基于自编码器模型在复杂噪声环境中无监督式结构损伤检测算法的改进
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TH70 TB53

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National Science Foundation of Zhejiang under Contract(LY23E010001)


Improving autoencoder-based unsupervised damage detection in uncontrolled structural health monitoring under noisy conditions
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    摘要:

    结构健康监测广泛应用于户外环境中,尤其是恶劣条件中的结构监测。 这些恶劣的运行环境会使监测系统受到噪声的 干扰。 因此,设计有效的降噪策略以增强在噪声环境中利用导波进行损伤结构检测的性能至关重要。 介绍了一种基于时序主 成分分析(PCA)重构信号的方法用于降低波导的噪声,并将降噪后的信号与基于改进后的自编码器重建的模型来实现无监督 损伤检测。 对该降噪算法以及基于自编码器的无监督损伤检测模型的有效性在信噪比 10 dB 降到-5 dB 的环境中进行了测 试。 实验结果表明,所提出的降噪方法能够显著提高噪声环境中损伤检测性能,在信噪比为-5 dB 的噪声环境中实现 AUC score 从 0. 65 提升到 0. 96。 与此同时,还提供了用于降噪的 PCA 重构信号中的主成分选择的策略,用于实现优化降噪以及无 监督的损伤检测。

    Abstract:

    Structural health monitoring is widely utilized in outdoor environments, especially under harsh conditions, which can introduce noise into the monitoring system. Therefore, designing an effective denoising strategy to enhance the performance of guided wave damage detection in noisy environments is crucial. This paper introduces a local temporal principal component analysis (PCA) reconstruction approach for denoising guided waves prior to implementing unsupervised damage detection, achieved through novel autoencoder-based reconstruction. Experimental results demonstrate that the proposed denoising method significantly enhances damage detection performance when guided waves are contaminated by noise, with SNR values ranging from 10 to -5 dB. Following the implementation of the proposed denoising approach, the AUC score can elevate from 0. 65 to 0. 96 when dealing with guided waves corrputed by noise at a level of -5 dB. Additionally, the paper provides guidance on selecting the appropriate number of components used in the denoising PCA reconstruction, aiding in the optimization of the damage detection in noisy conditions.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

杨 抗,王淋元,高 超,陈默之,周敦之,刘 洋.基于自编码器模型在复杂噪声环境中无监督式结构损伤检测算法的改进[J].仪器仪表学报,2024,45(6):91-100

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  • 在线发布日期: 2024-11-25
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