CN110146276A - 一种基于无线传感器的索力与抗弯刚度监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于无线传感器的索力与抗弯刚度监测方法及系统，该利用无线传感器监测索结构索力与抗弯刚度的方法及系统利用无线传感器获取索结构对应的索振动加速度信号，并对索振动加速度信号进行Welch变换处理，以此得到对应的索振动功率谱，并索振动功率谱中的基频和谐波频率，再根据该基频和谐波频率，计算得到索结构对应的索力和/或抗弯刚度。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构监测的技术领域，特别涉及一种基于无线传感器的索力与抗弯刚度监测方法及系统。
背景技术
在大型土木建筑，特别是斜拉桥等大型桥梁建设中，通常会使用索结构作为斜拉桥的支撑拉索结构。在斜拉桥中，其索结构对应的索力和抗弯刚度是反应索结构性能的重要物理参数，通过计算索结构的索力和抗弯刚度能够直观地获得索结构的受力情况，这对于分析索结构的健康状况具有重要的参考意义。为了获得索结构的索力和抗弯刚度，现有技术通过使用无线传感器来测量索结构的索力和抗弯刚度，其主要原理是无线传感器以一定的采样频率测量索结构对应索振动的加速度信号，然后对该加速度信号进行快速傅里叶变换处理(FFT)，以此估计得到该加速度信号对应的索振动功率谱，再从该索振动功率谱中提取索结构的振动基频，并最终将该振动基频代入到索力-振动基频公式中求解出索结构对应的索力。
虽然，现有技术通过无线传感器测量索结构的索振动加速度信号，并通过快速傅里叶变换的方式估计得到相应的索振动功率谱，但是由于快速傅里叶变换本身的运算缺陷，其降低了该索振动功率谱关于频点估计的准确性，并且上述方法只是利用索振动的基频来计算索力，其无法计算索结构的抗弯刚度，而计算得到的索力准确性也并不高。此外，上述方法只是通过无线传感器来测量索结构对应索振动的加速度信号，该无线传感器并不能对该加速度信号进行后续的变换和运算处理，该无线传感器最终还需要将测量得到的加速度信号传送至云端服务器中完成相应的变换和运算处理，这大大地降低数据运算处理的准确性，同时增加了数据传输的功耗。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于无线传感器的索力与抗弯刚度监测方法，该利用无线传感器监测索结构索力与抗弯刚度的方法利用无线传感器获取索结构对应的索振动加速度信号，并对索振动加速度信号进行Welch变换处理，以此得到对应的索振动功率谱，并索振动功率谱中的基频和谐波频率，再根据该基频和谐波频率，计算得到索结构对应的索力和抗弯刚度。该利用无线传感器监测索结构索力与抗弯刚度的方法利用Welch变换处理替换现有技术中的快速傅里叶变换处理来得到相应的索振动功率谱，这能够有效地改善索振动功率谱中频点估计的效果，并且该方法还从索振动功率谱中提取基频和二次及以上的高次谐波频率，并将该基频和高次谐波频率同时用于计算索结构的索力和抗弯刚度，这使得计算结果能够更加全面地和准确地反映索结构的物理特征，最后，该方法的所有步骤都是在无线传感器中实现的，即该无线传感器不仅能够能用于加速度信号的测量，还能够运行相应的算法计算得到该索力和抗弯刚度，该无线传感器只需要将计算得到索力和抗弯刚度的最终结果传送至云端服务器中，这大大地降低了无线传感器进行数据传输的能耗。(
本发明提供一种基于无线传感器的索力与抗弯刚度监测方法，其特征在于，所述基于无线传感器的索力与抗弯刚度监测方法包括如下步骤：
步骤(1)，利用无线传感器获取索结构对应的索振动加速度信号，并对所述索振动加速度信号进行Welch变换处理，获得对应的索振动加速度信号功率谱；
步骤(2)，获取所述索振动功率谱中的基频和高次谐波频率；
步骤(3)，根据所述基频和所述高次谐波频率，计算所述索结构对应的索力和/或抗弯刚度；
进一步，在所述步骤(1)中，利用无线传感器获取索结构对应的索振动加速度信号具体包括，
