CN112035919A - 桥梁在役性能安全评估方法及系统、存储介质及设备 - Google Patents

桥梁在役性能安全评估方法及系统、存储介质及设备 Download PDF

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CN112035919A CN202010854892.7A CN202010854892A CN112035919A CN 112035919 A CN112035919 A CN 112035919A CN 202010854892 A CN202010854892 A CN 202010854892A CN 112035919 A CN112035919 A CN 112035919A
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Abstract

本申请公开一种桥梁在役性能安全评估方法及系统、存储介质及设备，涉及桥梁安全评估相关技术领域。该方法包括确定影响桥梁在役性能的多个风险事件，并对每个风险事件进行权重分配；确定每个风险事件所包括的风险子事件，以及对每个风险子事件进行性能评分；根据风险事件的权重以及每个风险子事件的性能评分计算出桥梁在役性能的性能评分；根据桥梁在役性能的性能评分确定桥梁安全评估等级。本申请提供了一种桥梁在役性能的性能评分的理论计算方法，根据桥梁在役性能的性能评分确定桥梁安全评估等级，避免了人为主观性因素对桥梁在役性能安全评估的影响，提高了桥梁在役性能安全评估的精确度。

Description

桥梁在役性能安全评估方法及系统、存储介质及设备
技术领域
本申请涉及桥梁安全评估相关技术领域，尤其涉及一种桥梁在役性能安全评估方法及系统、存储介质及设备。
背景技术
现阶段国内外在桥梁风险、安全评估的研究一般针对桥梁设计期和施工期，针对运营期的桥梁风险、安全评估研究较少。运营期是桥梁工程发挥作用的关键时期，桥梁工程在运营期受到多种风险因素的影响，从而会影响行车安全。例如，桥梁工程在运营期会受到气候、桥梁氧化、腐蚀或老化等因素的影响；长期在恒载和活载的作用下桥梁会产生各种损伤或局部损毁，进而影响桥梁的强度和刚度。
因此，需要对运营期的桥梁风险、安全进行评估，但现有桥梁风险、安全评估的研究缺乏全面性和系统性，且研究易受专家的主观性的影响，进而降低了风险、安全评估的精确度。
因此，如何提供一种成为具有全面性和系统性的桥梁风险、安全评估方法，以提高桥梁风险、安全评估的精确度，成为研究本领域亟需解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种桥梁在役性能安全评估方法，其能够改善现有桥梁在役性能安全评估方法的精确度低的问题。
另一目的还在于提供一种桥梁在役性能安全评估系统，以及一种计算机存储介质及计算机设备。
第一方面，本申请实施例提供一种桥梁在役性能安全评估方法，包括：
确定影响桥梁在役性能的多个风险事件；并对每个风险事件进行权重分配；
确定每个风险事件所包括的风险子事件，以及对每个风险子事件进行性能评分；
根据风险事件的权重以及每个风险子事件的性能评分计算出桥梁在役性能的性能评分；
根据桥梁在役性能的性能评分确定桥梁安全评估等级。
在上述实现过程中，提供了一种桥梁在役性能的性能评分的理论计算方法；根据风险事件的权重及每个风险子事件的性能评分计算得到桥梁在役性能的性能评分，根据桥梁在役性能的性能评分确定桥梁安全评估等级，避免了人为主观性因素对桥梁在役性能安全评估的影响，提高了桥梁在役性能安全评估的精确度。
在一种可能的实施方案中，对每个风险子事件进行性能评分包括：
确定每个风险子事件的邓氏关联系数；
根据每个风险子事件的邓氏关联系数计算每个风险子事件的关联度；
根据每个风险子事件的关联度计算每个风险子事件的性能评分。
在上述实现过程中，根据邓氏关联系数确定每个风险子事件的性能评分，这为风险子事件的性能评分提供了理论依据。
在一种可能的实施方案中，确定每个风险子事件的邓氏关联系数包括：
采用参数值表征风险子事件；
确定每个风险子事件在不同时刻所对应的参数值；
根据三西格玛准则对参数值进行筛选并剔除异常数据；
根据邓氏关联系数计算公式计算得出每个风险子事件的邓氏关联系数。
在一种可能的实施方案中，在对每个风险子事件进行性能评分之前，确定每个风险事件所包括的风险子事件之后，还包括：
