(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 202210419820.9 (22)申请日 2022.04.21 (71)申请人 华中科技大 学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 申请人 平顶山市公路工程公司 　 平顶山市公路交通勘察设计院 (72)发明人 连井龙　罗辉　郭建　招辉　黄成　 杨泽亮　胡团伟　陶江峰　李彦辰　 徐峰　闫绍峰　克高果　 (74)专利代理 机构 北京睿智保诚专利代理事务 所(普通合伙) 11732 专利代理师 杜娟 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01)G06F 30/23(2020.01) G06F 111/08(2020.01) (54)发明名称 隧道结构损伤识别的子区间划分方法、 系 统、 可存储介质 (57)摘要 本发明公开了一种盾构隧道结构损伤识别 的子区间划分方法、 系统、 可存储介质， 涉及土木 工程结构健康 监测和损伤识别技术领域。 本发明 由等间距加速度传感器检测得到加速度响应， 选 取其中一个加速度传感器所在位置的节点为基 准点， 计算基准点与其他节点加速度响应的平均 互信息； 随着两节点距离增大， 两节点的平均互 信息会逐渐减小， 然后趋于极小值并在小范围内 波动； 平均互信息最初达到极小值所对应距离的 两倍， 即为最优子区间长度。 本发明在保证损伤 识别精度的同时， 可减少传感器数量和数据冗余 量， 节省计算资源。 权利要求书2页 说明书8页 附图6页 CN 114912168 A 2022.08.16 CN 114912168 A 1.一种盾构隧道结构损伤 识别的子区间划分方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 获取加速度响应序列， 所述加速度响应序列由各等间距地在隧道顶部布置加速度传感 器采集的加速度信号构成； 根据所述加速度响应序列获取基准点和计算点； 其中， 选择任一所述加速度传感器为 基准加速度传感器， 所述基准加速度传感器所在的位置为所述基准点； 所述基准加速度传 感器以外的加速度传感器为计算加速度传感器， 所述计算加速度传感器所在的位置为所述 计算点； 计算基准点对应的加 速度响应序列x和计算点对应的加 速度响应序列ym的平均互信息 Ixy； 根据所述平均互信息Ixy及对应的距离绘制关于平均互信息与距离的关系曲线； 根据所述关系曲线确定最优子区间的长度。 2.根据权利要求1所述的一种盾构隧道结构损伤识别的子区间划分方法， 其特征在于， 所述平均互信息的获取 具体如下： 根据加速度响应序列 x， 计算第一边缘概率密度Px， 根据加速度响应序列ym， 计算第二边 缘概率密度Py； 加速度响应序列x和加速度响应序列ym构成联合响应序列xym， 根据所述联合 响应序列xym， 计算联合概率密度 其中， m＝1,2,...,M， m为所述计算加速度传感器的 序号， M为所述计算加速度传感器的总数量； 根据所述第一边缘概率密度Px、 所述第二边缘概率密度Py和所述联合概率密度 计 算加速度响应序列x和 加速度响应序列ym的平均互信息Ixy。 3.根据权利要求1所述的一种 盾构隧道结构损伤 识别的子区间划分方法， 其特 征在于， 根据以下公式计算所述第一边缘概率密度Px、 所述第二边缘概率密度Py和所述联合概 率密度 K(z)是加速度响应序列 与概率密度的关系方程， z是需要 进行密度估计的随机向量。 4.根据权利要求3所述的一种盾构隧道结构损伤识别的子区间划分方法， 其特征在于， K(z)是加速度响应序列 与概率密度u的关系方程具体如下： 其中， zi对应取xi、 ymi或[xi,ymi]， [xi,ymi]为所述基准加速度传感器采 集的第i个加速度 信号与第m个 计算加速度传感器采集的第i个加速度信号构成的联合响应； h是核带宽， S是z的协方差矩阵， det(S)为协方差矩阵S的行列式；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114912168 A 2计算所述第一边缘概率密度Px或计算所述第二边缘概率密度Py时， d取值为1， 计算所述 联合概率密度 时， d取值 为2。 5.根据权利要求1所述的一种 盾构隧道结构损伤 识别的子区间划分方法， 其特 征在于， 所述平均互信息Ixy的计算公式如下： 其中， Ixy表示所述加速度响应序列x和所述加速度响应序列y的平均互信息， Px,y(xi, ymi)表示所述加速度响应序列x和所述加速度响应序列y在(xi,ymi)处的联合概率密度， Px (xi)表示所述加速度响应序列x在xi处的边缘概率密度， Py(ymi)表示所述加速度响应序列y 在ymi处的边缘概率密度。 6.根据权利要求1所述的一种盾构隧道结构损伤识别的子区间划分方法， 其特征在于， 所述关系曲线 首次达到 极小值的位置为最优点， 所述最优点与所述计算点距离的两倍为所 述最优子区间的长度。 7.一种盾构隧道结构损伤识别的子区间划分系统， 其特征在于， 包括加速度响应获取 单元、 基准点与计算点选择单元、 概率密度计算单元、 平均互信息计算单元、 关系曲线绘制 单元和最优子区间长度确定单 元； 加速度响应获取单元， 用于获取各等间距地在隧道顶部布置加速度传感器采集的加速 度信号， 所述加速度信号构成加速度响应序列； 基准点与计算点选择单元， 用于选择任一所述加速度传感器为基准加速度传感器， 所 述基准加速度传感器所在的位置为基准点； 所述基准加速度传感器以外的加速度传感器为 计算加速度传感器， 所述计算加速度传感器所在的位置为计算 点； 平均互信息计算单元， 用于根据所述第一边缘概率密度Px、 所述第二边缘概率密度Py和 所述联合 概率密度 计算加速度相应序列x和 加速度相应序列ym的平均互信息Ixy； 关系曲线绘制单元， 用于根据 所述平均互信 息及对应的距离绘制关于平均互信 息与距 离的关系曲线； 最优子区间长度确定单元， 用于根据所述关系曲线确定最优子区间的长度， 重新布置 所述加速度传感器。 8.根据权利要求7所述的一种盾构隧道结构损伤识别的子区间划分系统， 其特征在于， 还包括概率密度计算单元， 用于根据所述基准点对应的加速度响应序列x， 计算第一边缘概 率密度Px， 根据所述计算点对应的加 速度响应序列ym， 计算第二边缘概率密度Py； 所述加速 度响应序列x和所述加速度响应序列ym构成联合响应序列xym， 根据所述联合响应序列xym， 计算联合概率密度 其中， m＝1,2,...,M， m为所述计算加速度传感器的序号， M为所述 计算加速度传感器的总数量。 9.一种计算机存储介质， 其特征在于， 所述计算机存储介质上存储有计算机程序， 所述 计算机程序为被处理器执行时实现如权利要求 1‑6中任意一项 所述的一种盾构隧道结构损 伤识别的子区间划分方法的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114912168 A 3