车辆无关相干滤波器的多车验证与众包感知模拟：面向过桥桥梁模态频率识别

《Journal of Sound and Vibration》：Multi-Vehicle Validation and Crowd-Sensing Simulation of a Vehicle-Independent Coherence Filter for Drive-By Bridge Modal Frequency Identification

　　

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  VIC滤波器能够自适应电动汽车和燃油电动汽车的谱特征，分别恢复4至6个振型。
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  统一的车队参数使精度保持在逐车校准值的2.55个百分点以内。
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  对合并车队的随机三次运行采样本质上具有跨车辆特性。
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  众包传感池在约12,000种组合上达到了83.6%的模态精度。
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  变异系数在所有车辆和振型中均保持在5.2%以下，证实了可重复性。

章节摘要

引言与贡献

土木基础设施系统是现代社会的中流砥柱，支撑着交通网络、商业活动和公共安全[1]。桥梁是尤为关键的节点：仅在美国，美国土木工程师学会基础设施报告卡就定期将数千座桥梁标记为结构缺陷，其中许多桥梁已使用超过50年[2,3]。由于老化、货运量增加和环境载荷，及时且

桥梁监测中的挑战与需求

当前桥梁状况评估的行业实践主要依赖于定期目视检查，该方法被广泛批评为具有主观性、劳动密集且对地下或正在发展的损伤不敏感[4,6]。在美国，联邦指南要求检查间隔最长可达两年，这意味着在两次检查之间可能无法检测到严重的结构退化[2,3]。在美国，约40%的桥梁被报告处于一般、较差或极差

方法论

本节详细阐述了所提出框架的两个主要组成部分：(i) 使用VIC滤波从驶过测量中提取多车辆模态频率，以及(ii) 结构化的不确定性分析、参数可迁移性评估和众包传感模拟。3.1至3.4小节中的信号处理流程继承自姊妹研究[19]，该研究提出并验证了VIC滤波器用于单车的情况。该识别是无模型的，其意义在于

测试桥梁

实验活动是在阿拉法亚小伊科诺河(ATLER)桥进行的，该桥是一座短跨多跨混凝土桥，位于佛罗里达州奥兰治县，如图2所示。该桥跨越小伊科诺河承载阿拉法亚小径（434号州道），作为车辆和行人交通的关键连接。桥梁总长约90米，由六跨组成，每跨约15米。上部结构由预制预应力混凝土I形梁

结果

本节呈现了车辆道路谱特征和VIC参数校准，随后给出了在校准和统一参数下逐车振型恢复结果。最后呈现了众包传感模拟的结果。

VIC参数敏感性与跨车辆可迁移性

网格搜索结果表明，VIC滤波器对参数选择具有中等敏感性：各车辆的点最优解在(α, β, ζ)空间中占据不同位置，但从切换到统一参数导致的精度损失始终很小（≤2.55个百分点）。这种看似矛盾的现象——参数多样性却性能损失极小——可由最优解附近的评分景观平坦性来解释。每辆车的前5个替代参数集

结论

本研究对VIC滤波框架在由四辆商用车辆组成的异构车队上进行众包传感桥梁模态频率识别进行了实验评估。在AlGadi等人[19]提出的单车方法论基础上，扩展框架引入了车辆特定参数校准、精度加权的统一参数方案，以及基于合并60次运行数据集的约12,000种组合众包传感模拟

CRediT作者贡献声明

概念化：AA和FNC。数据整理：AA。正式分析：AA。资金获取：FNC。调查：AA、FNC。方法论：AA。项目管理：FNC。资源：FNC。软件：AA。监督：FNC。验证：AA、FNC。可视化：AA、FNC。写作——初稿：AA。写作——审阅与编辑：AA、FNC。

资金来源

本项目部分由以下机构支持：1) UCF MAPS——使用结构健康监测(SHM)和建筑信息模型(BIM)的民用基础设施移动评估项目；2) 洛克希德·马丁·圣洛朗教授职位

数据可用性

本研究的数据集可通过合理请求向通讯作者获取。

CRediT作者贡献声明

Abdulrrahman AlGadi：写作——审阅与编辑，写作——初稿，验证，软件，方法论，调查，正式分析，概念化。F. Necati Catbas：写作——审阅与编辑，验证，监督，资源，项目管理，方法论，调查，资金获取，概念化。

Abdulrrahman AlGadi|F. Necati Catbas