بخشی از مقاله
یکی از دسته روشهایی که در سالهای اخیر به طور ویژهای برای تشخیص آسیب بر سازهها مورد توجه قرار گرفته، استفاده از روشهای تشخیص ناهنجاری در دادههای حاصله از وضعیت سازهها - مثل اطلاعات فرکانسی مدهای سازه، تنش، کرنش، سرعت و غیره - است که توسط حسگرهای مختلف جمعآوری و ذخیرهسازی میشود. روشهای تشخیص ناهنجاری سعی در کشف و شناسایی الگوهایی از داده دارند که با وضعیت نرمال جامعه آماری در تناقض است.
در دادههای حاصل از حسگرها، معمولا دادههایی که به صورت متناقض - پرت - با سایر اعضا پدیدار میشوند، میتوانند نماینده بروز آسیب در سازه باشند. هدف از این پژوهش استفاده از الگوریتمهای نوین کامپیوتری به منظور شناسایی عیوب سازهای مبتنی بر دادههای گردآوری شده توسط حسگرها از وضعیت سازه است. در این پژوهش کارایی روشهای نمودار جعبهای و برازش منحنی به روش مجموع سینوسها در تشخیص نمونههای مربوط به بروز آسیب در یک مطالعه موردی حاصل از بررسی مقادیر فرکانس در پل با تکیهگاه کابلی بررسی شده است. آزمونهای انجام شده حاکی از عملکرد بهتر برازش منحنی به روش مجموع سینوسها با تعداد جملات سری پنج نسبت به روش نمودار جعبهای در تشخیص نمونههای مربوط به بروز آسیب در پل با تکیهگاه کابلی است.
.1 مقدمه
سازههای دریایی همواره در معرض مخاطرات گوناگونی هستند که ممکن است سلامت آنها را با مشکل مواجه کند. ایجاد مشکل در تجهیزات ممکن است سبب بروز خسارتهای هنگفت جانی و مالی شود. عوامل مختلفی نظیر نابالانسی، مشکلات تولیدی، خوردگی، انباشتگی رسوبات روی اجزای سازه، لقی، فرسودگی قطعات، سایش اجزاء، استفاده خارج از محدوده از سازهها، اپراتور بی تجربه، نیروهای مختلف وارده به سازه نظیر نیروهای هیدرولیک و آیرودینامیک، خستگی، عیوب سطحی، شکستگی اجزاء، ضربه، تغییر شکل اجزاء سازه، لهیدگی و غیره سبب ایجاد آسیب در سازهها میشوند.
امروزه با پیشرفت علم و تکنولوژی، روشهای متنوعی برای تشخیص آسیب در سازهها به وجود آمده است. این روشها وقوع عیب را پیشبینی کرده و از گسترش آن جلوگیری میکنند. به این روشها، روشهای نگهداری و تعمیرات بر پایه نظارت بر وضعیت1 گفته میشود .[1] منظور از نگهداری و تعمیرات با روش نظارت بر وضعیت عبارت است از بدست آوردن علائم و نشانههایی از وضعیت سازه، در حالی که همچنان مشغول بهرهبرداری است تا بتواند در یک شرایط ایمن و اقتصادی ادامه کار دهد یا تعمیر شود. بیشتر عیوب ایجاد شده در سازهها، نشانهها و علائمی را به همراه دارند که با استفاده از این علائم میتوان وقوع عیب را پیشبینی کرد.
این روش نسبت به تعمیرات پیشگیرانه و یا دورهای، هزینه کمتری در بر داشته و از تعویض زود هنگام قطعات جلوگیری میشود. تا کنون روشهای مختلفی توسط محققین و افراد متخصص برای تشخیص آسیب در سازههای دریایی ارائه و بکار برده شدهاند. این روشها شامل روشهای چشمی تا روشهای پشرفتهتر مثل استفاده از دستگاههای دیجیتالی میشود. ترکیب و بکارگیری الگوریتمهای نوین کامپیوتری با روشهای موجود منجر به افزایش دقت نتایج و درنتیجه سلامتسنجی بهتر سازه میشود. هدف از این تحقیق، استفاده از الگوریتمهای تشخیص ناهنجاری به منظور تشخیص آسیب در سازهها است. روشهای مبتنی بر تشخیص ناهنجاری عبارت است از مقایسه شرایط عادی سیستم با شرایط مشاهده شده به منظور تشخیص تفاوتهای جدی که معمولاً در صورت بروز آسیب رخ میدهد. سیستمهایی که بر اساس این روشها عمل می-کنند دارای سابقه مستندی هستند، که نمود وضعیت اجزای مختلف سیستم در وضعیت عادی است.
