CN106485005B - 输电塔阻尼比识别准确率的评价方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种输电塔阻尼比识别准确率的评价方法及装置。其中该方法包括如下步骤：根据预设的采集时间和采集频率计算输电塔的阻尼比识别值样本数量；根据阻尼比识别值样本数量确定阻尼比识别值的允许误差范围；根据阻尼比识别值样本数量确定输电铁塔的阻尼比识别值样本空间；根据阻尼比识别值样本空间和阻尼比识别值的允许误差范围确定输电塔的阻尼比识别准确率；将阻尼比识别准确率与预设准确率进行比较，如果阻尼比识别准确率大于等于预设准确率，则确定采用的阻尼比识别值样本数量满足精度要求。本发明提供的输电塔阻尼比识别准确率的评价方法实现了对输电塔阻尼比识别准确率的准确评价，为精确计算输电线路动力荷载提供了理论基础。

Description

输电塔阻尼比识别准确率的评价方法及装置
技术领域
本发明涉及输电塔振动特性测试技术领域，具体而言，涉及一种输电塔阻尼比识别准确率的评价方法及装置。
背景技术
输电塔结构阻尼比是计算风振系数、覆冰断线荷载等动力荷载的重要参数。美国《输电线路结构荷载导则》在计算杆塔阵风响应时，分别给出了格构式输电塔、H形构架和电杆的阻尼比取值，认为阻尼比取值对输电塔风振响应有显著影响。
与输电塔某一阶振型对应的频率、阻尼比总是相互伴生在一起的，频率识别准确率易于保证，但准确识别阻尼比一直是一个难题。受随机风环境激励的非白噪声特性、空间相关性、实测数据长度有限性、测试噪声等多个因素的影响，基于风环境振动的阻尼比识别具有较大的离散性，使得阻尼比识别的准确性降低。而目前阻尼比识别准确率的评价方法不准确，进而影响输电线路动力荷载提供理论的计算精确度。
此外，在土木工程实践中，允许复杂空间结构阻尼比的识别值有较大误差，如JTG/T D60-01-2004《公路桥梁抗风设计规范》中规定：在节段模型试验中，允许阻尼比的误差为±10％；而在气弹模型试验中，阻尼比误差的允许值可达±30％。而输电塔频率一般都在1Hz以上，与大跨度柔性桥梁相比，其风致振动响应的共振部分没有大跨度柔性桥梁结构突出，输电塔识别阻尼比的允许误差不能照搬JTG/T D60-01-2004《公路桥梁抗风设计规范》。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种输电塔阻尼比识别准确率的评价方法及装置，旨在解决现有的阻尼比识别准确率的评价方法不准确进而影响输电线路动力荷载的计算精确度的问题。
一个方面，本发明提出了一种输电塔阻尼比识别准确率的评价方法，其特征在于，包括如下步骤：样本数量计算步骤，根据预设的采集时间T和采集频率f计算输电塔的阻尼比识别值样本数量N；误差范围确定步骤，根据阻尼比识别值样本数量N确定阻尼比识别值的允许误差范围；阻尼比识别值样本空间识别步骤，根据阻尼比识别值样本数量N，并通过风振响应测试确定输电铁塔的阻尼比识别值样本空间；阻尼比识别准确率确定步骤，根据阻尼比识别值样本空间和阻尼比识别值的允许误差范围确定输电塔的阻尼比识别准确率；准确率评价步骤，将阻尼比识别准确率与预设准确率进行比较，如果阻尼比识别准确率大于等于预设准确率，则确定采用的阻尼比识别值样本数量N满足精度要求。
进一步地，上述输电塔阻尼比识别准确率的评价方法中，样本数量计算步骤进一步包括：将1/f确定为采集时间间隔Δt；将T/Δt确定为输电塔的阻尼比识别值样本数量N。
进一步地，上述输电塔阻尼比识别准确率的评价方法中，误差范围确定步骤进一步包括：将阻尼比识别值样本数量N与预设阻尼比识别值样本数量N′相比较，如果阻尼比识别值样本数量N大于等于预设阻尼比识别值样本数量N′，则将阻尼比识别值的误差范围确定为±X1，X1为0至1中任一值；如果阻尼比识别值的样本数量N小于预设阻尼比识别值样本数量N′，则将输电塔阻尼比识别值的误差范围确定为±X2，X2为0至1中任一值。
进一步地，上述输电塔阻尼比识别准确率的评价方法中，阻尼比识别值样本空间识别步骤进一步包括：沿输电塔高度方向在多个输电塔的杆件上一一对应布置多个加速度传感器；对输电塔进行风振响应测试，并通过各加速度传感器获取各杆件的加速度；根据各杆件的加速度识别输电塔的阻尼比识别值样本空间。
