Diagnosing the changes of structural behaviors using monitoring data is an important objective of structural health monitoring (SHM). The changes in structural behaviors are usually manifested as the feature changes in monitored structural responses; thus, developing effective methods for automatically detecting such changes is of considerable significance. Existing methods for change detection in SHM are mainly used for scalar or vector data, thus incapable of detecting the changes of the features represented by complex data, e.g., the probability density functions (PDFs). Detecting the abrupt changes occurred in the distributions (represented by PDFs) associated with the feature variables extracted from SHM data are usually of crucial interest for structural condition assessment; however, the SHM community still lacks effective diagnostic tools for detecting such changes. In this study, a change-point detection method is developed in the functional data-analytic framework for PDF-valued sequence, and it is leveraged to diagnose the distributional information break encountered in structural condition assessment. A major challenge in PDF-valued data modeling or analysis is that the PDFs are special functional data subjecting to nonlinear constraints. To tackle this issue, the PDFs are embedded into the Bayes space, and the associated change-point model is constructed by using the linear structure of the Bayes space; then, a hypothesis testing procedure is presented for distributional change-point detection based on the isomorphic mapping between the Bayes space and a functional linear space. Comprehensive simulation studies are conducted to validate the effectiveness of the proposed method as well as demonstrate its superiority over the competing method. Finally, an application to real SHM data illustrates its practical utility in structural condition assessment.


翻译:利用监测数据对结构行为的变化进行诊断是结构健康监测的一个重要目标。结构行为的变化通常表现为监测结构反应的特征变化;因此,开发自动检测这些变化的有效方法具有相当的重要意义。SHM现有的变化探测方法主要用于标度或矢量数据,因此无法检测复杂数据所显示的特征的变化,例如概率密度功能(PDFs) 。检测SHM数据中与特征变量变量变化相关的分布突变(由PDFs代表)通常对结构状况评估至关重要;然而,SHM社区仍然缺乏检测此类变化的有效诊断工具。在本研究中,在PDF估值序列的功能数据分析框架内开发了变化检测方法,从而无法检测结构状况评估中遇到的分布信息中断。 PDFS 估算数据的实际模型或分析中的一项重大挑战是,PDF是非线性数据应用中的特殊功能数据;但是,SHM公司仍然缺乏有效的诊断工具,因为其模拟空间动态结构的模型是模拟空间结构的模型,因此,PDFFS状态的模型是用于模拟的直径分析。

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