]t

15、式中，p為待識別的玻璃板荷載參數(shù)向量，xk為第k個荷載的橫向位置，yk為第k個荷載縱向位置，wk為第k個荷載質(zhì)量，上標(biāo)t為矩陣轉(zhuǎn)置。

16、作為本發(fā)明的進一步改進，目標(biāo)函數(shù)的建立具體內(nèi)容如下，

17、在玻璃板荷載參數(shù)識別中，目標(biāo)函數(shù)可根據(jù)測點應(yīng)變數(shù)值計算結(jié)果和現(xiàn)場檢測值的差異進行定義，并進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，同時，目標(biāo)函數(shù)的數(shù)量存在多個，需要進行數(shù)量的控制，利用4個測點x、y方向應(yīng)變數(shù)值計算結(jié)果和現(xiàn)場檢測值，構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)化目標(biāo)函數(shù)g1(p)和g2(p)為

18、

19、式中，g1(p)和g2(p)為構(gòu)造的目標(biāo)函數(shù)，是鋼化夾層玻璃板底面第i個測點(i＝1to?4)x方向應(yīng)變數(shù)值計算值，是鋼化夾層玻璃板底面第i個測點(i＝1to?4)x方向應(yīng)變現(xiàn)場檢測值；上標(biāo)c表示為物理量計算結(jié)果，上標(biāo)m表示為物理量實測結(jié)果。

20、作為本發(fā)明的進一步改進，目標(biāo)函數(shù)存在多個，可以表示為

21、minimize?g(p)＝{g1(p),g2(p)}t

22、s.t.ω＝{p|pl≤p≤pu}

23、式中，minimize代表數(shù)學(xué)優(yōu)化，s.t.代表數(shù)學(xué)優(yōu)化中的約束條件；p是待識別的玻璃板荷載參數(shù)向量；pl、pu和ω分別是玻璃板荷載參數(shù)向量的下限、上限和可行域；g(p)是多目標(biāo)優(yōu)化問題目標(biāo)函數(shù)向量，在多目標(biāo)優(yōu)化問題中，通常不存在一個可行解能夠使得所有目標(biāo)函數(shù)同時達到最?。灰虼?，多目標(biāo)優(yōu)化問題實際就是求解非劣解集合的問題。

24、作為本發(fā)明的進一步改進，求解非劣解集合采用遺傳算法，從多個可行解開始，這多個可行解的集合稱為一個種群，記為pop(n)，n表示當(dāng)前迭代步；種群中的每個個體都代表著多目標(biāo)優(yōu)化問題的一個可行解p，并表示為編碼的二進制字符串形式，整個遺傳算法由選擇、交叉和變異三種遺傳算子組成。

25、作為本發(fā)明的進一步改進，遺傳算法求解非劣解集合的具體步驟如下所示，

26、step?1：利用均勻分布的隨機函數(shù)在可行域ω中產(chǎn)生一個包含ns個個體p的初始種群pop(0)，種群大小ns設(shè)置為50，p為可行解；

27、step?2：對于玻璃板荷載參數(shù)識別中的最小化問題，計算種群pop(n)中每個個體p的適應(yīng)度函數(shù)值g1(p)和g2(p)；

28、step?3：當(dāng)滿足收斂條件function?tolerance?10-4時，則停止整個遺傳算法的計算；否則，采用能夠保證種群遺傳多樣性的二元錦標(biāo)賽選擇從當(dāng)前種群pop(n)中隨機選取的2個個體，錦標(biāo)賽規(guī)模為2；將其中適應(yīng)度g1(p)和g2(p)最小的個體保存到下一代群體pop(n+1)中；反復(fù)執(zhí)行上述過程，直到下一代群體pop(n+1)的個體數(shù)量達到預(yù)先設(shè)定的數(shù)量，構(gòu)成一個新的種群pop(n+1)；

29、step?4：以比率pc將兩個任意選擇的個體進行中間交叉，得到了一個交叉后新的種群crosspop(n+1)；其中交叉比pc設(shè)為1.0，使任意選擇個體的所有位置的基因都進行交叉操作，為下一種群提供足夠的變異性；

30、step?5：以變異概率pm使種群crosspop(n+1)中隨機選擇個體的一些基因座，改變這些位點的基因值，形成變異個體，并得到一個變異后新種群mutpop(n+1)；將新種群mutpop(n+1)返回step?2進行計算；變異函數(shù)依賴于約束，同時變異概率pm設(shè)置為1.0。