ارتعاشات اندازهگیری شده ناشی از پایش وضعیت سازه از این جملهاند .[2] این سابقهها با بررسی و ضبط عملکرد وضعیت سیستم در یک دوره زمانی و یا مکانی مشخص بدست میآیند. برای مثال این مستندات میتواند جابجاییهای رخ داده در سازه طی یک دوره چند ساله باشد. ابزار سلامتسنجی بر اساس روشهای ایستایی، ویژگیهای وضعیت فعلی را اندازهگیری میکند و با حدود آستانهای که در سابقه سیستم ثبت شده است، مقایسه میکند. برای مثال ممکن است نسبت جابجایی سازه از حد بالای آستانه بیشتر شود. اگر مقادیر پارامتر مورد بررسی از حد آستانه تجاوز کند، میتوان گفت سازه دچار عیب و آسیب شده است.
مزیت عمده روشهای تشخیص ناهنجاری این است که میتوانند با صرف کمترین هزینه، انواع مختلف و ناشناخته-ای از آسیبها ا رکه الگوی آنها قبلاً مشاهده نشده را تشخیص دهند. سابقه سازه مورد استفاده در این سیستمها در یک فاز آموزش که ممکن است روزها و یا هفتهها ادامه داشته باشد، ثبت و بررسی میشود. این پروندهها میتوانند به صورت ثابت باشند و یا در طول زمان به صورت تطبیقی تغییر داده شوند. در روش اول اطلاعات ثابت باقی میمانند مگر انکه به طور صریح از طرف مدیر سیستم، فاز آموزش از سرگیری شود. به این دلیل که رفتار و پارامترهای وضعیتی سیستمها دارای توزیعی نرمال هستند و در طول زمان تغییر میکنند.
در روش پروفایلهای تطبیقی مشکل کمتری به مرور زمان پیش می-آید. اما این امکان وجود دارد که آسیب رخ داده، به مرور و مرحله به مرحله تغییرات مورد نظر را ایجاد کند و با گذشت زمان این رفتار برای سیستم تشخیص آسیب، یک رفتار عادی جلوه کند. از دیگر مسائل مربوط به روشهای تشخیص مبتنی بر ناهنجاری این است کهبه خاطر پیچیدگی و تنوع رفتارهای مختلفی که در یک سازه ممکن هستند، اولاً ایجاد این سابقه به دقت زیادی نیاز دارد، ثانیاً تشخیص دقیق علت بروز ناهنجاری ممکن نیست. ممکن است عملیات بروز رسانی سیستم که نیازمند انتقال داده و ارتباطات زیادی است در فاز آموزش دیده نشود، به این ترتیب در زمان کار سیستم راه-اندازی چنین تغییراتی به خودی خود موجب اخطارهای بیمورد و اشتباه میشود. در مواردی که سیستم اخطار تولید می-کند بررسی اینکه اخطار دلیل درست و موجهی دارد، دشوار است. از سوی دیگر تعیین نوع آسیب، بر اساس پارامترهای اندازهگیری شده کار دشواری است .[3]
.2 مجموعه داده مورد بررسی
در مقالهای تحت عنوان »سلامتسنجی پلهای با تکیهگاه کابلی مبتنی بر اندازهگیریهای فرکانسی« با استفاده از روشهای پارامتری و ناپارامتری به تشخیص آسیب در پلها با تکیهگاه کابلی پرداخت.[4] در این تحقیق پنج پل کابلی دهانه بلند در هنگکنگ مورد بررسی قرار گرفت. نام این پلها عبارتند از: Tsing Ma - معلق - ، Kap Shui Mun - کابل مهاری - ، Ting Kau - کابل مهاری - ، Western Corridor - کابل مهاری - و Stonecutters - کابل مهاری - . سیستم سلامت-سنجی بکار رفته در این پلها برای اندازهگیری لحظهای چهار دسته از پارامترها مورد استفاده قرار گرفته است:
1. شرایط محیطی: باد، دما، ارتعاش، رطوبت، خوردگی و غیره.
2. بارهای عملیاتی: ترافیک شاهراه و ترافیک راهآهن.
3. مشخصههای پل: شامل مشخصههای استاتیکی مثل ضرایب تاثیر و مشخصههای دینامیکی مثل پارامترهای مد.
4. پاسخهای پل: پروفیل هندسی، نیروی کابل، جابجایی، خمش، تاریخچه کرنش، تاریخچه تنش، آسیب خستگی تجمعی و غیره. شکل 1 نشاندهندهی سیستمهای سلامتسنجی بکار رفته در پلها است. در این تحقیق اطلاعات فرکانسی 5 مود پل Ting Kau مورد مطالعه قرار گرفته است. در شکل 2 دادههای اندازهگیری شده نشان داده شده است.
.3 روش نمودار جعبهای1
در آمار توصیفی نمودار جعبهای نموداری است که برای توصیف تغییرات داده به کار میرود. در این نمودار از جعبهای برای نمایش فاصله بین چارک اول و سوم استفاده میشود و خطی در داخل جعبه، میانه - چارک دوم - را مشخص میکند.
