A decentralized unsupervised structural condition diagnosis approach using deep auto‐encoders

预处理器 计算机科学 自编码 编码器 人工智能 算法 领域(数学分析) 水准点(测量) 歧管(流体力学) 模式识别(心理学) 深度学习 数学 工程类 机械工程 数学分析 大地测量学 地理 操作系统
作者
Kejie Jiang,Qiang Han,Xiuli Du,Pinghe Ni
出处
期刊:Computer-aided Civil and Infrastructure Engineering [Wiley]
卷期号:36 (6): 711-732 被引量:59
标识
DOI:10.1111/mice.12641
摘要

Abstract In this paper, the ideas of deep auto‐encoder (DAE) and manifold learning are adopted to solve the problem of structural condition diagnosis. A scalable decentralized end‐to‐end unsupervised structural condition diagnostic framework is proposed. Three damage diagnosis mechanisms are clarified. The structural damage diagnosis approaches are presented from the latent coding domain and the time domain, respectively. In the latent coding domain, an undercomplete DAE is established to extract the distribution of the low‐dimensional manifold of the signal. On the contrary, in the time domain, an overcomplete DAE is adopted to extract the reconstruction error of the signal. Subsequently, normalized damage quantitative indicators are developed in the two domains. The damage localization method is also clarified. The proposed method can extract features directly from original vibration data without the need for additional signal preprocessing techniques. More importantly, the algorithm relies only on the output signals and does not require a numerical or scale model. This framework can be used to identify, locate, and quantify structural damages. The validity of the diagnostic framework is verified using a well‐designed laboratory benchmark structure. A large‐scale grandstand structure is further used to prove the ability of the proposed method for identifying slight structural damage caused by the loosening of joint bolts. The results clearly demonstrate an elegant performance of the proposed damage detection algorithm in structural condition assessment and damage localization.
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