基于OPTICS聚类算法的流场结构特征分析方法

王 锐，辛大波，欧进萍

(1. 哈尔滨工业大学 土木工程学院，哈尔滨 150090；2. 东北林业大学 土木工程学院，哈尔滨 150040)

0 引言

长大跨度桥梁、远距离大跨度的输电塔线、高耸通讯塔桅等基础设施，分别构成了交通网络、能源网络和通讯网络中的关键节点，是我国乃至世界各国经济社会发展所需要的基础设施工程。这些工程结构往往具备长、柔的特征，对风荷载敏感，易产生显著的风致静力和振动响应[1-3]。因此，对长、柔结构物的风工程问题进行研究，对于提高结构抗风能力，保障基础设施网络的安全性、可靠性和鲁棒性具有十分重要的意义。

流场结构特征分析是风工程研究中的重要内容，是揭示结构物周围的流场结构，归纳流动规律，分析结构的风荷载成因与控制方法的必要途径。一般结构物附近的流场可以由基于计算流体动力学（CFD）的数值模拟手段获得[4-7]。近年来，随着如粒子图像测速（PIV）这样的流场可视化技术的发展，利用风洞试验也可以获取结构周围流场[8-9]。

流场数据一般包含流场区域中各点对应的速度、涡量、湍动能等数据，是一种典型的高维数据。对流场数据的分析要依赖于各种各样的降阶模型[10]。本征正交分解（POD）是一种在流场动力分析中常用的降阶方法，其假设每一个流场样本可以视为不同流场模态的线性组合，并通过对特征值问题的求解，获取各流场模态的统计显著程度[11-12]。动模态分解（DMD）则假设每一个流场样本可由上一时刻的流场样本通过线性映射矩阵获得。……