根据层次分析法确定每个风险子事件的权重。
在一种可能的实施方案中，风险事件包括静力性能、动力性能和结构线形三个风险事件；
静力性能风险事件包括主梁应变、桥墩应变、主梁变形和墩台沉降四个风险子事件；
动力性能风险事件包括主梁竖向振幅、主梁横向振幅、主梁模态和桥墩横向振幅四个风险子事件；
结构线形风险事件包括平面线形和纵断面线形两个风险子事件。
在一种可能的实施方案中，根据风险事件的权重以及每个风险子事件的性能评分计算出桥梁在役性能的性能评分包括：
根据风险子事件的性能评分和风险子事件的权重计算每个风险事件的性能评分；风险事件的性能评分公式为：
Figure BDA0002646082490000031
其中，i为每个风险事件中风险子事件的个数，i＝1、2、…、a；wi为每个风险子事件的权重；Dci为每个风险子事件的性能评分；
根据风险事件的性能评分和风险事件的权重计算桥梁在役性能的性能评分；桥梁在役性能的性能评分公式为：
Figure BDA0002646082490000032
其中，n为影响在役性能的风险事件的个数，n＝1、2、…、b；wn为每个风险事件的权重；Ddn为每个风险事件的性能评分。
在上述实现过程中，根据风险子事件的性能评分依次计算得到每个风险事件的性能评分，及桥梁在役性能的性能评分，保证根据理论计算得到桥梁在役性能的性能评分，为进一步确定桥梁安全评估等级提供理论基础，提高了桥梁在役性能安全评估的精确度。
在一种可能的实施方案中，桥梁安全评估等级包括：
等级1：D≥95；
等级2：95>D≥80；
等级3：80>D≥60；
等级4：60>D≥40；
等级5：40>D。
另一方面，本申请实施例提供一种桥梁在役性能安全评估系统，包括：
风险事件确定模块，用于确定影响桥梁在役性能的多个风险事件；
风险子事件确定模块，用于确定每个风险事件所包括的风险子事件；
计算模块，用于计算风险子事件的性能评分及桥梁在役性能的性能评分；
桥梁安全评估等级确定模块，用于根据桥梁在役性能的性能评分确定桥梁安全评估等级。
另一方面，本申请实施例提供一种计算机存储介质，其存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的桥梁在役性能安全评估方法。
另一方面，本申请实施例提供一种计算机设备，包括：
存储器及处理器，
存储器存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的桥梁在役性能安全评估方法。
与现有技术相比，本申请的有益效果：
1、该方法根据风险事件的权重及每个风险子事件的性能评分计算得到桥梁在役性能的性能评分，并根据桥梁在役性能的性能评分确定桥梁安全评估等级，避免了人为主观性因素对桥梁在役性能安全评估的影响，提高了桥梁在役性能安全评估的精确度。
2、该方法采用层次分析法计算风险事件及风险子事件的权重，并根据邓氏关联系数计算风险子事件、风险事件及桥梁在役性能的性能评分，为进一步确定桥梁安全评估等级提供理论基础，提高了桥梁在役性能安全评估的精确度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为根据本申请实施例示出的一种桥梁在役性能安全评估方法的示意图；
图2为根据本申请实施例示出的一种判断矩阵标度表；
图3为根据本申请实施例示出的一种随机一致性指标RI取值表；
图4为根据本申请实施例示出的一种桥梁在役性能安全评估系统的示意图；
图5为根据本申请实施例示出的一种桥梁在役性能安全评估系统所应用的通信系统场景的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请具体实施方式的技术方案作进一步详细说明，这些实施方式仅用于说明本申请，而非对本申请的限制。
根据本申请的一个方面，本实施例提供一种桥梁在役性能安全评估方法。参见图1，该方法包括：
S1、确定影响桥梁在役性能的多个风险事件；并对每个风险事件进行权重分配。
S2、确定每个风险事件所包括的风险子事件；以及对每个风险子事件进行性能评分。
S3、根据风险事件的权重以及每个风险子事件的性能评分计算出桥梁在役性能的性能评分。
S4、根据桥梁在役性能的性能评分确定桥梁安全评估等级。
本申请的工作原理及工作过程：
