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专利号: 2021102272782
申请人: 重庆交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种桥梁变形实时预测方法,其特征在于,包括如下步骤:S1、连续获取一段时间内的桥梁变形信号x(t),t=1,2,...,T;

S2、自适应地确定变分模态分解的最优分解层数;

S3、基于最优分解层数将桥梁变形信号分解为多个变分模态子序列,识别变分模态子序列中的相关成分及不相关成分,基于相关成分及不相关成分将变分模态子序列重构为预测用子序列;

S4、基于预测用子序列预测桥梁变形数据。

2.如权利要求1所述的桥梁变形实时预测方法,其特征在于,步骤S2包括:S201、利用经验模态分解将桥梁变形信号分解为多个经验模态子序列,第j个经验模态子序列表示为sj(t),j=1,2,...,k’,k’为经验模态分解层数;

S202、按下式转换经验模态子序列得到新的子序列:式中, 为sj(t)对应的新的子序列,τ为滞后时间;

S203、按下式计算中心频率:

式中, 为 对应的中心频率,n为训练样本总数;

S204、按下式计算中心频率的变异系数CoVk:式中,k为变分模态分解层数,k的取值范围是[k’‑3,k’+3];

S205、选取最大的变异系数CoVk所对应的k作为最优分解层数。

3.如权利要求1所述的桥梁变形实时预测方法,其特征在于,步骤S3包括:S301、将桥梁变形信号分解为多个变分模态分解子序列,第i个变分模态分解子序列表示为s’i(t),i=1,2,...,k,k为最优分解层数;

S302、按下式计算相对熵KLD:式中,D(f||g)和D(g||f)为概率密度函数f(x)和g(s’i)之间的相对熵值,f(x)和g(s’i)分别是x(t)和s’i(t)的概率密度函数;

式中,x为训练样本,h为带宽参数,K(·)为对称核函数;σ表示样本标准差的估计值;

S303、按下式计算s’i(t)和x(t)之间夹角的余弦函数值:式中, 表示s’i(t)和x(t)之间的夹角;

S304、将使KLD和 最大的变分模态分解子序列作为不相关成分,叠加构建不相关序列c1(t),将其他变分模态分解子序列作为相关成分,叠加构建相关序列c2(t),将c1(t)和c2(t)作为预测用子序列。

4.如权利要求3所述的桥梁变形实时预测方法,其特征在于,步骤S4包括:S401、按下式分别对c1(t)和c2(t)建模,得到对应的线性预测结果和误差项:Δ

Φ(B)·(1‑B) ·cα(t)=θ(B)·ε(t)式中,α=1,2,B为后移算子,Δ为差分阶数,ε(t)为时刻t的误差,p和q分别为自回归过程和移动平均过程的阶数,{Φp}和{θq}分别为自回归过程和移动平均过程部分的系数,Φ(B)为自回归过程的后移算式,θ(B)为移动平均过程的后移算式;

S402、根据误差修正预测策略,建立条件核密度估计来进一步分析前述的误差项,进而执行预测修正,并生成误差期望和方差;

S403、将线性预测结果与条件核密度估计的期望值相加,以生成最终的确定性预测,即目标变形的期望;根据中心极限定理,假设目标变形服从高斯分布,并结合确定性预测结果与条件核密度中获得的方差,从而得到预测结果的概率密度函数表达式;通过该表达式,可以得到最终的概率预测。