步骤(A101)，获取所述索结构对应索振动的基频估计值和所述索振动的四次谐波频率估计值；
步骤(A102)，根据所述基频估计值和所述四次谐波频率估计值，获取测量所述索振动加速度信号的测量功率；
步骤(A102)，利用所述无线传感器，根据所述测量频率获取所述索振动加速度信号；
进一步，在所述步骤(A101)中，预先获取所述索结构对应索振动的基频估计值和所述索振动的四次谐波频率估计值具体包括，
利用无线传感器采集所述索结构在预设时间范围内对应的索振动波形信号，再对所述索振动波形信号进行预估计算，以此得到所述基频估计值和所述四次谐波频率估计值；
或者，
在所述步骤(A102)中，根据所述基频估计值和所述四次谐波频率估计值，确定所述无线传感器测量所述索振动加速度信号的测量频率具体包括，
步骤(A1021)计算在预设时间范围内若干所述基频估计值和若干所述四次谐波频率估计值各自对应的基频估计值置信度和四次谐波频率估计值置信度；
步骤(A1022)，根据若干所述基频估计值、若干所述四次谐波频率估计值、所述基频估计值置信度和所述四次谐波频率估计值置信度，确定基频统计值和四次谐波频率统计值；
步骤(A1023)，根据所述基频统计值和所述四次谐波频率统计值，确定所述测量频率；
进一步，在所述步骤(2)中，获取所述索振动功率谱中的基频和高次谐波频率具体包括，
步骤(201)，利用窗口加权法，从所述索振动功率谱中提取得到对应的基频f1；
步骤(202)，根据所述基频f1，计算得到所述索振动功率谱中的二次谐波频率f2；
步骤(203)，根据所述基频f1和所述二次谐波频率f2，计算所述索振动功率谱中所有的谐波频率fn，其中n＝3、4、…、N，N为从所述索振动功率谱中所能提取出来的最高次振动谐波对应的次数；
进一步，在所述步骤(201)，利用窗口加权法，从所述索振动功率谱中提取得到对应的基频f1具体包括，
步骤(2011)，提取每一段滤波窗口中的前100个运算点，以此组成矩阵A，其中所述矩阵A包括100行和P列，P为滤波窗口的总段数；
步骤(2012)，对所述矩阵A进行如下面公式(a)的规范化处理
在上述公式(a)中，ai,j为矩阵A中第i行第j列的元素值，为对ai,j进行规范化处理后得到的规范值，其中i＝1、2、…、100，j＝1、2、…、P，对所述矩阵A中所有元素值都进行所述规范化处理，以此得到规范化矩阵再根据下面公式(b)计算窗口相关比
在上述公式(b)中，XGj为第j个滤波窗口的窗口相关比，再利用下面公式(c)与计算得到的窗口相关比计算得到窗口权重
在上述公式(c)中，Wj为第j个滤波窗口的窗口权重；
步骤(2013)，对所述窗口权重进行校验处理，以此确定所述窗口权重的有效性，
利用下面公式(d)，计算得到校验矩阵JY
在上述公式(d)中，JYi,j为所述校验矩阵JY第i行第j列的元素值，
利用下面公式(e)，计算所述校验矩阵JY的验证系数
JY-μE＝0(e)
在上述公式(e)中，μ为待求解的验证系数、其所述验证系数μ包含有P个值，E为100行P列的单位矩阵，
再根据下面公式(f)和所述验证系数μ，计算得到权重合格率
在上述公式(f)中，Q为待求解的权重合格率，max(μ)为所述验证系数μ中的最大值，sum(μ)为所有所述验证系数μ的和，若Q大于0.85，则将对应的窗口权重Wj输出，若Q不大于0.85，则所述矩阵A选择的所有运算点均后移一位，即将原来选择每一段滤波窗口的第M到M+99的运算点，调整为选择每一段滤波窗口的第M+1到M+100的运算点，M为一任意正整数，以此形成另一矩阵，在对所述另一矩阵重复执行上述步骤(2012)至步骤(2013)；
步骤(2014)，将所述步骤(2013)输出的窗口权重Wj确定为从所述索振动功率谱中提取得到对应的基频f1时每个滤波窗口的权重系数；
或者，
在所述步骤(202)中，根据所述基频f1，计算得到所述索振动功率谱中的二次谐波频率f2具体包括，
在区间[2f1，2.2f1]内寻找具有最大索振动功率谱密度对应的频率点，并根据所述频率点，计算得到所述索振动功率谱中的二次谐波频率f2；