31、作為本發(fā)明的進一步改進，使用遺傳算法求解來源于玻璃板荷載參數(shù)識別的多目標(biāo)優(yōu)化問題，得到了由l個非劣解組成的pareto前沿ω*＝{p1,p2,…,pl}，ω*代表求解得到的優(yōu)化問題非劣解集合；最終可得玻璃板上隨機荷載參數(shù)矩陣，即荷載位置和大小p＝[x1y1?w1?x2?y2?w2…xk?yk?wk]t。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于，在第一階段，根據(jù)測點應(yīng)變監(jiān)測的時程數(shù)據(jù)，進行傅里葉變換，從測點應(yīng)變的頻譜圖上識別出玻璃板上荷載數(shù)量。其后，基于校核后鋼化夾層玻璃板有限元模型，計算玻璃板底面4個測點的應(yīng)變影響面，根據(jù)測點應(yīng)變影響面，采用多目標(biāo)優(yōu)化方法對荷載的具體參數(shù)進行識別，實現(xiàn)玻璃板荷載大小和位置實時識別。

技術(shù)特征：

1.基于測點應(yīng)變的玻璃棧道類項目玻璃板隨機荷載識別方法，其特征在于：包括以下步驟，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于測點應(yīng)變的玻璃棧道類項目玻璃板隨機荷載識別方法，其特征在于：步驟1的具體內(nèi)容如下，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于測點應(yīng)變的玻璃棧道類項目玻璃板隨機荷載識別方法，其特征在于：步驟2的具體內(nèi)容如下，

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于測點應(yīng)變的玻璃棧道類項目玻璃板隨機荷載識別方法，其特征在于：識別荷載參數(shù)的選取的具體內(nèi)容如下，

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于測點應(yīng)變的玻璃棧道類項目玻璃板隨機荷載識別方法，其特征在于：目標(biāo)函數(shù)的建立具體內(nèi)容如下，

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于測點應(yīng)變的玻璃棧道類項目玻璃板隨機荷載識別方法，其特征在于：目標(biāo)函數(shù)存在多個，可以表示為

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于測點應(yīng)變的玻璃棧道類項目玻璃板隨機荷載識別方法，其特征在于：求解非劣解集合采用遺傳算法，從多個可行解開始，這多個可行解的集合稱為一個種群，記為pop(n)，n表示當(dāng)前迭代步；種群中的每個個體都代表著多目標(biāo)優(yōu)化問題的一個可行解p，并表示為編碼的二進制字符串形式，整個遺傳算法由選擇、交叉和變異三種遺傳算子組成。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于測點應(yīng)變的玻璃棧道類項目玻璃板隨機荷載識別方法，其特征在于：遺傳算法求解非劣解集合的具體步驟如下所示，

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于測點應(yīng)變的玻璃棧道類項目玻璃板隨機荷載識別方法，其特征在于：使用遺傳算法求解來源于玻璃板荷載參數(shù)識別的多目標(biāo)優(yōu)化問題，得到了由l個非劣解組成的pareto前沿ω*＝{p1,p2,…,pl}，ω*代表求解得到的優(yōu)化問題非劣解集合；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了玻璃板載荷識別技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的基于測點應(yīng)變的玻璃棧道類項目玻璃板隨機荷載識別方法，包括以下步驟，步驟1，基于傅里葉變換的玻璃板荷載數(shù)量識別；步驟2，基于多目標(biāo)優(yōu)化的玻璃板荷載參數(shù)識別。以5?100赫茲檢測頻率，對鋼化夾層玻璃板底面邊緣4個測點安裝應(yīng)變傳感器進行應(yīng)變監(jiān)測，得到測點兩個方向的應(yīng)變時程e<subgt;ix</subgt;(t)和e<subgt;iy</subgt;(t)，其中i＝1to?4，i為代表測點編號。根據(jù)測點應(yīng)變監(jiān)測的時程數(shù)據(jù)，進行傅里葉變換，從測點應(yīng)變的頻譜圖上識別出玻璃板上荷載數(shù)量?；谛：撕箐摶瘖A層玻璃板有限元模型，計算玻璃板底面4個測點的應(yīng)變影響面，根據(jù)測點應(yīng)變影響面，采用多目標(biāo)優(yōu)化方法對荷載的具體參數(shù)進行識別，實現(xiàn)玻璃板荷載大小和位置實時識別。

技術(shù)研發(fā)人員：張康利,唐傳兵,郭懸,孫華懷,仲維勇,焦琳淇,胡海峰
受保護的技術(shù)使用者：河南慧力云聯(lián)科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10