灰色系统理论在桥梁功能退化分析中的应用

中国新技术新产品
一１ １—
摘 要 ： 文 以涪 陵 乌江 二桥 为工程 背景 ， 据对 乌 江二桥 的 长期健 康监 测 而积 累的数 据 ， 用灰 色 系统理 论 中的数 列 预测 方 法 ， 本 根 运 对 该桥 工作状 态进 行退 化预 测 分析 。分析 结 果为桥 梁健 康 状况 、 安全储 备 以及 功 能退化提 供 信 息 ， 为桥 梁诊 断、 护 、 养 维修 加 固提供 理
我 国公 路 交通 建 设正 在蓬 勃 发展 ，但 是 总 体还 是偏 重 建设 ，对 管 理和 养护 还 没有 足 够 的投 入 。 随着 时 间的推 移 ， 越来 越 多的桥 梁 将 接 近设计 使 用年 限 ，或 者 由于各 种 原 因使 结 构受 到损 伤 ， 梁老 化现 象 明显 。因此 ， 桥 对 正 在 使 用 的 桥 梁 进 行 功 能 退 化 预测 很 有 必 要 ， 及 时对 桥梁 进 行养 护 维修 ， 证桥 梁 以便 保 的使 用 期 限 ， 约 国家 的建 设 资金 ， 节 同时也 避 免 了发 生重 大 的安全 事故 。 ２ 灰色 系统 理论 灰 色理 论认 为 系统 的行 为 现象 尽 管是 朦 胧 的 ， 据 是 复 杂 的 ， 它毕 竟 是 有序 的 ， 数 但 是 有 整体 功 能的 。通 过少 量 的 、 完 全 的信息 ， 不 建立 灰 色微 分 预测 模 型 ，实 现 对系 统 的运 行 行 为 、 展规 律 的正确 描 述和 有效 的监 控 。 发 灰色 模 型是 灰 色 系统 理论 的核 心 ，是 进 行灰 色 预测 、 决策 和控 制 的基 础 。 色 系统模 灰 型 主 要 有 ： Ｍ（ ，） 型 、 差 Ｇ １１模 Ｇ Ｉ１ 模 残 Ｍ（ 、 ） 型 、 Ｍ（ ， 模 型 、 Ｍ（ ， 模 型和 离散 灰 色 Ｇ ０ Ｎ） Ｇ １Ｎ） 模 型 。一 般 常用 的是 Ｇ １１模 型＿ Ｍ（ ，） Ｉ Ｊ 。 ３灰 色 系统 预测 灰 色系统 预 测是 通过 原 始数 据 的处 理 和 灰色 模 型 的建立 ， 索 系统 的变 化 规律 ， 系 探 对 统 的发展 状况 作 出科 学 的定量 预测 。 根据 预测 的具体 情 况 ，灰色 系 统预 测一 般 分 为数 列 预 测 、 区间 预测 、 色 灾变 预 测 、 灰 波形 预测 、 统综 合预 测 和模糊 预测 口 系 。 ３１灰 色 系统 建模 ． 本 文 以涪 陵 乌江 二桥 为研 究 背 景 ，采用 的是 数列 预测 的 Ｇ １ １ 模型 。介 绍与 工程 Ｍ（ ， ） 密切 相关 的灰 色模 型 的建立 与应 用 。 设 有 原始 序列 ｘ。 （ （， （ ， ＝ １ ２ … （ ） ） ） ， ） 则 ｘ （， （ ， ． ‘ｎ 为 ｘ 作 ｒ 累 ‘＝（ １ ） ２ － ） ） （） 次 加生 成 的 Ａ Ｏ系列 。式 中 Ｇ
还有 天线 四周 反 射面 经过 一次 或 多次 反射 的 Ｒ Ｋ定位 精 度 的可 信 度 与初 始 化 时 间要 求 。 Ｔ 信 号 ， 使最 终信 号 的波 形发 生扭 曲 ， 而产 随着 观测 技术 进 步和 数据 处理 的改善 ，它 不 促 从 生误 差 。 仅为 社会 创造 直 接经 济效 益 ，而且 是其 他 多 结束 语 产业 的推 动力 ， 起 到辐 射 作用 。