改进RBF网络及其在悬索桥吊索损伤定位中的应用

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1、第43卷第1期2011年2月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics&AstronauticsVoI．43No．1Feb．2011改进RBF网络及其在悬索桥吊索损伤定位中的应用杨杰1’2李爱群2曾捷1(1．南京航空航天大学航空宇航学院，南京，210016；2．东南大学土木工程学院，南京，210096)摘要：研究了RBF网络行为的过拟舍现象，提出了基于R车准则与Jackknife校验的改进算法。以润扬大桥南汊悬索桥为背景，在对其吊索损伤分析的基础上，构建了RBF损伤

2、定位网络。研究表明，本文提出的改进RBF网络可以较好地对吊索进行损伤定位。关键词：损伤定位；径向基函数；改进算法中图分类号：U448．271文献标识码：A文章编号：1005—2615(2011)oi—0110．05ModifiedRBFNeuralNetworkandItsApplicationatSlingDamageLocationofSuspensionBridgesYangJiel“，LiAiqun2，ZengJiel(1．CollegeofAerospaceEngineering，NanjingUniversi

3、tyofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China；2．CollegeofCivilEngineering，SoutheastUniversity，Nanjing，210096，China)Abstract：BystudyinganOLS—RBFlearningalgorithm，amodifiedalgorithmbasedonRlruleandJack—knifevalidationispresented．Afteranalyzingtheslingdamagepatt

4、ernsoftheRunyangYangtzeriverhighwaybridge—southsuspensionbridge，theRBFdamagelocationnetworkisconstructed，trainedandtested．ResultsshowthatmodifiedRBFnetworkcaneffectivelylocatetheslingdamage．Keywords：damagelocation，radialbasisfunction；modifiedalgorithm随着服役时间的增加，在役

5、工程结构不可避免地会在各部位发生损伤，通过测试信号对结构损伤进行预报和辨识是一项具有重要意义和富有挑战性的工作。Doeblingcl]NSohnc2]对各种结构损伤辨识的方法进行了较好地整理和评述。在各种损伤辨识方法中，人工神经网络的应用得到了研究者的日益关注。Wu等￡31较早将反向传播(Backpropaga—tion，BP)神经网络引入工程结构损伤辨识领域，Pandey[4]，李忠献[5]，杨杰“]等分别将BP神经网络应用于桥梁结构的损伤辨识。然而由于BP网络本质上采用的是基于梯度下降的全局修正学习策略，这就从根本上

6、制约了BP网络效率的提高。径向基网络是一种采用非线性的径向基函数作为隐层传递函数，基于局部修正策略的多层前向型神经网络。RBF网络学习效率高，不会陷于局部极小，其网络拓扑结构也可以自动生成。近年来，较多学者开始将其应用于结构的损伤识别研究[7d0。。然而RBF网络拓扑结构可自动生成的特点掩盖了不合理训练所导致的网络过拟合现象，并且这一问题未能引起足够的重视。本文拟针对这一问题，提出可控制过拟合现象的改进RBF网络学习算法，并将之应用于悬索桥吊索的损伤定位研究。1RBF网络的过拟合分析及改进算法1．1过拟合分析RBF网络可

7、以表达为如下数学模型My(z)一>：Wj≯(

8、J工一cf

9、1)1≤i≤M(1)基金项目：航空科学基金(2008ZD52040，2008ZD52047)资助项目；中国博士后科学基金(20090451157)资助项目。收稿日期：2010—02—22；修订日期：2010．04—29通讯作者：杨杰，男，博士后，副教授，1976年6月生，E—mail：yangjie@nuaa．edu．cn。第1期杨杰，等：改进RBF网络及其在悬索桥吊索损伤定位中的应用111或矩阵形式Y=口W(2)式中：苫为输入向量；Y为网络的输出；声(·)为径向

10、基函数；0·0为欧氏范数；硼i为权值；c，为径向基中心；M为径向基单元的个数；Y=[y(1)⋯y(Ⅳ)]t；圣=[九⋯加]，办=[办(1)⋯A(Ⅳ)]T，14i≤M；W-----∞1⋯加^f]T。当采用径向基网络进行结构损伤识别时，需要考虑识别目标与网络输出之间的误差，该模型为D=Y+E=Ow+E(3)式中：JD=口