(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210813795.2 (22)申请日 2022.07.11 (71)申请人 中建八局新型建造 工程有限公司 地址 201306 上海市浦东 新区中国(上海) 自由贸易试验区临港新片区环湖西二 路888号C楼 (72)发明人 张捷　张月楼　张良兰　彭成波　 崔凯强　师睿龙　刘祥　王立铭　 邵玉亮　马晓菲　方小娟　王颖　 (74)专利代理 机构 上海唯源专利代理有限公司 31229 专利代理师 宋小光 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/13(2020.01)G06F 17/18(2006.01) G06F 17/16(2006.01) G06T 17/20(2006.01) (54)发明名称 大跨度结构空间网架健康监测点布置优化 方法 (57)摘要 本发明涉及一种大跨度结构空间网架健康 监测点布置优化方法， 包括如下步骤： 建立大跨 度结构空间网架的三维有限元模 型， 并根据实际 的计算参数计算出对应的振型； 使用模态置信度 矩阵计算每次加入测点后非对角元素的最大值， 根据结果对传感器的数量进行优 化； 根据Fisher 信息矩阵构造矩阵， 之后 在迭代中去除矩阵中较 小的数据位置， 直到剩余传感器满足要求为止。 本发明的优化方法综合考虑模态置信度矩 阵非 对角元素的最大值及均值来优化传感器数量， 最 后基于有效独立法优化传感器的布置位置 。 权利要求书2页 说明书5页 CN 115099110 A 2022.09.23 CN 115099110 A 1.一种大跨度结构空间 网架健康监测点布置优化方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 建立大跨度结构空间网架的三维有限元模型， 并根据实际的计算参数计算出对应的振 型； 使用模态置信度矩阵 计算每次加入测点后非对角元素的最 大值， 根据结果对传感器的数量进行优化， 其中aii、 ajj、 aij为Fisher信息矩阵中i列j列对应 的元素值， φki、 φkj为第k个测点的i阶和j阶模态向量； 根据Fisher信息矩阵构造矩阵 其中， φs 为第S阶模态向量值， λ为Fisher信息矩阵的特征值， 可记为Ψ＝ker(A ‑λI)， Ψ为矩阵(A ‑λ I)的核， Φs为目标模态矩阵， 之后在迭代中去除矩阵中较小的数据位置， 直到剩余传感器 满足要求 为止。 2.如权利要求1所述的大跨度 结构空间网架健康监测点布置优化方法， 其特征在于， 基 于空间交角选择测点以保留模型的振动特性， 所述空间交角利用 来评价， 其中φi,φj为模态向量矩阵的i列和j列， aii、 ajj、 aij 为Fisher信息矩阵中i列j列对应的元 素值； 以Φ(n×m)表示初始模态向量矩阵， 表示待测点的模态向量矩阵， 其中m为优 化的模态数， n 为选择的测点， 为所有测点减去选择的测点所剩余待测点； 将中 第k个测点加入Φ中得到 其中 表示第k个测 点第i阶， j阶的模态向量 值； 每次向模态向量矩阵中添加点时， 以矩阵中非对角元 素的最大值 为目标函数， 在 中寻 找最大限度降低目标函数值的测点加入Φ中， 通过迭代计算将所有测点加入到Φ中， 计算 每次加入测点后非对角元 素的最大值， 根据结果对传感器的数量进行优化。 3.如权利要求1所述的大跨度结构空间网架健康监测点布置优化方法， 其特征在于， Fisher信息矩阵 可表达为 其中Φs为各模态向量组成 的矩 阵， 为第i个各模态向量组成的矩阵， Qi为第i个由振型模态向量构成的Fisher信息矩阵， i的取值为从1到S， S为传感器的数量； 解矩阵Q的特 征方程(Q‑λI)Ψ＝0， 其中I 为单位矩阵； 构造矩阵 通过迭代去除E为0的位置 。 4.如权利要求1所述的大跨度 结构空间网架健康监测点布置优化方法， 其特征在于， 还 包括： 初步布置结构监测点， 构建Fisher矩阵 利用Q的2 ‑范数来衡量Q所包含的信权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115099110 A 2息量， 计算得 出目标模态数目。 5.如权利要求4所述的大跨度 结构空间网架健康监测点布置优化方法， 其特征在于， 基 于模态叠加理论， 在结构上布置S个传感器结构的振动响应为 其中us为 结构响应信息， φi为结构第i阶振型的模态向量， qi为第i阶模态坐标， Φs为各阶模态向量 组成的矩阵， S为传感器的数量； 求得结构响应信息的最小二乘解 考虑到测量的影响将最小v二乘解 改写为us＝φsq+v， 其中v为代 表σ2方差的Gaus s噪声； 采用协方差计算q和 误差， 协方差计算公式为 其中 Q为由振型模态向量构成 的Fisher信息矩阵； 根据变化率公式 计算出ROC趋近于0或变化极小 时i的值作为目标模态数目， 其中Qi为第i个振型构成的Fisher信息矩阵， n为选取的模态 数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115099110 A 3