进一步地，上述输电塔阻尼比识别准确率的评价方法中，阻尼比识别准确率确定步骤进一步包括：根据阻尼比识别值样本空间和阻尼比识别值样本数量N计算阻尼比识别值的平均值Cave；根据阻尼比识别值的平均值Cave、阻尼比识别值样本数量N和阻尼比识别值的允许误差范围确定阻尼比识别值有效识别区间；根据阻尼比识别值有效区间内的阻尼比识别值有效样本数量Neff和阻尼比识别值样本数量N确定输电塔的阻尼比识别准确度率。
进一步地，上述输电塔阻尼比识别准确率的评价方法中，阻尼比识别准确率确定步骤进一步包括：阻尼比识别值的平均值Cave为阻尼比样本空间内所有的阻尼比识别值之和与阻尼比识别值样本数量N的比值；如果阻尼比识别值样本数量N大于等于预设阻尼比识别值样本数量N′，则阻尼比识别值有效识别区间为[Cave-X1Cave,Cave+X1Cave]；如果阻尼比识别值样本数量N小于预设阻尼比识别值样本数量N′，则阻尼比识别值有效识别区间为[Cave-X2Cave,Cave+X2Cave]；将Neff/N确定为输电塔的阻尼比识别准确率。
进一步地，上述输电塔阻尼比识别准确率的评价方法中，准确率评价步骤进一步包括：如果阻尼比识别准确率小于预设准确率，则确定所采用的阻尼比识别值样本数量N不满足精度要求。
进一步地，上述输电塔阻尼比识别准确率的评价方法中，如果所采用的阻尼比识别值样本数量N不满足精度要求，则增加采集时间T和/或采集频率f，并重复上述步骤对输电塔阻尼比识别准确率进行评价，直至所采用的阻尼比识别值样本数量N满足精度要求。
本发明采用随机子空间法识别输电塔结构的阻尼比更接近输电塔结构的实际阻尼比，并且，合理的设置了阻尼比识别准确率的允许误差范围，进而确定了阻尼比识别值的有效区间。最后将输电塔的阻尼比识别准确率与预设准确率进行比较，实现了对输电塔阻尼比识别准确率的准确评价。可以看出，该方法简单、准确，为精确计算输电线路动力荷载提供了理论基础。
另一方面，本发明还提出了一种输电塔阻尼比识别准确率的评价装置，其特征在于，包括：样本数量计算模块，用于根据预设的采集时间T和采集频率f计算输电塔的阻尼比识别值样本数量N；误差范围确定模块，用于根据阻尼比识别值样本数量N确定阻尼比识别值的允许误差范围；阻尼比识别值样本空间识别模块，用于根据阻尼比识别值样本数量N，并通过风振响应测试确定输电铁塔的阻尼比识别值样本空间；阻尼比识别准确率确定模块，用于根据阻尼比识别值样本空间和阻尼比识别值的允许误差范围确定输电塔的阻尼比识别准确率；准确率评价模块，用于将阻尼比识别准确率与预设准确率进行比较，如果阻尼比识别准确率大于等于预设准确率，则确定采用的阻尼比识别值样本数量N满足精度要求。
进一步地，上述输电塔阻尼比识别准确率的评价装置，准确率评价模块还用于：如果阻尼比识别准确率小于预设准确率，则确定所采用的阻尼比识别值的样本数量N不满足精度要求。
本发明采用随机子空间法识别输电塔结构的阻尼比更接近输电塔结构的实际阻尼比，并且，合理的设置了阻尼比识别准确率的允许误差范围，进而确定了阻尼比识别值的有效区间。最后将输电塔的阻尼比识别准确率与预设准确率进行比较，实现了对输电塔阻尼比识别准确率的准确评价。可以看出，该方法简单、准确，为精确计算输电线路动力荷载提供了理论基础。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的输电塔阻尼比识别准确率的评价方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的输电塔阻尼比识别准确率的评价方法的又一流程图；
图3为本发明实施例提供的输电塔阻尼比识别准确率的评价方法中，各加速度传感器布置示意图；
图4为本发明实施例提供的输电塔阻尼比识别准确率的评价方法中，各杆件的加速度时程曲线；
图5为本发明实施例提供的输电塔阻尼比识别准确率的评价方法中，阻尼比识别值样本散点分布图；