对 Ｇ Ｓ快 并 Ｐ 在 Ａ ｈｅｈ快 速— —Ｒ Ｋ技 术 中 ，我 们 速— — Ｒ Ｋ高效 利用 ， 产生 积极 的影 响 ， ｓｔ ｃ Ｔ Ｔ 将 使 采用 全方 位判 断 基 准 ， 目前使 用 的是 作 为整 测量 技术 发展 得到 质 的飞跃 。 调模 糊度 固定 解 质量 因子检 测 ，它是 在采 集 参 考 文 献 卫 星 的数 量 、 水平 、 直置 信 方面 来鉴 别 观测 ｆ 沈 双龙 ． 于 Ｒ Ｋ测 量在 地 质 工程 中应 用 垂 １ １ 关 Ｔ 时 段 的所需 数据 ，并 满 足流 动站 观测 时 段 的 的 思考叭 科 技 资讯 ，０ ９ ０ — ． ２０ — ９ ２ 需要 ， 对预 置 Ｒ Ｋ的置 信 度 的依 赖 性 ， 有 ［ Ｔ 也 ２ １吴 庆 华．Ｐ Ｇ Ｓ技 术及 其在 地 籍 测 量 中的应 用 『 ． 技 资讯 ，０ ９ １ — ３ Ｊ科 １ ２ ０— ０ ２． 效 缩短 了解算 时 间 。 在 快 速 定 位测 量 的条 件 下 ， Ｐ 快 速 一 『 ＧＳ ３ １吴 天秋 ．Ｐ Ｇ ｓ在地 质 工程 测量 中的应 用 浅 Ｒ Ｋ 已经成 为人 们所 青睐 的工 具 。地质 测绘 析 『 ． 肃 冶金 ， １ － ８ １ ． Ｔ Ｊ甘 ］ ２ １０— ５ ０ 定 位一 点是 将基 准站 采集 的载波 相位 发 给接 收 机 ，进行 解算 三 维坐 标 ，可 以满 足厘 米级
高 新 技 术
Ｃｉ ｗ ｅｎｏｅａ ｏ： ｈａ ｅ ｃ ｏｇｓｎ Ｐｄ ｔ ｎＮ Ｔ ｈ ｌｉ ｄｒｕｓ ｃ
灰色系统理论在桥梁功能退化分析 中的应用
洪 建 航 ’ 秦 李 宏
（、 １ 重庆交通大学， 重庆 ４ ０ ７ ； 、 ０ ０ ４ ２ 中铁八局 第一工程有 限公 司， 重庆 ４ ０ ５ ） ０ ００
图 １ 能退 化预 测 曲线 功
ｌ 垩 里ｌ２ 匮垩０ Ｊ９ ９ 圉９ ｌ 评 圣 ８ ５ 分 ０ Ｉ １
：
长 和 点间 高差 较 大 的情况 下 ，对 使用 前接 收 机 进行 认 真测 试 ， 才能 保测 绘任 务 的完成 。 ３５ Ｇ Ｓ ｓｔ ｈ 速— —Ｒ Ｋ主要 的误 ． ＰＡｈ ｃ 快 ｅ Ｔ 差 来 源及存 在 的 问题 Ｇ Ｓ 位地 质测 绘 的测 量 成果 的 可靠 性 Ｐ点 和精 确度 取 决 于 ４ 因素 ： 收 机 、处理 软 个 接 件 、 测 的卫 星 的几何 图 形强 度 和观测 环 境 ， 所 这 些 因素 中 ，观测 环 境 的多径 误 差常 常被 人
分型 方程 为：
一 （。
经过 检验 ，预 测结 果 的平 均相 对 误差 小 于 １ 精 度满 足要 求 。 ％，
而对 于 上述 的灰 色微 分 方 程 ， 灰倒 数 （ 对 应 的 背 景 值 ｛ｌｋ， （一）中得 元 素 并 ｋ ） ｘ（ ｘ ｋ １ １） ） 不满 足平 射关 系 。 故令 背景 值取 ｘ１ 素 的平 均值 ， 『 ］ 中元 即令 ｚ ） ０ｘ ）ｏ （ １， ＝．（ ＋．（女 ） 则背 景值 ｚ（１ 灰 ５ ５ 一 （ｋ与 ’ 导数 ｘｆ 相互 之 间具有 平射 关 系。 （） ’ ｋ 在灰 色预 测学 中要求 的数 据 较少 ，对 于 本 文 采用 的 Ｇ １ ） 型仅 用 ４个 数 据就 可 Ｍ（， 模 １ 以估 计模 型 的参数 ，并 且 可 以达 到一 定 的精 度 。但 是要 求 采用 的数 据 序列 包含 有 一定 的 灰 色 信息 。
论依据 ， 以便及早制定养护维修计划， 避免出现桥 梁使用功能加速恶化的趋势， 降低重大事故发生的概率。
关 键词 ： 色 系统理 论 ； 色预 测 ； Ｍ 模 型 ； 能退化 灰 灰 Ｇ 功 中图分 类 号 ： ４ Ｕ４ ６ 文献标 识 码 ： Ａ