本申请提供了一种桥梁在役性能的性能评分的理论计算方法，根据风险事件的权重及每个风险子事件的性能评分计算得到桥梁在役性能的性能评分；并根据桥梁在役性能的性能评分确定桥梁安全评估等级，避免了人为主观性因素对桥梁在役性能安全评估的影响，提高了桥梁在役性能安全评估的精确度。
在一种实施方式中，步骤S1和S2中，风险事件包括静力性能、动力性能和结构线形三个风险事件。静力性能风险事件包括主梁应变、桥墩应变、主梁变形和墩台沉降四个风险子事件。动力性能风险事件包括主梁竖向振幅、主梁横向振幅、主梁模态和桥墩横向振幅四个风险子事件。结构线形风险事件包括平面线形和纵断面线形两个风险子事件。
需要说明的是，风险事件和风险子事件的种类只是示例性的，本申请对于风险事件和风险子事件的种类不做具体保护，凡是影响桥在役性能的种类均在本申请的保护范围内。
在一种实施方式中，步骤S2中，根据邓氏关联系数对每个风险子事件进行性能评分，具体包括以下步骤：
确定每个风险子事件的邓氏关联系数；以X0(t)＝{X0(t)|1、2、…、m}表示每个风险子事件的参考(理论值)系列，以Xi(t)＝{Xi(t)|1、2、…、m}，i＝1、2、…、a，表示每个风险子事件的比较(监测值)系列，其中，i为每个风险事件所包含的风险子事件的个数。参考系列X0(t)和比较系列Xi(t)在t点的邓氏关联系数为：
Figure BDA0002646082490000051
其中，|X0(t)-Xi(t)|表示X0(t)与Xi(t)在t点的绝对差值；ρ为分辨系数。ρ的取值介于0～1，较佳地，ρ的取值为0.5。
根据每个风险子事件的邓氏关联系数计算每个风险子事件的关联度；具体为：对参考系列X0(t)和比较系列Xi(t)的邓氏关联系数取平均值，该平均值即为每个风险子事件的关联度。该关联度的公式为：
Figure BDA0002646082490000061
其中，ξi(t)表示每个风险子事件的邓氏关联系数，t为时间。
根据每个风险子事件的关联度计算每个风险子事件的性能评分。该风险子事件的性能评分公式为：
Dci＝100×ri，100≥Dci≥0 公式(3)
在本实施方式中，根据每个风险子事件的邓氏关联系数确定每个风险子事件的性能评分，为风险子事件的性能评分的计算提供了理论依据。
在一种实施方式中，步骤S2中，确定每个风险子事件的邓氏关联系数包括以下步骤：
采用一个参数值表征一个风险子事件；
确定每个风险子事件在不同时刻所对应的参数值；
根据三西格玛准则对所确定的参数值进行筛选并剔除异常数据，得到比较系列Xi(t)；
根据邓氏关联系数计算公式(1)计算得出每个风险子事件的邓氏关联系数。
在一种实施方式中，步骤S2中，在对每个风险子事件进行性能评分之前，确定每个风险事件所包括的风险子事件之后，还包括：
根据层次分析法确定每个风险子事件的权重。
较佳地，根据层次分析法确定每个风险事件的权重。
根据层次分析法确定每个风险事件和/或风险子事件的权重包括以下步骤：
根据图2的标度表将风险事件两两比较得到风险事件的判断矩阵；或根据图2的标度表将每个风险事件所对应的风险子事件两两比较得到风险子事件的判断矩阵；
根据风险事件和/或风险子事件的判断矩阵，得到每个风险事件和/或风险子事件的权重；
对个风险事件和/或风险子事件的权重进行一致性检验。
以风险事件为例，桥梁在役性能包括静力性能、动力性能和结构线形三个风险事件。根据图2的标度表将静力性能、动力性能和结构线形两两比较，两两比较后的比值构成风险事件的判断矩阵。
假设存在有一同阶正则向量，使得存在WQ＝λmaxQ，解此特征方程所得到的Q经归一化后即为静力性能、动力性能和结构线形所对应的权重。
对λmax进行一致性和随机性检验。判断矩阵的一致性一般利用一致性指标CI检验；CI的值越大，表明判断矩阵偏离完全一致性的程度越大；CI的值越小，表明判断矩阵越接近于完全一致性。
具体为：根据公式(4)对λmax进行检验，计算一致性指标
CI＝(λmax-N)/(N-1) 公式(4)
若CI＝(λmax-N)/(N-1)＝0，则该判断矩阵具有完全一致性，检验结束。
若CI＝(λmax-N)/(N-1)＝≠0，需根据公式(5)进一步检验
CR＝CI/RI 公式(5)
其中，RI的取值由图3中的随机一致性指标取值确定,N为判断矩阵的阶数。
若CR＝CI/RI<0.1，该判断矩阵的随机一致性能够接受；否则，需重新构造判断矩阵，直至判断矩阵的随机一致性满足上述要求。
假设将静力性能、动力性能和结构线形两两比较后得到的判断矩阵如表1所示：
表1风险事件的判断矩阵
桥梁在役性能 静力性能 动力性能 结构线形