进一步，在所述步骤(203)中，根据所述基频f1和所述二次谐波频率f2，计算所述索振动功率谱中所有的谐波频率fn具体包括，
步骤(2031)，利用所述基频f1和所述二次谐波频率f2，并根据下面公式(1)，计算得到所述索结构对应的索力预估值和抗弯刚度预估值
在上述公式(1)中，m为所述索结构的单位长度质量，l为所述索结构的有效长度，fn＝f1或者f2，且当fn＝f1时，n＝1，当fn＝f2时，n＝2；
步骤(2032)，根据所述索力预估值和所述抗弯刚度预估值计算所述索振动功率谱中所有的谐波频率fn；
进一步，在所述步骤(2032)中，根据所述索力预估值和所述抗弯刚度预估值计算所述索振动功率谱中所有的谐波频率fn具体包括，
步骤(2032A)，根据所述索力预估值和所述抗弯刚度预估值计算所述索结构的索振动对应三次或者三次以上的谐波频率的预估值其中n＝3、4、…、N，N为从所述索振动功率谱中所能提取出来的最高次振动谐波对应的次数；
步骤(2032B)，针对每一所述预估值分别在区间内寻找具有最大索振动功率谱密度对应的频率点，并根据所述频率点，计算得到所述索振动功率谱中的三次或者三次以上的谐波频率fn，其中n＝3、4、…、N，N为从所述索振动功率谱中所能提取出来的最高次振动谐波对应的次数；
进一步，在所述步骤(3)中，根据所述基频和所述高次谐波频率，计算所述索结构对应的索力和/或抗弯刚度具体包括，
步骤(301)，根据所述基频和所述高次谐波频率fn，其中n＝1、2、…、N，N为从所述索振动功率谱中所能提取出来的最高次振动谐波对应的次数，并利用最小二乘法拟合得到振动谐波的次数与谐波频率的表达式；
步骤(302)，根据拟合得到的所述振动谐波的次数与谐波频率的表达式，计算得到述索结构对应的索力T和/或抗弯刚度EI；
进一步，所述步骤(2)中的获取所述索振动功率谱中的基频和高次谐波频率、以及所述步骤(3)中的计算所述索结构对应的索力和/或抗弯刚度，都是在所述无线传感器中实现的；
或者，
在所述步骤(3)后，还包括步骤(4)，利用所述无线传感器，将所述索力和所述抗弯刚度上传至云端服务器。
本发明还提供一种基于无线传感器的索力与抗弯刚度监测系统，所述系统用于执行所述基于无线传感器的索力与抗弯刚度监测方法。
相比于现有技术，该利用无线传感器监测索结构索力与抗弯刚度的方法利用无线传感器获取索结构对应的索振动加速度信号，并对索振动加速度信号进行Welch变换处理，以此得到对应的索振动功率谱，并索振动功率谱中的基频和谐波频率，再根据该基频和谐波频率，计算得到索结构对应的索力和抗弯刚度。该利用无线传感器监测索结构索力与抗弯刚度的方法利用Welch变换处理替换现有技术中的快速傅里叶变换处理来得到相应的索振动功率谱，这能够有效地改善索振动功率谱中频点估计的效果，并且该方法还从索振动功率谱中提取基频和二次及以上的高次谐波频率，并将该基频和高次谐波频率同时用于计算索结构的索力和抗弯刚度，这使得计算结果能够更加全面地和准确地反映索结构的物理特征，最后，该方法的所有步骤都是在无线传感器中实现的，即该无线传感器不仅能够能用于加速度信号的测量，还能够运行相应的算法计算得到该索力和抗弯刚度，该无线传感器只需要将计算得到索力和抗弯刚度的最终结果传送至云端服务器中，这大大地降低了无线传感器进行数据传输的能耗。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种基于无线传感器的索力与抗弯刚度监测方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1，为本发明实施例提供的一种基于无线传感器的索力与抗弯刚度监测方法的流程示意图。
步骤(1)，利用无线传感器获取索结构对应的索振动加速度信号，并对该索振动加速度信号进行Welch变换处理，获得对应的索振动加速度信号功率谱，其中，索振动加速度信号功率谱是指索振动时产生的加速度信号所对应的功率谱。
优选地，在该步骤(1)中，利用无线传感器获取索结构对应的索振动加速度信号具体包括，
