Seismic transient change of natural frequency estimation by adaptive filtering scheme

建築物の地震損傷検知のための適応回帰型システム同定

桐田 史生 ; 金澤 健司*; 北村 春幸*

Kirita, Fumio; Kanazawa, Kenji*; Kitamura, Haruyuki*

建築物の構造健全性を評価する構造ヘルスモニタリングに関する研究の中で、地震継続中における建築物の固有振動数の変化を詳細に把握する適応回帰型カルマンフィルタを開発した。地震中における建築物の固有振動数の変化を詳細に把握することによって、その変化の傾向から建築物の地震の影響をより詳細に評価することができると考えられる。適応回帰型カルマンフィルタとは従来のカルマンフィルタに対して3つの点を改良したシステム同定手法である。3つの点とは、(1)忘却係数による固有振動数の変動追従性の向上,(2)時間軸に対して順方向及び逆方向の解析プロセスを繰り返すことによる固有振動数の初期値の修正と解析結果の平滑化,(3)変数列更新アルゴリズムの適用による解析精度の向上である。開発手法の精度を検証するために数値シミュレーションを行い、その妥当性を評価した。さらに、実建物で観測された地震観測記録に開発手法を適用し、地震中における建築物の固有振動数の変動を評価した。

This paper presents a new system identification procedure for a time-varying system to estimate natural frequency transition of a building from a strong seismic motion record, named as "Adaptive Forward-Backward Kalman Filter (AFB-KF)". The AFB-KF is compared to the conventional Kalman Filter in the below three points: (1) Forgetting factor for covariance functions to track time-varying structural parameters rapidly, (2) Time-backward estimation scheme and global iteration scheme of the forward and backward processes to estimate unknown initial value of structural parameters, (3) The time series renewal algorithm of statistical properties by reflecting the previous analysis information to improve the identification accuracy. It is useful to accurately identify from natural frequency transition of a building during an earthquake for structural health monitoring which evaluates structural integrity.