静力性能 1 1/5 1/3
动力性能 5 1 3
结构线形 3 1/3 1
通过对上述判断矩阵计算，该判断矩阵的特征向量和特征值分别为：
W＝[0.105 0.637 0.258]T，λmax＝3.239，CI＝0.019；
CR＝CI/RI＝0.033<0.1，一致性检验通过。
在一种实施方式中，根据风险事件的权重以及每个风险子事件的性能评分计算出桥梁在役性能的性能评分包括：
根据每个风险事件所对应的风险子事件的性能评分和风险子事件的权重计算每个风险事件的性能评分；风险事件的性能评分公式为：
Figure BDA0002646082490000081
其中，i为每个风险事件中所包含的风险子事件的个数，i＝1、2、…、a；wi为每个风险子事件的权重；Dci为每个风险子事件的性能评分。
根据风险事件的性能评分和风险事件的权重计算桥梁在役性能的性能评分；桥梁在役性能的性能评分公式为：
Figure BDA0002646082490000082
其中，n为影响在役性能的风险事件的个数，n＝1、2、…、b；wn为每个风险事件的权重；Ddn为每个风险事件的性能评分。
在本实施方式中，根据风险子事件的性能评分依次计算得到每个风险事件的性能评分，及桥梁在役性能的性能评分，为桥梁在役性能的性能评分的计算提供一种理论方法，为进一步根据桥梁在役性能的性能评分确定桥梁安全评估等级提供理论基础，提高了桥梁在役性能安全评估的精确度。
在一种实施方式中，桥梁安全评估等级包括：
等级1，D≥95；
等级2：95>D≥80；
等级3：80>D≥60；
等级4：60>D≥40；
等级5：40>D。
D的取值越高，桥梁风险性越低，桥梁安全性越高；即等级1最安全，等级5最危险。
本申请中的方法采用层次分析法计算风险事件及风险子事件的权重，并根据邓氏关联系数计算风险子事件的性能评分，然后根据风险子事件的性能评分计算风险事件及桥梁在役性能的性能评分，为计算桥梁在役性能的性能评分提供了一种理论方法。并根据桥梁在役性能的性能评分确定桥梁安全评估等级，为进一步确定桥梁安全评估等级提供理论基础，避免了人为主观性因素对桥梁在役性能安全评估的影响，提高了桥梁在役性能安全评估的精确度。
根据本申请的一个方面，本实施例提供一种桥梁在役性能安全评估系统。参见图4，该系统包括风险事件确定模块100、风险子事件确定模块200、计算模块300和桥梁安全评估等级确定模块。风险事件确定模块100用于确定影响桥梁在役性能的多个风险事件；风险子事件确定模块200用于确定每个风险事件所包括的风险子事件；计算模块300用于计算风险子事件的性能评分及桥梁在役性能的性能评分；桥梁安全评估等级确定模块400用于根据桥梁在役性能的性能评分确定桥梁安全评估等级。
在一种实施方式中，该系统还包括权重分配模块500，用于对每个风险事件，及每个风险事件所对应的风险子事件进行权重分配。
根据本申请的一个方面，本实施例提供一种计算机存储介质，其存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的桥梁在役性能安全评估方法；计算机存储介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器设备，包括例如：半导体存储器设备，例如EPROM、EEPROM和闪存设备；磁盘，例如内部硬盘或可移动盘；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。
根据本申请的一个方面，本实施例提供一种计算机设备。图5为上述的桥梁在役性能安全评估系统所应用的通信系统场景的结构示意图。桥梁在役性能安全评估系统可在管控终端11提供管理界面以进行人机交互，管控终端11连接计算机设备12，本申请的系统可搭载于该计算机设备12上，而计算机设备12通过网关设备(交换机等)13远程通信连接至各数据采集装置14，从而实现前述实施例中的桥梁在役性能安全评估方法。
具体的，计算机设备包括：存储器及处理器，存储器存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的桥梁在役性能安全评估方法。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－ProgrammableGateArray，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件；上述的存储器可能包含随机存取存储器(RandomAccessMemory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种桥梁在役性能安全评估方法，其特征在于，包括：
