CN113807655A - 城市生命线管线运行风险评估方法、装置及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种城市生命线管线运行风险评估方法、装置及电子设备，其中方法包括：基于生命线系统中各生命线管线的自有属性、生命线系统的外部灾害干扰和生命线系统中管线间的耦合关系，分析得出生命线管线失效可能性；基于与承灾体相关的易损因子，对承灾体进行易损性分析，获取承灾体易损性；分析城市应急管理部门对突发事件的前期预防准备、监测监控和救援处置，获取城市应急管理部门的应急管理水平；基于生命线管线失效可能性、承灾体易损性及应急管理水平，综合计算分析结果；基于分析结果，划分风险等级，提出生命线管线防护措施建议。本发明可系统的分析生命线管线的风险，有助于管理者对风险管线制定防护策略，避免公共安全资源的浪费。
Description
技术领域
本发明涉及管线检测技术领域，尤其涉及一种城市生命线管线运行风险评估方法、装置及电子设备。
背景技术
城市生命线管线是保障城市居民生产生活，维持城市基本机能的网络状公共工程，主要包括电力、燃气、给排水、热力、通信管线等。然而，城市生命线管线在内外环境因素的干扰下，可能引发诸多不安全因素并造成整个生命线系统的破坏。
目前，关于城市生命线管线，在系统层面的综合研究较少，多为针对特定管线、单一灾种的研究。因此，现有分析方法在实际应用中难以真实的反映出城市生命线管线的风险大小，准确性较低。
发明内容
本发明提供一种城市生命线管线运行风险评估方法、装置及电子设备，用以解决现有技术中难以准确评估城市生命线管线的运行风险的问题，实现提高城市生命线管线运行风险评估结果的准确性的目标。
第一方面，本发明提供一种城市生命线管线运行风险评估方法，包括：基于生命线系统中各生命线管线的自有属性、所述生命线系统的外部灾害干扰和所述生命线系统中管线间的耦合关系，分析得出生命线管线失效可能性；
基于与承灾体相关的易损因子，对所述承灾体进行易损性分析，获取承灾体易损性；
分析城市应急管理部门对突发事件的前期预防准备、监测监控和救援处置，获取所述城市应急管理部门的应急管理水平；
基于所述生命线管线失效可能性、所述承灾体易损性及所述应急管理水平，综合计算分析结果；
基于所述分析结果，评估所述生命线管线的运行风险。
第二方面，本发明还提供一种城市生命线管线运行风险评估装置，包括：失效分析模块，用于基于生命线系统中各生命线管线的自有属性、所述生命线系统的外部灾害干扰和所述生命线系统中管线间的耦合关系，分析得出生命线管线失效可能性；
易损指标模块，用于基于与承灾体相关的易损因子，对所述承灾体进行易损性分析，获取承灾体易损性；
应急管理模块，用于分析城市应急管理部门对突发事件的前期预防准备、监测监控和救援处置，获取所述城市应急管理部门的应急管理水平；
分析结果模块，用于基于所述生命线管线失效可能性、所述承灾体易损性及所述应急管理水平，综合计算分析结果；
防护措施模块，基于所述分析结果，划分风险等级，提出生命线管线防护措施建议。
第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如上述第一方面所述的城市生命线管线运行风险评估方法的步骤。
第四方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的城市生命线管线运行风险评估方法的步骤。
本发明提供的城市生命线管线运行风险评估方法、装置及电子设备，通过获取生命线管线失效原因，分析出生命线管线失效可能性，并通过对承灾体进行易损性分析，以及从预防准备、监测监控和救援处置三个方面反应城市应急管理部门对突发事件的应急管理水平，更系统、准确的评估生命线管线的运行风险，且评估结果对高、中、低风险的分级有助于管理者对中、高风险管线进行重点防护，避免公共安全资源的浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。
图1是本发明提供的城市生命线管线运行风险评估方法的流程示意图；
图2是本发明提供的城市生命线管线运行风险评估方法的外部扰动灾害间耦合关系示例图；
图3是本发明提供的城市生命线管线运行风险评估方法的外部扰动—生命线管线耦合关系示例图；
