基于量子组合优化的土木结构最优传感器布置
系统与控制
2024-01-10 v2 系统与控制
摘要
在过去十年中，工业4.0和物联网（IoT）等概念促进了传感技术可用性与可负担性的提升。在此背景下，结构健康监测（SHM）作为一个尤其值得关注和开发这些新传感能力的领域应运而生，因为结构应用对人类生命至关重要且人工监测成本高昂。由于结构系统的规模，设计现代监测系统的主要挑战之一是最优传感器布置（OSP）问题。OSP问题本质上是组合型的，使其精确解在大多数实际情况下不可行，通常需要使用元启发式优化技术。尽管诸如遗传算法（GA）等方法已在许多实际案例研究中取得显著成果，但其扩展到更复杂结构的能力仍是开放的研究领域。本研究提出一种新颖的基于量子组合优化的方法来近似求解SHM背景下的OSP问题。为此，以结构的模态应变能（MSE）为出发点，建立了二次无约束二元优化（QUBO）模型公式。该框架通过使用不同规模的Warren桁架桥数值模拟进行了测试。将所提框架获得的结果与穷举搜索方法进行比较以验证其性能。更重要的是，向读者详细讨论了该技术当前的局限性及该领域未来的研究路径。
引用
@article{arxiv.2305.08738,
title = {Quantum-Based Combinatorial Optimization for Optimal Sensor Placement in Civil Structures},
author = {Gabriel San Martin Silva and Enrique Lopez Droguett},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.08738},
year = {2024}
}