CN110009214A - 高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响的评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响的评价方法，包括：步骤1.采集高坝泄洪振动信号并提取泄洪振动信号中振动峰值速度、振动主频率和低频能量集中系数作为环境扰动特性指标；步骤2.采集人体静坐正常情况下的正常心率和血压值，以及泄洪振动情况下人体心率和血压值，然后计算出人体的心率变化率和血压变化率；步骤3.建立心理烦恼率与振动峰值速度、振动主频率和低频能量集中系数的关系；步骤4.对振动峰值速度和低频能量集中系数与心率变化率和血压变化率指标，通过回归分析法分别建立关系；步骤5.建立基于人体生理与心理指标的泄洪振动影响综合评价模型，通过该综合评价模型对周边居民生活舒适度影响进行评价。

Description

高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响的评价方法
技术领域
本发明具体涉及一种高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响的评价方法。
技术背景
我国是世界水电的第一大国，已建或在建的高坝中，其坝高、泄量、泄洪功率都已超过目前世界最高水平。这些工程大多具有“水头高、流量大、泄洪功率大、河谷狭窄、地质条件复杂”等特点，泄水建筑物泄洪时，强烈紊动的泄洪水流往往携带巨大的能量，而引起强烈的振动。和常见的高频环境振动不同，泄洪振动具有持续性、低频性、微幅性、冲击性等鲜明特征，受泄量、调度方式、地质条件等影响较大，不仅会对周围建筑物的安全造成威胁，长期连续的泄洪振动还会对居民的正常生活、心理健康和生理健康造成不利影响，泄洪振动对人体生理和心理的影响事关民生，是重中之重。因此，有必要对高坝泄洪振动对人体的影响进行评价。
目前的振动对人体影响的评价标准都是以振动加速度，振动峰值速度或者振动频率为基本参数建立起来的，而没有考虑到人体的生理和心理等影响因素，因而其振动对人体影响评判标准的是有不足的，在泄洪工程应用方面也存在一定的局限与不足。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响的评价方法，结合人体生理和心理因素，增加泄洪振动对人体影响评判的可靠性。
本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：
本发明提供了一种高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.采集高坝泄洪振动信号并通过非平稳信号处理分析技术，提取泄洪振动信号中振动峰值速度、振动主频率和低频能量集中系数作为环境扰动特性指标；
步骤2.采集人体指标，包括：人体静坐正常情况下的正常心率和血压值，以及泄洪振动情况下人体心率和血压值，然后计算出人体的心率变化率和血压变化率作为人体指标；
步骤3.采用振动台试验与现场对试验者主观感受调查相结合的方法，建立心理烦恼率与振动峰值速度、振动主频率和低频能量集中系数的关系，确定心理烦恼率的隶属度u1；
步骤4.对步骤1获取的振动峰值速度和低频能量集中系数与步骤2获取的心率变化率和血压变化率指标，通过回归分析法分别建立关系；
步骤5.建立基于人体生理与心理指标的泄洪振动影响综合评价模型，通过该泄洪振动影响综合评价模型对周边居民生活舒适度影响进行评价，包括：
步骤5-1.选取心理烦恼率、心率变化率和血压变化率作为泄洪振动对人体影响的评价指标；
步骤5-2.确定各指标的权重向量：C＝(c1，c2，c3)，其中c1至c3依次表示心理烦恼率、心率变化率和血压变化率的权重；
步骤5-3.确定评价集及各指标的值域，其中至依次对应心理烦恼率、心率变化率和血压变化率的评价信息；
步骤5-4.采用k次抛物型隶属度函数，确定心率变化率和血压变化率两个评价指标的隶属度心率变化率隶属度用u2表示，血压变化率隶属度用u3表示；
k次抛物型隶属度函数如下式：
式中，下标i＝2或3，i＝2表示心率变化率的参数，i＝3表示血压变化率的参数；a表示心率变化率或血压变化率评价指标值域的最小值；b表示心率变化率或血压变化率评价指标值域的最大值；k是参数，且k>0；f(x)为评价指标的k次抛物型隶属度函数；
步骤5-5.确定舒适度的模糊评价集P＝(u1，u2，u3)；
步骤5-6.确定高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响综合评价因子：
Z＝P·V＝(u1，u2，u3)·(c1，c2，c3)T,
式中上标T表示转置，综合评价因子Z值越大，表示高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响越大。
本发明提供的高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响的评价方法，还可以具有以下特征：在步骤1中，低频能量集中系数指的是高坝泄洪振动处于低频范围的振动能量与总的振动能量的比值，可通过分析处理高坝泄洪振动曲线获取。
本发明提供的高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响的评价方法，还可以具有以下特征：在步骤2中，通过以下公式计算心率变化率和血压变化率：
