Implementacion de un algoritmo de monitoreo de salud estructural basado en objetos simbolicos y clasificación por agrupamiento

Abstract

El presente trabajo de Tesis muestra la implementación y análisis de variados métodos de aprendizaje de máquinas y minería de datos, desde la fase de extracción de características sensibles usando objetos simbólicos y clasificación mediante algoritmos de agrupamiento, para el estudio y monitoreo de la condición estructural de obras civiles, con énfasis en la detección temprana de la ocurrencia de daños estructurales. El monitoreo de salud estructural mediante algoritmos de minería de datos, reconocimiento de patrones y aprendizaje de máquinas es un campo moderno y activo en la Ingeniería Civil. El flujo general es que a partir de mediciones de aceleración en sitio y utilizando metodologías de identificación de sistemas, se extrae la información modal que representa algún modelo clásico de la dinámica estructural. En este trabajo se busca extender el tipo de información que se puede extraer desde las series de aceleración, estudiando el uso de las series de aceleración en bruto y a su vez mediante la extracción de características sensibles usando ajustes de modelos autoregresivos. La metodología global que se utiliza está basada en el agrupamiento de objetos simbólicos que representan el comportamiento estadístico de características sensibles, y se implementa tanto en series de aceleración obtenidas en laboratorio como en un edificio en operación instrumentado. En el segundo capítulo se estudian las series de aceleración en bruto como entrada para la transformación a objetos simbólicos con uso de histogramas e intervalos intercuartiles, concluyéndose que la energía de entrada es altamente determinante en los grupos obtenidos por los algoritmos de clasificación. Aún así, se puede extraer información del estado estructural si se analizan series de aceleración obtenidas desde un misma condición operacional y ambiental. En el tercer capítulo se estudia la extracción de otro tipo de característica basada en modelos autoregresivos, con las que se generan series de coeficientes de modelos AR(p) ajustados a las series de aceleración originales, encontrándose que los parámetros AR son mucho más sensibles a los cambios estructurales que la aceleración y que dicha sensibilidad puede aumentarse sin pérdida de robustez si se consideran líneas base de referencia. En el cuarto capítulo se analiza el uso de las series de coeficientes AR como entrada para la condensación a objetos simbólicos con los que realizar el agrupamiento, consiguiendo una mejora considerable en la separación de con respecto al uso de las series de aceleración en bruto.