基于BP-LSTM混合模型的钢-混组合桥面系空间温度场及温度效应实时评估及预测

作者：刘扬; 向胜涛; 王达

来源：土木工程学报, 2021, 54(11): 57-78.

DOI：10.15951/j.tmgcxb.2021.11.010

• 桥梁工程
• 钢-混组合桥面系
• BP
• LSTM
• 温度
• 温度效应

考虑到传统健康监测系统与有限元方法的不足,为实现钢-混组合桥面系温度及温度效应的实时评估及预测,提出基于多层前馈——长短期记忆(BP-LSTM)混合模型的实时评估及预测方法。研究过程中,以某桥为工程背景,采用其健康监测系统数据,并利用有限元法热力耦合分析扩充数据,构建包含"结构特征、时间特征、环境特征——温度、温度效应"映射的样本库,并通过实测数据验证有限元计算的准确性;设计BP-LSTM混合模型结构,对LSTM网络以考虑时间权重的均方误差(MSE)损失函数加以改进,读入样本库数据进行训练、验证、测试,从而获得输出精度较高的混合模型;最后,分别给出利用BP-LSTM混合模型进行温度及温度效应实时评估与预测的方法。结果表明:基于气象数据的结构温度场有限元计算结果与实测基本一致,"结构特征、时间特征、环境特征——温度、温度效应"映射具有高度非线性,单独BP网络或LSTM网络效果不佳,而BP-LSTM混合模型精度较高;根据本文提出的实时评估及预测方法,混合模型输出值与目标值的决定系数最低为0.930,最高为0.993,精度较高,可用于钢-混组合桥面系空间温度场及温度效应实时评估及预测。

• 单位
  湖南工业大学; 中南林业科技大学; 长沙理工大学