شناسایی الگوهای ناهنجاری داده‌های شتاب‌سنج در پل‌های کابلی خود ایستا به روش یادگیری ماشین غیرنظارت شده

پذیرفته شده برای ارائه شفاهی ، صفحه 1-9 (9)
کد مقاله : 1088-ISAV2024 (R1)
نویسندگان
1دانشگاه تهران
2عضو هیات علمی دانشگاه تهران
چکیده
امروزه پایش سلامت سازه‌ها (SHM) به یک حوزه مهم در مهندسی عمران، به منظور ارزیابی و نظارت بر وضعیت سازه‌ها و تشخیص ناهنجاری‌ها و آسیب‌های احتمالی در آن‌ها به کار می‌رود. یکی از ابزارهای کلیدی در SHM، استفاده از شتاب‌سنج‌ها برای جمع‌آوری داده‌های سازه در تشخیص آسیب‌ها است. اما این سنسورهای به دلایل از قبیل، نویز، خرابی سنسور، یا تغییرات شرایط محیطی و ... می‌توانند دچار ناهنجاری خارج از خرابی سازه بشوند. این ناهنجاری‌ها اگر شناسایی نشوند کل عملکرد SHM را با مشکل مواجه می‌کند و سیستم ممکن است خرابی سنسور را بعنوان خرابی یک عضو سازه‌ای تشخیص و گزارش دهد. این ناهنجاری‌ها می‌توانند منجر به تفسیر نادرست داده‌ها و در نتیجه تصمیم‌ گیری‌های نادرست شوند. بنابراین، توسعه روش‌های کارآمد برای تشخیص و تصحیح ناهنجاری‌های سنسوری از اهمیت بالایی برخوردار است.
در این مقاله انواع ناهنجاری سنسورها برای داده‌های بنچمارک پل واقعی ارزیابی می‌شوند و با بکارگیری روش هوش مصنوعی، شبکه عصبی پیچشی با معماری خودرمزگذار، یک روش غیرنظارت شده برای شناسایی داده با انواع ناهنجاری از داده سالم معرفی می‌شود. در آن از دو متره، خطای بازسازی و تابع برآورد احتمال برای تشخیص ناهنجاری استفاده شد. نتایج نشان می‌دهد روش بکارگیری تابع برآورد احتمال بسیار در افزایش دقت کارآمد است و روش پیشنهادی می‌تواند کارآیی موثری در شناسایی ناهنجاری‌ها باشد چراکه دقت حدود 10 درصد با بکارگیری تابع برآورد احتمال افزایش می‌یابد. روش پیشنهادی می‌تواند بعنوان یک روش‌ غیرنظارت شده کارآمد بکار گرفته شود.
کلیدواژه ها
 
Title
Detection of Anomalous Patterns in Accelerometer Data of Cable-Stayed Bridges Using Unsupervised Machine Learning Methods
Authors
rostam rahgozar, Maryam Bitaraf
Abstract
Nowadays, Structural Health Monitoring (SHM) has become an important field in civil engineering, aiming to evaluate and monitor the condition of structures and detect any potential anomalies and damage. One of the key tools in SHM is the use of accelerometers to collect structural data for damage detection. However, these sensors can experience anomalies due to noise, sensor failure, or environmental condition changes, among other reasons, unrelated to structural damage. If these anomalies are not identified, they can compromise the entire SHM system's performance, and the system might mistakenly report sensor failure as structural member damage. These anomalies can lead to incorrect data interpretation and, consequently, wrong decision-making. Therefore, developing efficient methods to detect and correct sensor anomalies is of high importance.
In this paper, various sensor anomalies in real bridge benchmark data are evaluated, and an unsupervised machine learning method using a Convolutional Neural Network (CNN) with auto encoder architecture is introduced to identify anomalous data from healthy data. Two metrics, reconstruction error and probability estimation function, were used for anomaly detection. The results show that the use of the probability estimation function significantly increases accuracy and that the proposed method can effectively identify anomalies, as the accuracy improves by about 10% when using the probability estimation function. The proposed method can be applied as an efficient unsupervised method.
Keywords
Sensor abnormality, Structural health monitoring, Bridge, Unsupervised machine learning