式中：为变化率，HRt为泄洪振动条件下的心率或血压值，HR0为人体静坐正常情况下的心率或血压值；将泄洪振动条件下的心率值和人体静坐正常情况下的心率值代入公式，即可求得心率变化率将泄洪振动条件下的血压值和人体静坐正常情况下的血压值代入公式，即可求得血压变化率
本发明提供的高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响的评价方法，还可以具有以下特征：在步骤3中，采用振动台试验设备，控制振动条件，调查试验者在不同振动条件下的心理烦恼程度，进而建立心理烦恼率与振动峰值速度、振动主频率和低频能量集中系数的关系；并在所考虑的振动强度范围内，基于Fechner定律，确定烦恼率与振动强度之间的隶属度u1。
发明的作用与效果
(1)选取泄洪振动信号中振动峰值速度、主频率和低频能量集中系数等3个参数作为环境扰动特性指标，合理全面的考虑了高坝泄洪振动的特性。
(2)考虑了人体生理指标对高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响评价的影响，使评价结果更加真实合理。
(3)考虑了人的心理烦恼率对高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响评价的影响，增加了评价结果的可靠性。
(4)基于人体生理与心理指标建立泄洪振动影响综合评价模型，通过该泄洪振动影响评价模型对周边居民生活舒适度影响进行评价，使高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响，结果清晰，系统性强，更具体清晰地反映了高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响程度。
综上，本方法可以增加泄洪振动对人体影响评判的可靠性，对减少泄洪振动扰乱居民正常生活和居民健康的影响，具有非常重要的研究价值，同时还具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例中建立的泄洪振动影响综合评价模型的层次关系图；
图2为本发明实施例中涉及的k次抛物型隶属度函数的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明涉及的高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响的评价方法进行详细地说明。
<实施例>
本实施例所提供的高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响的评价方法包括以下步骤：
步骤1.采集高坝泄洪振动信号并通过小波分析等非平稳信号处理分析技术，提取泄洪振动信号中振动峰值速度(cm/s)、振动主频率(Hz)和低频能量集中系数这三个参数作为环境扰动特性指标。
低频能量集中系数指的是高坝泄洪振动处于低频范围的振动能量与总的振动能量的比值，可通过分析处理高坝泄洪振动曲线获取。
步骤2.采集人体指标，包括：人体静坐正常情况下的正常心率和血压值，以及泄洪振动情况下人体心率和血压值，然后计算出人体的心率变化率和血压变化率作为人体指标；
在步骤2中，通过以下公式计算心率变化率和血压变化率：
式中：为变化率，HRt为泄洪振动条件下的心率或血压值，HR0为人体静坐正常情况下的心率或血压值；将泄洪振动条件下的心率值和人体静坐正常情况下的心率值代入公式，即可求得心率变化率将泄洪振动条件下的血压值和人体静坐正常情况下的血压值代入公式，即可求得血压变化率
步骤3.采用振动台试验与现场对试验者主观感受调查相结合的方法，建立心理烦恼率与振动峰值速度、振动主频率和低频能量集中系数的关系，确定心理烦恼率的隶属度u1。
具体地，在步骤3中，是采用振动台试验设备，控制振动条件，调查试验者在不同振动条件下的心理烦恼程度(主观感受)，进而建立心理烦恼率与振动峰值速度、振动主频率和低频能量集中系数的关系；并在所考虑的振动强度范围内，基于心理学上的Fechner定律，确定烦恼率与振动强度之间的隶属度u1。
步骤4.对步骤1获取的振动峰值速度和低频能量集中系数与步骤2获取的心率变化率和血压变化率指标，根据获取的数据，将其对应关系表在坐标上，通过回归分析法分别建立具体关系；
步骤5.建立基于人体生理与心理指标的泄洪振动影响综合评价模型，通过该泄洪振动影响综合评价模型对周边居民生活舒适度影响进行评价。
如图1所示，本实施例中选取心率变化率，血压变化率和心理烦恼率为一级评价指标，选取振动基本参数：振动频率，振动峰值速度为二级指标，由此建立高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响综合评价模型。
步骤5-1.选取心理烦恼率、心率变化率和血压变化率作为泄洪振动对人体影响的评价指标；
步骤5-2.采用主观赋权法，选取专家共20人对指标进行赋权，确定各指标的权重向量：C＝(c1，c2，c3)，其中c1至c3依次表示心理烦恼率、心率变化率和血压变化率的权重；
步骤5-3.确定评价集及各指标的值域，其中至依次对应心理烦恼率、心率变化率和血压变化率的评价信息；