确定影响所述桥梁在役性能的多个风险事件；并对每个所述风险事件进行权重分配；
确定每个所述风险事件所包括的风险子事件，以及对每个所述风险子事件进行性能评分；
根据所述风险事件的权重以及每个所述风险子事件的性能评分计算出桥梁在役性能的性能评分；
根据所述桥梁在役性能的性能评分确定桥梁安全评估等级。
2.根据权利要求1所述的桥梁在役性能安全评估方法，其特征在于，所述对每个所述风险子事件进行性能评分包括：
确定每个所述风险子事件的邓氏关联系数；
根据每个所述风险子事件的邓氏关联系数计算每个所述风险子事件的关联度；
根据每个所述风险子事件的关联度计算每个所述风险子事件的性能评分。
3.根据权利要求2所述的桥梁在役性能安全评估方法，其特征在于，所述确定每个所述风险子事件的邓氏关联系数包括：
采用参数值表征所述风险子事件；
确定每个所述风险子事件在不同时刻所对应的参数值；
根据三西格玛准则对所述参数值进行筛选并剔除异常数据；
根据邓氏关联系数计算公式计算得出每个所述风险子事件的邓氏关联系数。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的桥梁在役性能安全评估方法，其特征在于，在所述对每个所述风险子事件进行性能评分之前，所述确定每个所述风险事件所包括的风险子事件之后，还包括：
根据层次分析法确定每个所述风险子事件的权重。
5.根据权利要求4所述的桥梁在役性能安全评估方法，其特征在于，所述风险事件包括静力性能、动力性能和结构线形三个风险事件；
所述静力性能风险事件包括主梁应变、桥墩应变、主梁变形和墩台沉降四个风险子事件；
所述动力性能风险事件包括主梁竖向振幅、主梁横向振幅、主梁模态和桥墩横向振幅四个风险子事件；
所述结构线形风险事件包括平面线形和纵断面线形两个风险子事件。
6.根据权利要求4所述的桥梁在役性能安全评估方法，其特征在于，所述根据所述风险事件的权重以及每个所述风险子事件的性能评分计算出桥梁在役性能的性能评分包括：
根据所述风险子事件的性能评分和所述风险子事件的权重计算每个所述风险事件的性能评分；所述风险事件的性能评分公式为：
Figure FDA0002646082480000021
其中，i为每个风险事件中风险子事件的个数，i＝1、2、…、a；wi为每个风险子事件的权重；Dci为每个风险子事件的性能评分；
根据所述风险事件的性能评分和所述风险事件的权重计算所述桥梁在役性能的性能评分；所述桥梁在役性能的性能评分公式为：
Figure FDA0002646082480000022
其中，n为影响在役性能的风险事件的个数，n＝1、2、…、b；wn为每个风险事件的权重；Ddn为每个风险事件的性能评分。
7.根据权利要求6所述的桥梁在役性能安全评估方法，其特征在于，所述桥梁安全评估等级包括：
等级1：D≥95；
等级2：95>D≥80；
等级3：80>D≥60；
等级4：60>D≥40；
等级5：40>D。
8.一种桥梁在役性能安全评估系统，其特征在于，包括：
风险事件确定模块，用于确定影响所述桥梁在役性能的多个风险事件；
风险子事件确定模块，用于确定每个所述风险事件所包括的风险子事件；
计算模块，用于计算所述风险子事件的性能评分及所述桥梁在役性能的性能评分；
桥梁安全评估等级确定模块，用于根据所述桥梁在役性能的性能评分确定桥梁安全评估等级。
9.一种计算机存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的桥梁在役性能安全评估方法。
10.一种计算机设备，其特征在于，包括：
存储器及处理器，
所述存储器存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的桥梁在役性能安全评估方法。
CN202010854892.7A 2020-08-24 2020-08-24 桥梁在役性能安全评估方法及系统、存储介质及设备 Pending CN112035919A (zh)

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