基于小波散射卷积神经网络的结构损伤识别

作者：马亚飞; 李诚; 何羽; 王磊^*; 涂荣辉

来源：振动与冲击, 2023, 42(14): 138-146.

DOI：10.13465/j.cnki.jvs.2023.14.016

• 结构状态评估
• 深度学习
• 小波散射变换
• 卷积神经网络(CNN)
• 损伤识别

损伤识别是结构状态评估领域的关键问题之一，对确保结构安全性有重要意义。深度学习算法在基于振动的结构损伤识别方面带来了许多突破，但从海量数据中挖掘结构损伤关键信息仍是亟待解决的技术难题。该研究提出了基于一维卷积神经网络(one-dimensional-convolutional neural network, 1D-CNN)深度学习的结构多类型损伤识别模型，采用小波散射变换对1D-CNN架构第一层卷积滤波器进行替换，通过散射系数实现输入层原始数据降维与特征提取，结合CNN卷积层、激活层和池化层实现监测数据特征增强处理。在此基础上，结合1D-CNN全连接层与Softmax函数实现特征数据分类，从而实现结构多类型损伤定位与定量高效识别。通过钢桁架结构和斜拉桥两种数值模型对上述框架进行了验证。结果表明：与普通卷积神经网络模型相比，基于小波散射卷积神经网络的结构损伤识别精度显著提升，损伤分类准确率达95.0%以上。随着传感数据环境噪声比例的增加，小波散射卷积神经网络损伤分类准确率虽略有下降，但仍保持较高精准度，说明该方法具有较强的鲁棒性抗噪能力。

• 出版日期2023
• 单位长沙理工大学; 土木工程学院