步骤(A101)，获取该索结构对应索振动的基频估计值和该索振动的四次谐波频率估计值；
步骤(A102)，根据该基频估计值和该四次谐波频率估计值，获取测量该索振动加速度信号的测量功率；
步骤(A102)，利用该无线传感器，根据该测量频率获取该索振动加速度信号。
优选地，在该步骤(A101)中，该索结构对应索振动的基频估计值和该索振动的四次谐波频率估计值具体包括，
利用振动传感器采集该索结构在预设时间范围内对应的索振动波形信号，再对该索振动波形信号进行预估计算，以此得到该基频估计值和该四次谐波频率估计值。
优选地，在该步骤(A102)中，根据该基频估计值和该四次谐波频率估计值，确定该无线传感器测量该索振动加速度信号的测量频率具体包括，
步骤(A1021)计算在预设时间范围内若干该基频估计值和若干该四次谐波频率估计值各自对应的基频估计值置信度和四次谐波频率估计值置信度；
步骤(A1022)，根据若干该基频估计值、若干该四次谐波频率估计值、该基频估计值置信度和该四次谐波频率估计值置信度，确定基频统计值和四次谐波频率统计值；
步骤(A1023)，根据该基频统计值和该四次谐波频率统计值，确定该测量频率；
可选地，该测量频率位于该基频统计值的10倍至20倍范围之间、且至少大于该四次谐波频率统计值的2倍。
优选地，在该步骤(1)中，对该索振动加速度信号进行Welch变换处理，以此得到对应的索振动功率谱具体包括，
步骤(B101)，对该Welch变换处理进行至少一种下述的设定操作：运算点数设定为不少于4096，分段个数设定为8-12，重叠率设定为50％-95％，滤波窗口设定为汉明窗；
步骤(B102)，利用经过该设定操作后的该Welch变换处理，从该索振动加速度信号中变换得到该索振动功率谱。
步骤(2)，获取该索振动功率谱中的基频和高次谐波频率。
优选地，在该步骤(2)中，提取该索振动功率谱中的基频和高次谐波频率具体包括，
步骤(201)，利用窗口加权法，从该索振动功率谱中提取得到对应的基频f1；
步骤(202)，根据该基频f1，计算得到该索振动功率谱中的二次谐波频率f2；
步骤(203)，根据该基频f1和该二次谐波频率f2，计算该索振动功率谱中所有的谐波频率fn，其中n＝3、4、…、N，N为从该索振动功率谱中所能提取出来的最高次振动谐波对应的次数。
优选地，在该步骤(201)，利用窗口加权法，从该索振动功率谱中提取得到对应的基频f1具体包括，
步骤(2011)，提取每一段滤波窗口中的前100个运算点，以此组成矩阵A，其中该矩阵A包括100行和P列，P为滤波窗口的总段数；
步骤(2012)，对该矩阵A进行如下面公式(a)的规范化处理
在上述公式(a)中，ai,j为矩阵A中第i行第j列的元素值，为对ai,j进行规范化处理后得到的规范值，其中i＝1、2、…、100，j＝1、2、…、P，对该矩阵A中所有元素值都进行该规范化处理，以此得到规范化矩阵再根据下面公式(b)计算窗口相关比
在上述公式(b)中，XGj为第j个滤波窗口的窗口相关比，再利用下面公式(c)与计算得到的窗口相关比计算得到窗口权重
在上述公式(c)中，Wj为第j个滤波窗口的窗口权重；
步骤(2013)，对该窗口权重进行校验处理，以此确定该窗口权重的有效性，
利用下面公式(d)，计算得到校验矩阵JY
在上述公式(d)中，JYi,j为该校验矩阵JY第i行第j列的元素值，
利用下面公式(e)，计算该校验矩阵JY的验证系数
JY-μE＝0(e)
在上述公式(e)中，μ为待求解的验证系数、其该验证系数μ包含有P个值，E为100行P列的单位矩阵，
再根据下面公式(f)和该验证系数μ，计算得到权重合格率
在上述公式(f)中，Q为待求解的权重合格率，max(μ)为该验证系数μ中的最大值，sum(μ)为所有该验证系数μ的和，若Q大于0.85，则将对应的窗口权重Wj输出，若Q不大于0.85，则该矩阵A选择的所有运算点均后移一位，即将原来选择每一段滤波窗口的第M到M+99的运算点，调整为选择每一段滤波窗口的第M+1到M+100的运算点，M为一任意正整数，以此形成另一矩阵，在对该另一矩阵重复执行上述步骤(2012)至步骤(2013)；
