Structural Health Monitoring (SHM) plays a crucial role in maintaining the safety and resilience of infrastructure. As sensor networks grow in scale and complexity, identifying the most informative sensors becomes essential to reduce deployment costs without compromising monitoring quality. While Graph Signal Processing (GSP) has shown promise by leveraging spatial correlations among sensor nodes, conventional approaches often overlook the temporal dynamics of structural behavior. To overcome this limitation, we propose Time-Vertex Machine Learning (TVML), a novel framework that integrates GSP, time-domain analysis, and machine learning to enable interpretable and efficient sensor placement by identifying representative nodes that minimize redundancy while preserving critical information. We evaluate the proposed approach on two bridge datasets for damage detection and time-varying graph signal reconstruction tasks. The results demonstrate the effectiveness of our approach in enhancing SHM systems by providing a robust, adaptive, and efficient solution for sensor placement.


翻译:结构健康监测(SHM)对于保障基础设施的安全性和韧性具有至关重要的作用。随着传感器网络规模和复杂性的增加,在不影响监测质量的前提下降低部署成本,识别信息量最大的传感器变得至关重要。尽管图信号处理(GSP)通过利用传感器节点间的空间相关性展现出潜力,但传统方法往往忽略了结构行为的时序动态特性。为克服这一局限,我们提出了时-顶点机器学习(TVML),这是一个新颖的框架,它集成了GSP、时域分析和机器学习,通过识别能够最小化冗余同时保留关键信息的代表性节点,实现可解释且高效的传感器布置。我们在两个桥梁数据集上对所提方法进行了损伤检测和时变图信号重建任务的评估。结果表明,我们的方法通过为传感器布置提供一个鲁棒、自适应且高效的解决方案,有效增强了SHM系统。

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