Publicação
Optimal sensor placement for structural health monitoring networks of historical constructions
| Resumo: | Esta tese aborda o problema da Posicionamento Ótimo de Sensores (OSP) no contexto da Monitorização Estrutural Dinâmica (SHM) de edifícios patrimoniais. O trabalho surge da necessidade de melhorar a eficiência dos sistemas de instrumentação nestas estruturas complexas, que podem apresentar condicionantes significativas que dificultam a instalação extensiva de sensores, como por exemplo limitações de acessibilidade, os requisitos de conservação e os recursos disponíveis. Assim, propõe-se uma nova metodologia baseada em dados e independente de modelos numéricos. Adotou-se a igreja de Santa Ana, localizada em Sevilha, como caso de estudo representativo da arquitetura religiosa do sul de Espanha. O edifício foi caracterizado através de inspeções detalhadas, levantamentos e ensaios. A metodologia OSP foi avaliada e validada através de dados experimentais obtidos em ensaios de identificação dinâmica. Inicialmente avaliou-se a opinião de peritos, admitida como cenário de referência. Seguidamente, utilizou-se uma abordagem heurística para a otimização automática. Foram avaliadas dezasseis métricas para diferentes condições, incluindo número de sensores, conjuntos de modos-alvo, fontes de dados baseadas em dados medidos ou de modelos, e conjuntos de sensores candidatos. Introduziu-se ainda o conceito de Conjunto Essencial de Sensores (ESS), como referência objetiva baseada em dados medidos, e propôs-se um novo índice (NS-index) que apoia a definição do número ótimo de sensores. Foram ainda desenvolvidos métodos híbridos que combinam um critério bem estabelecido como a Independência Efetiva (Eff) com duas métricas espectrais, nomeadamente a Razão de Distinção do Pico (PDR) e o Valor Absoluto do Pico (APV). Estas abordagens melhoram a identificação das frequências e permitem o controlo sobre a ponderação entre configurações de sensores especialistas e generalistas através de um parâmetro de agregação. Os resultados permitiram a formulação de recomendações práticas para a definição de sistemas de monitorização dinâmica eficientes que se adaptam às condicionantes do património edificado. A metodologia proposta constitui uma alternativa realista e reprodutível que não depende de modelos numéricos e da experiência do operador, e que dá prioridade à qualidade dos dados experimentais. |
|---|---|
| Autores principais: | Chaves Moreno, A. Estefanía |
| Assunto: | Abordagem baseada em dados Edifícios históricos Métricas baseadas no PSD Monitorização estrutural dinâmica Posicionamento ótimo de sensores Data-driven approach Historic buildings Optimal sensor placement PSD-based metrics Structural health monitoring |
| Ano: | 2025 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso embargado |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | Esta tese aborda o problema da Posicionamento Ótimo de Sensores (OSP) no contexto da Monitorização Estrutural Dinâmica (SHM) de edifícios patrimoniais. O trabalho surge da necessidade de melhorar a eficiência dos sistemas de instrumentação nestas estruturas complexas, que podem apresentar condicionantes significativas que dificultam a instalação extensiva de sensores, como por exemplo limitações de acessibilidade, os requisitos de conservação e os recursos disponíveis. Assim, propõe-se uma nova metodologia baseada em dados e independente de modelos numéricos. Adotou-se a igreja de Santa Ana, localizada em Sevilha, como caso de estudo representativo da arquitetura religiosa do sul de Espanha. O edifício foi caracterizado através de inspeções detalhadas, levantamentos e ensaios. A metodologia OSP foi avaliada e validada através de dados experimentais obtidos em ensaios de identificação dinâmica. Inicialmente avaliou-se a opinião de peritos, admitida como cenário de referência. Seguidamente, utilizou-se uma abordagem heurística para a otimização automática. Foram avaliadas dezasseis métricas para diferentes condições, incluindo número de sensores, conjuntos de modos-alvo, fontes de dados baseadas em dados medidos ou de modelos, e conjuntos de sensores candidatos. Introduziu-se ainda o conceito de Conjunto Essencial de Sensores (ESS), como referência objetiva baseada em dados medidos, e propôs-se um novo índice (NS-index) que apoia a definição do número ótimo de sensores. Foram ainda desenvolvidos métodos híbridos que combinam um critério bem estabelecido como a Independência Efetiva (Eff) com duas métricas espectrais, nomeadamente a Razão de Distinção do Pico (PDR) e o Valor Absoluto do Pico (APV). Estas abordagens melhoram a identificação das frequências e permitem o controlo sobre a ponderação entre configurações de sensores especialistas e generalistas através de um parâmetro de agregação. Os resultados permitiram a formulação de recomendações práticas para a definição de sistemas de monitorização dinâmica eficientes que se adaptam às condicionantes do património edificado. A metodologia proposta constitui uma alternativa realista e reprodutível que não depende de modelos numéricos e da experiência do operador, e que dá prioridade à qualidade dos dados experimentais. |
|---|