Ανίχνευση Συμβάντων Ακουστικής Εκπομπής σε Μεταλλικές Πύλες Δεξαμενών Ανύψωσης σε Ποτάμια

Κάντε κλικ εδώ για να κατεβάσετε αυτό το έγγραφο

Vassilis Kappatos, Θεοχάρης Τσένης, Νικόλαος Αγγελόπουλος

Η ανίχνευση συμβάντων ακουστικής εκπομπής μικρορωγμών αποτελεί κρίσιμο στοιχείο της παρακολούθησης και έγκαιρης ανίχνευσης στατικών δομικών αστοχιών σε υποδομές. Η παρούσα μελέτη επικεντρώνεται στην ανίχνευση συμβάντων μικρορωγμών ακουστικής εκπομπής σε μεταλλικές πύλες δεξαμενών ανύψωσης σε ποτάμια στα πλαίσια του Ευρωπαϊκού έργου CRISTAL. Το ευρωπαϊκό έργο CRISTAL αποσκοπεί στην αύξηση του όγκου φορτίων που μεταφέρονται μέσω εσωτερικών υδάτινων οδών κατά τουλάχιστον 20% και στη βελτίωση της αξιοπιστίας της μεταφοράς μέσω ποταμών κατά 80% σε σχέση με την παρούσα κατάσταση. Το έργο θα υλοποιηθεί σε τρεις πιλοτικές χώρες στην Ιταλία, την Πολωνία και Γαλλία. Προς επίτευξη των προηγούμενων στόχων η αύξηση της ανθεκτικότητας των μεταφορικών διαδρόμων απαιτείται. Προς τούτο ο έλεγχος της καλής λειτουργίας των μεταλλικών πυλών σε δεξαμενές ανύψωσης σε ευρωπαϊκά ποτάμια επιβάλλεται, ενώ η χρήση ανίχνευσης ακουστικών εκπομπών από τις μεταλλικές πύλες επιλέχθηκε. Μέσα σε αυτό το περιεχόμενο δράσεων και πλαίσιο του CRISTAL, κατά τη διάρκεια της παρούσας έρευνας επισκεφτήκαμε δεξαμενές ανύψωσης τόσο στην Γαλλία αλλά και Ιταλία όπου οι μεταφορές μέσω ποταμών ακμάζουν, ενώ ένα από τα κρίσιμα σημεία του έργου. Πιο συγκεκριμένα, στα πλαίσια αυτής της έρευνας αναπτύχθηκε νευρωνικό μοντέλο αποθορυβοποίησης ακουστικών εκπομπών προερχόμενες από τις μεταλλικές πύλες στις δεξαμενές ανύψωσης με τη χρήση κατάλληλου καταγραφέα ακουστικής εκπομπής υψηλής ευαισθησίας. Το σύνολο του χώρου εκμάθησης του νευρωνικού μοντέλου αποτελούν καταγραφές των ακουστικών εκπομπών κατά τη διάρκεια κανονικής λειτουργίας των μεταλλικών πυλών αλλά και χρήση φορητής συσκευής παραγωγής κυματομορφών υπερήχων με την πηγή κοντά και γύρω σε έκαστο πιεζοηλεκτρικό αισθητήριο ακουστικής εκπομπής και με εύρος συχνοτήτων κυματομορφής από 30-80kHz, μαζί με την παραδοσιακή προσομοίωση μικοορωγμών με τη χρήση μολυβιού και τη χρήση της τεχνικής του σπασίματος μυτών ενός μηχανικού μολυβιού. Το νευρωνικό μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε στη συγκεκριμένη έρευνα είναι του είδους κωδικοποιητή-αποκωδικοποιητή (autoencoder), το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως σε αποθορυβοποιήσεις και έμμεση εξαγωγή χαρακτηριστικών σήματος, με την προσθήκη μιας ακόμα εξόδου φέρουσα του επιπέδου εμπιστοσύνης ότι πράγματι πρόκειται για ένα συμβάν ακουστικής εκπομπής από μικρορωγμή. Η κάθε εγγραφή αποτελείται από 4096 δείγματα, οπότε είναι και είσοδος-διάνυσμα του εν λόγω νευρωνικού, με έξοδο την αποθορυβοποιημένη ακουστική εγγραφή αλλά και το επίπεδο εμπιστοσύνης ανίχνευσης μικρορωγμής. Κατά τη διάρκεια της παρούσας μελέτης, διάφορες μορφολογίες νευρωνικού δικτύου δοκιμάστηκαν, όπως με 1, 2 ή 3 επίπεδα νευρώνων, με διάφορες διαστάσεις του χώρου αναπαράστασης από 512 μέχρι 4096, διάφορες συναρτήσεις λάθους όπως MSE, L1Loss, HuberLoss, QuantileLoss, και διάφορους βελτιστοποιητές όπως Adam, Nadam, SGD, RMSprop, Adamax, Adadelta, ASGD, καθώς και με χρήση L1 και L2 regularizers. Όλα χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα εργασία με στόχο τη βελτιστοποίηση της εκμάθησης του νευρωνικού δικτύου..