步骤(2014)，将该步骤(2013)输出的窗口权重Wj确定为从该索振动功率谱中提取得到对应的基频f1时每个滤波窗口的权重系数；
通过上述方式确定从该索振动功率谱中提取得到对应的基频f1时每个滤波窗口的权重系数，该权重系数并不是预设得到的，而是根据该加速度信号中每个滤波窗口的运算点来计算确定的，这使得该权重系数不仅能够更好地与该加速度信号相匹配，并且还能够使该权重系数的计算过程更加智能化，同时该方式还对计算得到的权重系数进行校验处理，以此判断该权重系数是否合格，从而提高权重系数的准确性。
优选地，在该步骤(202)中，根据该基频f1，计算得到该索振动功率谱中的二次谐波频率f2具体包括，
在区间[2f1，2.2f1]内寻找具有最大索振动功率谱密度对应的频率点，并根据该频率点，计算得到该索振动功率谱中的二次谐波频率f2。
优选地，在该步骤(203)中，根据该基频f1和该二次谐波频率f2，计算该索振动功率谱中所有的谐波频率fn具体包括，
步骤(2031)，利用该基频f1和该二次谐波频率f2，并根据下面公式(1)，计算得到该索结构对应的索力预估值和抗弯刚度预估值
在上述公式(1)中，m为该索结构的单位长度质量，l为该索结构的有效长度，fn＝f1或者f2，且当fn＝f1时，n＝1，当fn＝f2时，n＝2；
步骤(2032)，根据该索力预估值和该抗弯刚度预估值计算该索振动功率谱中所有的谐波频率fn。
优选地，在该步骤(2032)中，根据该索力预估值和该抗弯刚度预估值计算该索振动功率谱中所有的谐波频率fn具体包括，
步骤(2032A)，根据该索力预估值和该抗弯刚度预估值计算该索结构的索振动对应三次或者三次以上的谐波频率的预估值其中n＝3、4、…、N，N为从该索振动功率谱中所能提取出来的最高次振动谐波对应的次数；
步骤(2032B)，针对每一该预估值分别在区间内寻找具有最大索振动功率谱密度对应的频率点，并根据该频率点，计算得到该索振动功率谱中的三次或者三次以上的谐波频率fn，其中n＝3、4、…、N，N为从该索振动功率谱中所能提取出来的最高次振动谐波对应的次数。
步骤(3)，根据该基频和该高次谐波频率，计算该索结构对应的索力和/或抗弯刚度。
优选地，在该步骤(3)中，根据该基频和该谐波频率，计算该索结构对应的索力和/或抗弯刚度具体包括，
步骤(301)，根据该基频和该谐波频率fn，其中n＝1、2、…、N，N为从该索振动功率谱中所能提取出来的最高次振动谐波对应的次数，并利用最小二乘法拟合得到振动谐波的次数与谐波频率的表达式；
步骤(302)，根据拟合得到的该振动谐波的次数与谐波频率的表达式，计算得到述索结构对应的索力T和/或抗弯刚度EI。
步骤(4)，利用该无线传感器，将该索力和该抗弯刚度上传至云端服务器。
除此之外，该步骤(2)中的获取该索振动功率谱中的基频和高次谐波频率、以及该步骤(3)中的计算该索结构对应的索力和/或抗弯刚度，均优选地是在该无线传感器中实现的。
优选地，该利用无线传感器监测索结构索力与抗弯刚度的系统可用于执行上述的基于无线传感器的索力与抗弯刚度监测方法。
从上述实施例可以看出，该利用无线传感器监测索结构索力与抗弯刚度的方法及系统利用无线传感器获取索结构对应的索振动加速度信号，并对索振动加速度信号进行Welch变换处理，以此得到对应的索振动功率谱，并索振动功率谱中的基频和谐波频率，再根据该基频和谐波频率，计算得到索结构对应的索力和抗弯刚度。该利用无线传感器监测索结构索力与抗弯刚度的方法利用Welch变换处理替换现有技术中的快速傅里叶变换处理来得到相应的索振动功率谱，这能够有效地改善索振动功率谱中频点估计的效果，并且该方法还从索振动功率谱中提取基频和二次及以上的高次谐波频率，并将该基频和高次谐波频率同时用于计算索结构的索力和抗弯刚度，这使得计算结果能够更加全面地和准确地反映索结构的物理特征，最后，该方法的所有步骤都是在无线传感器中实现的，即该无线传感器不仅能够能用于加速度信号的测量，还能够运行相应的算法计算得到该索力和抗弯刚度，该无线传感器只需要将计算得到索力和抗弯刚度的最终结果传送至云端服务器中，这大大地降低了无线传感器进行数据传输的能耗。