图6为本发明实施例提供的输电塔阻尼比识别准确率的评价装置的结构框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
方法实施例：
参见图1和图2。如图所示，该方法包括如下步骤：
样本数量计算步骤S1，根据预设的采集时间T和采集频率f计算输电塔的阻尼比识别值样本数量N。
具体地，对输电塔进行风振响应测试，并设定测试时的采集时间T和采集频率f。将1/f确定为采集时间间隔Δt，将T/Δt确定为输电塔的阻尼比识别值样本数量N。
误差范围确定步骤S2，根据阻尼比识别值样本数量N确定阻尼比识别值的允许误差范围。
具体地，先预设一个阻尼比识别值样本数量N′，并将N与N′相比较，如果阻尼比识别值样本数量N大于等于预设阻尼比识别值样本数量N′，则将阻尼比识别值的误差范围确定为±X1，X1为0至1中任一值。如果阻尼比识别值的样本数量N小于预设阻尼比识别值样本数量N′，则将输电塔阻尼比识别值的误差范围确定为±X2，X2为0至1中任一值。例如，将预设一个阻尼比识别值样本数量N′的值设为500，当N大于等于500时，阻尼比识别值的误差范围为±20％。当N小于500时，阻尼比识别值的误差范围为±30％。
阻尼比识别值样本空间识别步骤S3，根据阻尼比识别值样本数量N，并通过风振响应测试确定输电铁塔的阻尼比识别值样本空间。
具体地，参见图3和图4，沿输电塔塔高方向，在多个杆件上一一对应布置加速度传感器，如图3中的位置①、位置②、位置③、位置④和位置⑤均表示各加速度传感器的布置位置。具体实施时，加速度传感器可以为m个，对输电塔进行风振响应测试，在T时间内通过各加速度传感器测得各杆件的加速度时程数据，然后将各杆件的加速度数据离散为t时刻(t＝iΔt)输电铁塔第m个测点位置的加速度向量xm，xm的表达式为：
Figure BDA0001131245580000061
其中，i＝0,1,...,T/Δt
根据由实测加速度数据形成的加速度向量xm，并采用随机子空间法识别输电塔结构的阻尼比，最后建立输电塔识别阻尼比识别值样本空间C，C的表达式为：
C＝[C1,C2,…,Ci,…,CT/Δt]，其中，i＝0,1,...,T/Δt
需要说明的是，本实施例中的随机子空间法为本领域技术人员所公知，故不赘述。
阻尼比识别准确率确定步骤S4，根据阻尼比识别值样本空间和阻尼比识别值的允许误差范围确定输电塔的阻尼比识别准确率。
具体地，先计算阻尼比识别值的平均值Cave，Cave为阻尼比样本空间内所有的阻尼比识别值之和与阻尼比识别值样本数量N的比值。再根据阻尼比识别值的平均值Cave、阻尼比识别值样本数量N和阻尼比识别值的允许误差范围确定阻尼比识别值有效识别区间A，阻尼比有效识别区间A的表达式为：
Figure BDA0001131245580000071
例如，
Figure BDA0001131245580000072
然后根据阻尼比识别值的允许误差范围绘制阻尼比识别值样本散点分布图，如图5所示，横坐标表示输电塔振动频率，纵坐标表示输电塔阻尼比识别值，B表示阻尼比识别值误差上限，C表示阻尼比识别值误差下限，BC之间的区间为阻尼比识别值有效区间A。统计阻尼比识别值有效区间A内的阻尼比识别值有效样本数量Neff，将Neff/N确定为输电塔的阻尼比识别准确率。
准确率评价步骤S5，将阻尼比识别准确率与预设准确率进行比较，如果阻尼比识别准确率大于等于预设准确率，则确定采用的阻尼比识别值样本数量N满足精度要求。如果输电塔阻尼比识别准确率小于预设准确率，则确定所采用的阻尼比识别值样本数量N不满足精度要求。
具体地，先预设一个目标准确率，再将阻尼比识别准确率与预设准确率进行比较，如果阻尼比识别准确率大于等于预设准确率，则表示采用的阻尼比识别值样本数量N满足精度要求。如果阻尼比识别准确率小于预设准确率，则表示所采用的阻尼比识别值样本数量N不满足精度要求。
需要说明的是，预设准确率可以根据实际情况来确定，本实施例对其不做任何限定。
本实施例中，采用随机子空间法识别输电塔结构的阻尼比更接近输电塔结构的实际阻尼比，并且，合理的设置了阻尼比识别准确率的允许误差范围，进而确定了阻尼比识别值的有效区间。最后将输电塔的阻尼比识别准确率与预设准确率进行比较，实现了对输电塔阻尼比识别准确率的准确评价。可以看出，该方法简单、准确，为精确计算输电线路动力荷载提供了理论基础。
