文章摘要
张野,袁思敏,李炎隆,温立峰,司政,孙凯宇.基于原型试验的输水工程PCCP断丝信号智能识别与分析方法[J].水利学报,2023,54(5):587-598
基于原型试验的输水工程PCCP断丝信号智能识别与分析方法
Intelligent identification and analysis of PCCP wire broken signal in water diversion project using prototype testing
投稿时间:2022-11-05  
DOI:10.13243/j.cnki.slxb.20220913
中文关键词: 预应力钢筒混凝土管  深度学习  知识迁移  短时傅里叶变换  断丝信号  智能识别
英文关键词: prestressed concrete cylinder pipes (PCCP)  deep learning  knowledge transfer  short-time Fourier transform  wire broken signal  intelligent identification
基金项目:国家自然科学基金青年项目(52009109);博士启动基金项目(104-451120005);陕西省自然科学基础研究计划—引汉济渭联合基金项目(2021JLM-46)
作者单位E-mail
张野 西安理工大学 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室, 陕西 西安 710048  
袁思敏 西安理工大学 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室, 陕西 西安 710048  
李炎隆 西安理工大学 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室, 陕西 西安 710048 liyanlong@xaut.edu.cn 
温立峰 西安理工大学 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室, 陕西 西安 710048  
司政 西安理工大学 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室, 陕西 西安 710048  
孙凯宇 西安理工大学 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室, 陕西 西安 710048  
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中文摘要:
      在引调水工程中,钢丝断裂易导致预应力钢筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe,PCCP)出现结构破坏和功能失效。本研究通过智能学习模型分析原型试验信号特征并判别断丝类型。采用内径3.4 m,长度5 m埋置式PCCP开展断丝原型试验,利用分布式光纤传感器分别对切割断丝、腐蚀断丝和敲击噪声信号进行实时监测,并基于短时傅里叶变换和深度学习模型重构断丝信号,最终利用支持向量机建立了断丝信号识别模型。以Inception-ResNet-v2重构信号的断丝识别模型最低和最高准确率分别为92.9%和100%,之后利用t-SNE证明了信号重构的有效性。本研究结合不同智能学习方法实现了PCCP断丝类型的有效判别,为其长期运行断丝监测及预警分析提供了新的手段。
英文摘要:
      In water diversion projects,the breakage of steel wires can easily lead to structural and functional failure of Prestressed Concrete Cylinder Pipes (PCCP).This study aims to analyze signal characteristics and identify the type of wire breakage using intelligent learning models.In the research,A prototype test for wire breakage was conducted on an embedded PCCP with an inner diameter of 3.4 meters and a length of 5 meters.Real-time monitoring was carried out using a distributed optical fiber sensor to detect cutting wire,corrosion wire,and impact noise signals.Based on Short-time Fourier Transform (STFT) and deep learning models,the wire breakage signals were reconstructed.Finally,a wire breakage signal recognition model was established using a support vector machine.Based on the reconstruction of signals using Inception-ResNet-v2,the lowest and highest accuracy of the wire breakage recognition model are 92.9% and 100%,respectively.The effectiveness of the signal reconstruction was also demonstrated using t-SNE.This study has achieved effective recognition of wire breakage types by combining different intelligent learning methods.It provides new methods for long-term wire breakage monitoring and early warning analysis in PCCP operation.
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