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 (10)
1.一种基于无线传感器的索力与抗弯刚度监测方法，其特征在于，所述基于无线传感器的索力与抗弯刚度监测方法包括如下步骤：
步骤(1)，利用无线传感器获取索结构对应的索振动加速度信号，并对所述索振动加速度信号进行Welch变换处理，获得对应的索振动加速度信号功率谱；
步骤(2)，获取所述索振动功率谱中的基频和高次谐波频率；
步骤(3)，根据所述基频和所述高次谐波频率，计算所述索结构对应的索力和/或抗弯刚度。
2.如权利要求1所述的基于无线传感器的索力与抗弯刚度监测方法，其特征在于：
在所述步骤(1)中，利用无线传感器获取索结构对应的索振动加速度信号具体包括，
步骤(A101)，获取所述索结构对应索振动的基频估计值和所述索振动的四次谐波频率估计值；
步骤(A102)，根据所述基频估计值和所述四次谐波频率估计值，获取测量所述索振动加速度信号的测量功率；
步骤(A102)，利用所述无线传感器，根据所述测量频率获取所述索振动加速度信号。
3.如权利要求2所述的基于无线传感器的索力与抗弯刚度监测方法，其特征在于：
在所述步骤(A101)中，获取所述索结构对应索振动的基频估计值和所述索振动的四次谐波频率估计值具体包括，
利用无线传感器采集所述索结构在预设时间范围内对应的索振动波形信号，再对所述索振动波形信号进行预估计算，以此得到所述基频估计值和所述四次谐波频率估计值；
或者，
在所述步骤(A102)中，根据所述基频估计值和所述四次谐波频率估计值，确定所述无线传感器测量所述索振动加速度信号的测量频率具体包括，
步骤(A1021)计算在预设时间范围内若干所述基频估计值和若干所述四次谐波频率估计值各自对应的基频估计值置信度和四次谐波频率估计值置信度；
步骤(A1022)，根据若干所述基频估计值、若干所述四次谐波频率估计值、所述基频估计值置信度和所述四次谐波频率估计值置信度，确定基频统计值和四次谐波频率统计值；
步骤(A1023)，根据所述基频统计值和所述四次谐波频率统计值，确定所述测量频率。
4.如权利要求1所述的基于无线传感器的索力与抗弯刚度监测方法，其特征在于：
在所述步骤(2)中，获取所述索振动功率谱中的基频和高次谐波频率具体包括，
步骤(201)，利用窗口加权法，从所述索振动功率谱中提取得到对应的基频f1；
步骤(202)，根据所述基频f1，计算得到所述索振动功率谱中的二次谐波频率f2；
步骤(203)，根据所述基频f1和所述二次谐波频率f2，计算所述索振动功率谱中所有的谐波频率fn，其中n＝3、4、…、N，N为从所述索振动功率谱中所能提取出来的最高次振动谐波对应的次数。
5.如权利要求4所述的基于无线传感器的索力与抗弯刚度监测方法，其特征在于：
在所述步骤(201)，利用窗口加权法，从所述索振动功率谱中提取得到对应的基频f1具体包括，
步骤(2011)，提取每一段滤波窗口中的前100个运算点，以此组成矩阵A，其中所述矩阵A包括100行和P列，P为滤波窗口的总段数；
步骤(2012)，对所述矩阵A进行如下面公式(a)的规范化处理
在上述公式(a)中，ai,j为矩阵A中第i行第j列的元素值，为对ai,j进行规范化处理后得到的规范值，其中i＝1、2、…、100，j＝1、2、…、P，对所述矩阵A中所有元素值都进行所述规范化处理，以此得到规范化矩阵再根据下面公式(b)计算窗口相关比
在上述公式(b)中，XGj为第j个滤波窗口的窗口相关比，再利用下面公式(c)与计算得到的窗口相关比计算得到窗口权重
在上述公式(c)中，Wj为第j个滤波窗口的窗口权重；
步骤(2013)，对所述窗口权重进行校验处理，以此确定所述窗口权重的有效性，
利用下面公式(d)，计算得到校验矩阵JY