上述实施例中，如果所采用的阻尼比识别值样本数量N不满足精度要求，则可以增加采集时间T和/或采集频率f，并重复上述步骤对输电塔阻尼比识别准确率进行评价，直至输电塔阻尼比识别准确率大于等于预设准确率，即所采用的阻尼比识别值样本数量N满足精度要求。
本实施例中，增加采集时间T和/或采集频率f，可使阻尼比识别样本数量增加，进而使输电塔阻尼比识别准确率大于等于预设准确率，有利于对输电塔阻尼比识别准确率的精确评价。
综上所述，本实施例可以实现对输电塔阻尼比识别准确率的准确评价，该方法简单、准确，为精确计算输电线路动力荷载提供了理论基础。
装置实施例：
参见图6，图6为本发明实施例提供的输电塔阻尼比识别准确率的评价装置的结构框图。如图所示，该装置包括：样本数量计算模块100、误差范围确定模块200、阻尼比识别值样本空间识别模块300、阻尼比识别准确率确定模块400和准确率评价模块500。其中，样本数量计算模块100用于根据预设的采集时间T和采集频率f计算输电塔的阻尼比识别值样本数量N。误差范围确定模块200用于根据阻尼比识别值样本数量N确定阻尼比识别值的允许误差范围。阻尼比识别值样本空间识别模块300用于根据阻尼比识别值样本数量N，并通过风振响应测试确定输电铁塔的阻尼比识别值样本空间。阻尼比识别准确率确定模块400用于根据阻尼比识别值样本空间和阻尼比识别值的允许误差范围确定输电塔的阻尼比识别准确率。准确率评价模块500用于将阻尼比识别准确率与预设准确率进行比较，如果阻尼比识别准确率大于等于预设准确率，则确定采用的阻尼比识别值样本数量N满足精度要求。其中，该装置的具体实施过程参见上述方法实施例中的说明即可，本实施例在此不再赘述。
本实施例中，采用随机子空间法识别输电塔结构的阻尼比更接近输电塔结构的实际阻尼比，并且，合理的设置了阻尼比识别准确率的允许误差范围，进而确定了阻尼比识别值的有效区间。最后将输电塔的阻尼比识别准确率与预设准确率进行比较，实现了对输电塔阻尼比识别准确率的准确评价。可以看出，该方法简单、准确，为精确计算输电线路动力荷载提供了理论基础。
上述实施例中，准确率评价模块还用于：如果阻尼比识别准确率小于预设准确率，则确定所采用的阻尼比识别值的样本数量N不满足精度要求，并且，可以增加采集时间T和/或采集频率f，并通过上述模块对输电塔阻尼比识别准确率进行评价，直至输电塔阻尼比识别准确率大于等于预设准确率，即所采用的阻尼比识别值样本数量N满足精度要求，进而有利于对输电塔阻尼比识别准确率的精确评价。
综上所述，本实施例可以实现了对输电塔阻尼比识别准确率的准确评价，为精确计算输电线路动力荷载提供了理论基础。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种输电塔阻尼比识别准确率的评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据预设的采集时间T和采集频率f计算输电塔的阻尼比识别值样本数量N；
根据所述阻尼比识别值样本数量N确定所述阻尼比识别值的允许误差范围：将所述阻尼比识别值样本数量N与预设阻尼比识别值样本数量N′相比较，如果所述阻尼比识别值样本数量N大于等于所述预设阻尼比识别值样本数量N′，则将所述阻尼比识别值的误差范围确定为±X1，X1为0至1中任一值；如果所述阻尼比识别值的样本数量N小于所述预设阻尼比识别值样本数量N′，则将所述输电塔阻尼比识别值的误差范围确定为±X2，X2为0至1中任一值；
根据所述阻尼比识别值样本数量N，并通过风振响应测试确定所述输电塔的阻尼比识别值样本空间；
根据所述阻尼比识别值样本空间和所述阻尼比识别值的允许误差范围确定输电塔的阻尼比识别准确率：将所述阻尼比样本空间内所有的阻尼比识别值之和与所述阻尼比识别值样本数量N的比值确定为所述阻尼比识别值的平均值Cave，如果所述阻尼比识别值样本数量N大于等于预设阻尼比识别值样本数量N′，则所述阻尼比识别值有效识别区间为[Cave-X1Cave,Cave+X1Cave]；如果所述阻尼比识别值样本数量N小于所述预设阻尼比识别值样本数量N′，则所述阻尼比识别值有效识别区间为[Cave-X2Cave,Cave+X2Cave]，将Neff/N确定为所述输电塔的阻尼比识别准确率，其中，Neff为所述阻尼比识别值有效区间内的阻尼比识别值有效样本数量；
