Quantifying uncertainty in structural condition with Bayesian deep learning : A study on the Z-24 bridge benchmark

• Main Author: Asgrimsson, David Steinar
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) 2019
• Subjects: Bayesian Deep Learning; Autoencoders; Bridge Structural Health Monitoring; Bridge Damage Detection; Computer and Information Sciences; Data- och informationsvetenskap
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-251451

A machine learning approach to damage detection is presented for a bridge structural health monitoring system, validated on the renowned Z-24 bridge benchmark dataset where a sensor instrumented, threespan bridge was realistically damaged in stages. A Bayesian autoencoder neural network is trained to reconstruct raw sensor data sequences, with uncertainty bounds in prediction. The reconstruction error is then compared with a healthy-state error distribution and the sequence determined to come from a healthy state or not. Several realistic damage stages were successfully detected, making this a viable approach in a data-based monitoring system of an operational bridge. This is a fully operational, machine learning based bridge damage detection system, that is learned directly from raw sensor data. === En maskininlärningsmetod för strukturell skadedetektering av broar presenteras. Metoden valideras på det kända referensdataset Z-24, där en sensor-instrumenterad trespannsbro stegvist skadats. Ett Bayesianskt neuralt nätverk med autoenkoders tränas till att rekonstruera råa sensordatasekvenser, med osäkerhetsgränser i förutsägningen. Rekonstrueringsavvikelsen jämförs med avvikelsesfördelningen i oskadat tillstånd och sekvensen bedöms att komma från ett skadad eller icke skadat tillstånd. Flera realistiska stegvisa skadetillstånd upptäcktes, vilket gör metoden användbar i ett databaserat skadedetektionssystem för en bro i full storlek. Detta är ett lovande steg mot ett helt operativt databaserat skadedetektionssystem.