在上述公式(d)中，JYi,j为所述校验矩阵JY第i行第j列的元素值，
利用下面公式(e)，计算所述校验矩阵JY的验证系数
|JY-μE|＝0 (e)
在上述公式(e)中，μ为待求解的验证系数、其所述验证系数μ包含有P个值，E为100行P列的单位矩阵，
再根据下面公式(f)和所述验证系数μ，计算得到权重合格率
在上述公式(f)中，Q为待求解的权重合格率，max(μ)为所述验证系数μ中的最大值，sum(μ)为所有所述验证系数μ的和，若Q大于0.85，则将对应的窗口权重Wj输出，若Q不大于0.85，则所述矩阵A选择的所有运算点均后移一位，即将原来选择每一段滤波窗口的第M到M+99的运算点，调整为选择每一段滤波窗口的第M+1到M+100的运算点，M为一任意正整数，以此形成另一矩阵，在对所述另一矩阵重复执行上述步骤(2012)至步骤(2013)；
步骤(2014)，将所述步骤(2013)输出的窗口权重Wj确定为从所述索振动功率谱中提取得到对应的基频f1时每个滤波窗口的权重系数；
或者，
在所述步骤(202)中，根据所述基频f1，计算得到所述索振动功率谱中的二次谐波频率f2具体包括，
在区间[2 f1，2.2 f1]内寻找具有最大索振动功率谱密度对应的频率点，并根据所述频率点，计算得到所述索振动功率谱中的二次谐波频率f2。
6.如权利要求4所述的基于无线传感器的索力与抗弯刚度监测方法，其特征在于：
在所述步骤(203)中，根据所述基频f1和所述二次谐波频率f2，计算所述索振动功率谱中所有的谐波频率fn具体包括，
步骤(2031)，利用所述基频f1和所述二次谐波频率f2，并根据下面公式(1)，计算得到所述索结构对应的索力预估值和抗弯刚度预估值
在上述公式(1)中，m为所述索结构的单位长度质量，l为所述索结构的有效长度，fn＝f1或者f2，且当fn＝f1时，n＝1，当fn＝f2时，n＝2；
步骤(2032)，根据所述索力预估值和所述抗弯刚度预估值计算所述索振动功率谱中所有的谐波频率fn。
7.如权利要求6所述的基于无线传感器的索力与抗弯刚度监测方法，其特征在于：
在所述步骤(2032)中，根据所述索力预估值和所述抗弯刚度预估值计算所述索振动功率谱中所有的谐波频率fn具体包括，
步骤(2032A)，根据所述索力预估值和所述抗弯刚度预估值计算所述索结构的索振动对应三次或者三次以上的谐波频率的预估值其中n＝3、4、…、N，N为从所述索振动功率谱中所能提取出来的最高次振动谐波对应的次数；
步骤(2032B)，针对每一所述预估值分别在区间内寻找具有最大索振动功率谱密度对应的频率点，并根据所述频率点，计算得到所述索振动功率谱中的三次或者三次以上的谐波频率fn，其中n＝3、4、…、N，N为从所述索振动功率谱中所能提取出来的最高次振动谐波对应的次数。
8.如权利要求1所述的基于无线传感器的索力与抗弯刚度监测方法，其特征在于：
在所述步骤(3)中，根据所述基频和所述高次谐波频率，计算所述索结构对应的索力和/或抗弯刚度具体包括，
步骤(301)，根据所述基频和所述高次谐波频率fn，其中n＝1、2、…、N，N为从所述索振动功率谱中所能提取出来的最高次振动谐波对应的次数，并利用最小二乘法拟合得到振动谐波的次数与谐波频率的表达式；
步骤(302)，根据拟合得到的所述振动谐波的次数与谐波频率的表达式，计算得到述索结构对应的索力T和/或抗弯刚度EI。
9.如权利要求1所述的基于无线传感器的索力与抗弯刚度监测方法，其特征在于：
所述步骤(2)中的获取所述索振动功率谱中的基频和高次谐波频率、以及所述步骤(3)中的计算所述索结构对应的索力和/或抗弯刚度，都是在所述无线传感器中实现的；
或者，
在所述步骤(3)后，还包括步骤(4)，利用所述无线传感器，将所述索力和/或所述抗弯刚度上传至云端服务器。
10.一种基于无线传感器的索力与抗弯刚度监测系统，其特征在于：所述系统用于执行如权利要求1-9中任一项所述的基于无线传感器的索力与抗弯刚度监测方法。
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