将所述阻尼比识别准确率与预设准确率进行比较，如果所述阻尼比识别准确率大于等于所述预设准确率，则确定采用的所述阻尼比识别值样本数量N满足精度要求。
2.根据权利要求1所述的输电塔阻尼比识别准确率的评价方法，其特征在于，所述根据预设的采集时间T和采集频率f计算输电塔的阻尼比识别值样本数量N进一步包括：
将1/f确定为采集时间间隔Δt；
将T/Δt确定为所述输电塔的阻尼比识别值样本数量N。
3.根据权利要求1所述的输电塔阻尼比识别准确率的评价方法，其特征在于，所述根据所述阻尼比识别值样本数量N，并通过风振响应测试确定所述输电塔的阻尼比识别值样本空间进一步包括：
沿所述输电塔高度方向在多个所述输电塔的杆件上一一对应布置多个加速度传感器；
对所述输电塔进行风振响应测试，并通过各所述加速度传感器获取各所述杆件的加速度；
根据各所述杆件的加速度识别所述输电塔的阻尼比识别值样本空间。
4.根据权利要求1所述的输电塔阻尼比识别准确率的评价方法，其特征在于，所述将所述阻尼比识别准确率与预设准确率进行比较，如果所述阻尼比识别准确率大于等于所述预设准确率，则确定采用的所述阻尼比识别值样本数量N满足精度要求进一步包括：
如果所述阻尼比识别准确率小于所述预设准确率，则确定所采用的所述阻尼比识别值样本数量N不满足精度要求。
5.根据权利要求4所述的输电塔阻尼比识别准确率的评价方法，其特征在于，如果所采用的所述阻尼比识别值样本数量N不满足精度要求，则增加所述采集时间T和/或所述采集频率f，并重复上述步骤对所述输电塔阻尼比识别准确率进行评价，直至所采用的所述阻尼比识别值样本数量N满足精度要求。
6.一种输电塔阻尼比识别准确率的评价装置，其特征在于，包括：
样本数量计算模块，用于根据预设的采集时间T和采集频率f计算所述输电塔的阻尼比识别值样本数量N；
误差范围确定模块，用于根据所述阻尼比识别值样本数量N确定所述阻尼比识别值的允许误差范围：将所述阻尼比识别值样本数量N与预设阻尼比识别值样本数量N′相比较，如果所述阻尼比识别值样本数量N大于等于所述预设阻尼比识别值样本数量N′，则将所述阻尼比识别值的误差范围确定为±X1，X1为0至1中任一值；如果所述阻尼比识别值的样本数量N小于所述预设阻尼比识别值样本数量N′，则将所述输电塔阻尼比识别值的误差范围确定为±X2，X2为0至1中任一值；
阻尼比识别值样本空间识别模块，用于根据所述阻尼比识别值样本数量N，并通过风振响应测试确定所述输电塔的阻尼比识别值样本空间；
阻尼比识别准确率确定模块，用于根据所述阻尼比识别值样本空间和所述阻尼比识别值的允许误差范围确定输电塔的阻尼比识别准确率：将所述阻尼比样本空间内所有的阻尼比识别值之和与所述阻尼比识别值样本数量N的比值确定为所述阻尼比识别值的平均值Cave，如果所述阻尼比识别值样本数量N大于等于预设阻尼比识别值样本数量N′，则所述阻尼比识别值有效识别区间为[Cave-X1Cave,Cave+X1Cave]；如果所述阻尼比识别值样本数量N小于所述预设阻尼比识别值样本数量N′，则所述阻尼比识别值有效识别区间为[Cave-X2Cave,Cave+X2Cave]，将Neff/N确定为所述输电塔的阻尼比识别准确率，其中，Neff为所述阻尼比识别值有效区间内的阻尼比识别值有效样本数量；
准确率评价模块，用于将所述阻尼比识别准确率与预设准确率进行比较，如果所述阻尼比识别准确率大于等于所述预设准确率，则确定采用的所述阻尼比识别值样本数量N满足精度要求。
7.根据权利要求6所述的输电塔阻尼比识别准确率的评价装置，其特征在于，所述准确率评价模块还用于：
如果所述阻尼比识别准确率小于所述预设准确率，则确定所采用的所述阻尼比识别值的样本数量N不满足精度要求。
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