ｌ概 述
从 上 图上看 ，桥 梁 结构 状态 随 时 间推 移 ３ ． 型 的预测 分析 ２模 不 断 退化 ，这是 符 合一 般桥 梁 实际 使用 状 况 本文 采用 重庆 市 涪陵 区乌 江二 桥 为工 程 的。 了延 缓桥 梁结 构状 态 的退化 ， 根据 实 为 要 背景， 根据定 期 检测 的 数据 ， 该桥 的 实际 工 际情况 及 时的对 桥梁 进行 养护 、 。 对 维修 作 状 态作 出评估 。评 估结 果如 表 １ 。 结语 表 １评 估 结果 预测结 果 证 明 ，利 用灰 色 系统 理论 进行 桥 梁状 态预 测 ，用较 少 的数 据就 可 以建 立一 个 Ｇ （，预 测模 型 ， Ｍ１ ） １ 还能 够 获得 较好 的 预测 根据表 １ 知 ， 可 随着 时 间 的推移 ， 梁 结 结 果 ， 而 为桥梁 后 期使 用 过程 中 的养 护 、 桥 从 维 构 的 工作状 态是 一个 缓慢 退化 的过程 。 修 提供 理论依 据 。 免 了由 于信息 不完 全 、 避 关 同时也 可得 到该 桥 成桥 营运 以后 的工作 系部 明确 ， 以用 一般 方法 进行分 析 。 现 了 难 体 状 态评 估结 果 ， 根据结 果 建立 数据模 型 ： 灰 色 系统理论 在 功 能预测 中的独 特优 势 和较 Ｘ【 ＝ ０（ ， ） ’ ） （ ） （０ ，８ ５９ ） 强 的实用 性 。但 是 ， 于桥梁 在使 用 过程 中 ， ０ １ ） ） （ ， （ ， ４ ＝ １０９ ， ，２ ， 。 ２ 。 ３ Ｘ ） ９ 由 进 行 一 次 累加 ， 作 。 １Ａ Ｏ的生 成 不 断 受 到 系统 内外 多方 面更 因素 的 干 扰 ， －Ｇ 的 使 序 列 ） ： 得远 期评 估数 据 反 映桥梁 功 能退 化 的真 实程 （ ）Ｈ ： （： ‘ ， １ ４ 度 逐渐 降低 。 因此在 对桥 梁 的功 能退 化 分析 ）＝ 又 ， ∑ （） …３ ） ２ 得 ： ＝ ） ０（，０３ （） １ ，９， ３ ８） 过程 中 ， ００ ， ） ） ） ４ ＝（０１８ ９， ５。 ０ ２Ｘ （， ） ０ ２ ３ 要及 时提 供桥 梁 近期 评估 数据 ， 以便 对 Ｘ 进 行光 滑性检 验 ， 验证 是 否满 足建 做 出精度 较 高 的评估 ，更 加真 实 的反 映桥 梁 模 条件 。 功 能退化 的趋 势 。 据 ｐ ＝０ 一， （ ０ ９０ Ｐ ）０ ９ ０ （ ｘ／ ∞ ） Ｄ 得ｐ ） ． ＜ｓ 【 ． ＜ ３ ４ ７ ４ ３ ５ １ 参 考 文 献 满 足光滑 检验 条 件 。故可 以运 用 灰 色系统 中 『 王 正 新 ． Ｍ（ ，） 型 的 特 性 与 优 化 研 究 １ １ Ｇ １１ 模 得 数列 预测 方法 ，对 该 桥 的功能 退 化状 态进 【 １ Ｄ． ： 南京 南京航 空航 天 大 学，０ ７ ２０． 行 预测 。计算 结 果如 表 ２ ［ ｘ 聚 龙 ． 色控 制 系统ｆ ］ 汉 ： 中理 工 ２Ｐ ］ 灰 Ｍ． 武 华 表 ２ 预 测结 果 大 学 出版 社 ， ９ ３ １９． ” ： ‘ ‘ ＇… 则 【 刘思 峰 ． 色 系统 理 论及 其 应 用【 】 京 ： ３ 】 灰 Ｍ． 北 ｘ（ ） 导 数 为 ｄｋ＝ ｋ， 相 应 的灰 色 微 的灰 （ ｘ（ 其 ） ） 科 学 出版 社 ， ０ ８ ２０ 坌』！ ！ 』 ＿ ＿ 一８ 兰Ｊ ！ ．旦 ＿８ ＿ ３ ＿ Ｊ