试析土木工程系统辨识统计方法的现状与展望

摘要：随着我国社会主义市场经济的不断改革深化，我国的国民经济水平迅速提高，城市化建设进程也逐步加快，我国的建筑交通业取得了长足的发展，但是在肯定取得的巨大成就的同时，也不能忽视目前在建筑交通业的建设过程中存在的问题，其运营状况越来越令人担忧，对人们的生命财产安全造成了极大的威胁。国家和人们对建筑质量的高要求对土木工程的水平也提出了更高的要求，本文就对土木工程系统中的辨识统计方法进行分析。

关键词：土木工程；系统辨识；统计方法

众所周知，土木工程是国民经济中的重要组成部分，这主要是体现在土木工程的投资方面。土木工程从整体来说不是单一的投资工程，而是在建成投入使用之后，还需要花费巨大的费用用于维护和保养，及其他的安全健康检测等方面。近些年来，随着土木工程质量的下滑，出现了多起安全交通事故，是需要我们相关人员加强重视程度并慎重思考的。接下来，笔者就对土木工程系统辨识统计方法的现状进行分析，并在此基础上对未来进行展望。

一、土木工程系统辨识概述

土木工程系统辨识是随着经济的发展和计算机技术的日益普及而逐渐形成的。由于土木工程结构不同于航空和机械领域，其自身的修复功能较为复杂，并且体积巨大。在大多数情况下，结构模型具有很强的不确定性，造成了结构模型的不易获得，因此，在具体系统辨识的过程中，对其的认识不应该仅仅包括白箱系统，在很大程度上也包括位置的黑箱系统和具有部分数学模型的灰箱系统。当然，出现这一情况的原因一部分是现有的科学技术手段达不到想要的要求，一部分原因是经济方面资金投入的不足。随着经济的持续发展和科学技术的日益普及和更新，关于这一系统将会得到进一步的更新和改善，从而形成更加完善的辨识系统，发明出更有效的土木工程的辨识方法。

二、土木工程系统辨识方法的现状分析

（一）土木工程系统辨识方法的限制

随着经济的发展和现代科技的发展，虽然土木工程系统的辨识方法在工程的许多方面都得到了应用，并且在运用的过程中发挥着重要的作用，但是由于其自身具备的一些特点，需要与其他辨识方法相结合，才能最大的发挥其作用，这也就使得在引入其他方法时存在诸多的限制，我们在这里以大型的土木结构为例，限制性主要体现在以下几个方面。首先体现在内在结构的材料离散型上，由于土木工程中所使用的混凝土不同，可以根据具体的实施工程进行具体的选择，因此在运用的过程中我们可以发现有钢筋混凝土和其他结构的混凝土，这相对于钢结构而言，就会出现材料内部个体差异性明显的不良现象。其次表现在结构体系呈现出较强的复杂性，我们在具体的工作实践中可以发现，面对大型的土木结构，往往出现体系复杂的情况，其中就会包括千万级以上的自由度，如果要对这些自由度继续缩减和模拟的工作，就需要材料和构件有足够的强度，否则就会出现结构功能的老化等问题。第三，还表现在外在因素的随机性上，我们知道土木工程多处在外部的环境中，土木工程就会不可避免的受到外部多种因素的影响，包括温度和湿度等。

（二）土木工程系统模式辨别方法存在的问题

土木工程系统辨识在多个方面存在的限制决定了一系列问题的出现，主要体现在以下几个方面。首先是需要提取大量的有效数据信息，这是由于科学技术的发展，一般在大型的工程中都会采用上千个传感器，传感器在使用的过程中毫无疑问会产生大量的数据信息，而要想在海量的数据信息中提取有效的信息无异于大海捞针。其次，是土木机构和荷载能力的不确定，这是由于现在的土木工程结构所采用的材料类型多种多样，因此，材料的各项属性会存在一定程度上的差别，再加上外部环境的不确定，最终使土木工程的结构和荷载能力呈现出较高的不确定性。其次，基准的数据信息呈现不完备，这是由于在接受传感器的过程中，所需要接受的信息过多，从而不可避免的会出现基准数据信息的不完备。

（三）目前几种典型的土木工程系统辨识方法

在现在的土木工程系统辨识中，以下几种辨识方法应用最为广泛。首先是随机有限元的应用，这一辨识方法是从根据控制方程的获得来分的，一般情况下包括TSFEM和PSFEM。在这里我们以后者，即摄动法随机有限元为例进行分析，关于这一辨识方法，一般认为是假设结构质量的后续工作，通过相关模型的模拟，计算出单元结构的密度函数，对于由结构损伤造成的摄动，需要有效的算法对此进行验证。这一辨识方法是进过严密的数学推导，在一定程度上与简单结构的定位相适应，保证了施工工程的有效施工和安全质量。其次是统计模式的辨识方法，具体的可以以下几个步骤，首先是对运营的状态进行评估，进而使对数据进行有效的采集和整理，对出现误差的数据进行及时的排除，然后对具有独特特征的信息进行提取和凝聚。

三、对土木工程系统辨识方法的展望

通过上述对土木工程系统辨识方法的分析，我们首先可以从上面总结出，这些辨识方法可能会在未来的发展中面对这样的问题。首先就是在对其他领域中的不同辨识方法进行引入的时候，可能会出现拘泥于原有方法的不良现象，不利于新的辨识方法的引入，并且在一定程度上会降低土木工程系统辨识方法的推广能力。其次，在未来的发展中，可以会出现对其他研究相对较少的现象，从而使得各种辨识方法之间产生离散的现象，如果相关人员缺乏一定的理论知识，将会进一步降低系统模式的推广能力。

针对以上两点可能会出现的问题，笔者认为未来的土木工程的辨识方法可能会采取以下几点作为切入点。首先是采用在未知输入和随机输入的条件下进行统计，通过缩小摄动法的参考范围，进而突破传统的系统辨识模式，设定小于目标函数的最大值，从而提取有效的数据信息，这一点是可以在未来进行深入研究的。其次是可以采用传感器状态和数据传输的手段的统计方法，由于目前的辨识方法在一定程度上仍然存在抗干扰能力差和费用高等不足之处，所以迫切需要引进其他学科的统计方法，从而提高系统稳定性的同时降低无限传输的成本。第三，可以采取基准模型的统计方法，通过这种统计方法，提高系统的环境适应能力。

结语：

综上所述，土木工程的系统辨识方法可以分为多种，不同的系统辨识方法有不同的优势和特点，在具体的应用过程中也有着不同的应用环境和条件。总之，土木工程的系统辨识方法是提高土木工程质量的有效方法之一，虽然目前在某些方面还存在一些不足之处，但是这一方法在未来土木工程的发展中将会不断得到更新，从而使之更加科学化和系统化。本文对土木工程系统辨识方法的分析只是研究中的一个小方面，还需要相关学者不断加大研究力度。

参考文献：

[1]李炜明，朱宏平.运营桥梁结构间接辨识的统计估计方法[J].工程力学，2011（01）

[2]李炜明，董莪，朱宏平.土木工程系统辨识统计方法的现状与展望[J].振动与冲击，2012（11）

[3]李炜明，朱宏平.框架结构系统辨识的统计方法研究[J].工程力学，2010（02）

[4]周福霖，崔杰.土木工程防灾的发展与趋势浅论[J].黑龙江大学工程学报，2010（04）

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