步骤5-4.采用如图2所示的k次抛物型隶属度函数，确定心率变化率和血压变化率两个评价指标的隶属度心率变化率隶属度用u2表示，血压变化率隶属度用u3表示；
k次抛物型隶属度函数如下式：
式中，下标i＝2或3，i＝2表示心率变化率的参数，i＝3表示血压变化率的参数，a表示心率变化率或血压变化率评价指标值域的最小值，b表示心率变化率或血压变化率评价指标值域的最大值，k>0，f(x)为评价指标的k次抛物型隶属度函数；
步骤5-5.确定舒适度的模糊评价集P＝(u1，u2，u3)；
步骤5-6.确定高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响综合评价因子：
Z＝P·V＝(u1，u2，u3)·(c1，c2，c3)T,
式中上标T表示转置，综合评价因子Z值越大，表示高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响越大。
实际应用中，可针对具体的高坝泄洪条件，以及居民区的环境条件，采用上述方法来确定高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响评价安全标准，据此来确定合理的泄洪方式以及洪水调节方式，从而实现泄洪振动的合理控制，减小对坝区居民正常生活和人体健康的影响。
以上实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响的评价方法，并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。

Claims (4)

1.高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.采集高坝泄洪振动信号并通过非平稳信号处理分析技术，提取泄洪振动信号中振动峰值速度、振动主频率和低频能量集中系数作为环境扰动特性指标；
步骤2.采集人体指标，包括：人体静坐正常情况下的正常心率和血压值，以及泄洪振动情况下人体心率和血压值，然后计算出人体的心率变化率和血压变化率作为人体指标；
步骤3.采用振动台试验与现场对试验者主观感受调查相结合的方法，建立心理烦恼率与振动峰值速度、振动主频率和低频能量集中系数的关系，确定心理烦恼率的隶属度u1；
步骤4.对步骤1获取的振动峰值速度和低频能量集中系数与步骤2获取的心率变化率和血压变化率指标，通过回归分析法分别建立关系；
步骤5.建立基于人体生理与心理指标的泄洪振动影响综合评价模型，通过该泄洪振动影响综合评价模型对周边居民生活舒适度影响进行评价，包括：
步骤5-1.选取心理烦恼率、心率变化率和血压变化率作为泄洪振动对人体影响的评价指标；
步骤5-2.确定各指标的权重向量：C＝(c1，c2，c3)，其中c1至c3依次表示心理烦恼率、心率变化率和血压变化率的权重；
步骤5-3.确定评价集及各指标的值域，其中至依次对应心理烦恼率、心率变化率和血压变化率的评价信息；
步骤5-4.采用k次抛物型隶属度函数，确定心率变化率和血压变化率两个评价指标的隶属度心率变化率隶属度用u2表示，血压变化率隶属度用u3表示；
k次抛物型隶属度函数如下式：
式中，下标i＝2或3，i＝2表示心率变化率的参数，i＝3表示血压变化率的参数，a表示心率变化率或血压变化率评价指标值域的最小值，b表示心率变化率或血压变化率评价指标值域的最大值，k>0，f(x)为评价指标的k次抛物型隶属度函数；
步骤5-5.确定舒适度的模糊评价集P＝(u1，u2，u3)；
步骤5-6.确定高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响综合评价因子：
Z＝P·V＝(u1，u2，u3)·(c1，c2，c3)T,
式中上标T表示转置，综合评价因子Z值越大，表示高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响越大。
2.根据权利要求1所述的高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响的评价方法，其特征在于：
其中，在步骤1中，低频能量集中系数指的是高坝泄洪振动处于低频范围的振动能量与总的振动能量的比值，可通过分析处理高坝泄洪振动曲线获取。
3.根据权利要求1所述的高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响的评价方法，其特征在于：
其中，在步骤2中，通过以下公式计算心率变化率和血压变化率：
式中：为变化率，HRt为泄洪振动条件下的心率或血压值，HR0为人体静坐正常情况下的心率或血压值；将泄洪振动条件下的心率值和人体静坐正常情况下的心率值代入公式，即可求得心率变化率将泄洪振动条件下的血压值和人体静坐正常情况下的血压值代入公式，即可求得血压变化率
4.根据权利要求1所述的高坝泄洪振动对周边居民生活舒适度影响的评价方法，其特征在于：
其中，在步骤3中，采用振动台试验设备，控制振动条件，调查试验者在不同振动条件下的心理烦恼程度，进而建立心理烦恼率与振动峰值速度、振动主频率和低频能量集中系数的关系；并在所考虑的振动强度范围内，基于Fechner定律，确定烦恼率与振动强度之间的隶属度u1。
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