图4是本发明提供的城市生命线管线运行风险评估方法的管径与安全临界埋深关系图；
图5是本发明提供的城市生命线管线运行风险评估方法的空间位置对社会影响的修正曲线图；
图6是本发明提供的城市生命线管线运行风险评估方法的分析结果模型示意图；
图7是本发明提供的城市生命线管线运行风险评估装置的结构示意图；
图8是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明提供的城市生命线管线运行风险评估方法的流程示意图，如图1所示，本发明提供了一种城市生命线管线运行风险评估方法，包括：
步骤S101，基于生命线系统中各生命线管线的自有属性、所述生命线系统的外部灾害干扰和所述生命线系统中管线间的耦合关系，分析得出生命线管线失效可能性；
步骤S102，基于与承灾体相关的易损因子，对所述承灾体进行易损性分析，获取承灾体易损性；
步骤S103，分析城市应急管理部门对突发事件的前期预防准备、监测监控和救援处置，获取所述城市应急管理部门的应急管理水平；
步骤S104，基于所述生命线管线失效可能性、所述承灾体易损性及所述应急管理水平，综合计算分析结果；
步骤S105，基于所述分析结果，划分风险等级，提出生命线管线防护措施建议。
本发明提供的城市生命线管线运行风险评估方法，通过分析生命线管线失效原因，获取生命线管线失效可能性，并通过对承灾体进行易损性分析，以及从预防准备、监测监控和救援处置三个方面反应城市应急管理部门对突发事件的应急管理水平，更系统、准确的评估生命线管线的运行风险，且评估结果对高、中、低风险的分级有助于管理者对中、高风险管线进行重点防护，避免公共安全资源的浪费。
下面，对上述五个步骤在具体实施例中的可能的实现方式做进一步说明。
步骤S101，基于生命线系统中各生命线管线的自有属性、所述生命线系统的外部灾害干扰和所述生命线系统中管线间的耦合关系，分析得出生命线管线失效可能性。
其中，所述自有属性指管线的材质、壁厚、管径、使用年限、敷设方式、设备缺陷、管道腐蚀等。生命线管线包含电力、燃气、给排水、热力、通信管线等。外部灾害干扰指地震、山体滑坡、地面沉降、地裂缝、地面塌陷、强风、强降水(降雨或雨雪交加)低温等常见的自然灾害对生命线管线造成的影响。
耦合关系指某两个事物之间存在一种相互作用、相互影响的关系。
可以理解为，在对城市的生命线管线进行整体分析之前，先通过文献调研、专家咨询等方式，获取到生命线系统中不同种类的生命线管线的自有属性。同时，由于外部发生的灾害与生命线管线存在相互影响的关系，以及生命线系统中各个系统管线之间会存在相互影响的关系，所以通过文献调研、大量的案例分析获取生命线系统的外部灾害干扰和所述生命线系统中管线间的耦合关系。然后，根据获取到的自有属性、外部灾害干扰以及生命线系统中管线间的耦合关系，综合计算得出待检测生命线管线损坏的可能性。
步骤S102，基于与承灾体相关的易损因子，对所述承灾体进行易损性分析，获取承灾体易损性。
其中，承灾体包括人员、建筑、交通及其他生命线管线。易损性是指承灾体在遭受灾害作用时容易受损的程度。易损因子指社会易损信息，不同的承灾体对应的不同的易损因子，如人员的社会易损信息可以是人口密度和人口成分、建筑的社会易损信息可以是建筑结构、耐火等级建筑用途。
可以理解为，由于城市生命线管线是为城市安全运行服务的，在遭受灾害时，城市生命线管线与相关的承灾体之间存在相互影响的关系。因此，对城市的生命线管线进行整体分析，还需要对承灾体的易损性做出分析，获取承灾体易损性。
步骤S103，分析城市应急管理部门对突发事件的前期预防准备、监测监控和救援处置，获取所述城市应急管理部门的应急管理水平。
其中，应急管理的目的就是为了预防、降低突然发生的事故造成的危害，采取各种手段优化事件的解决措施。通常意义上，管理人员需要及时对突发事件的起因、过程以及造成的后果进行分析和判断。再根据判断，调配相关资源，进行预警、控制和处置。
在本实施例中，主要从城市应急管理部门对突发事件的前期的预防准备、监测监控和救援处置三个方面对城市应急管理水平进行评估，以模糊理论为基础，通过专家打分和层次分析法确定应急管理水平评价的二级指标及其对应权重，如表1所示。城市应急管理水平计算公式为：
T＝t1v1+t2v2
其中，T为城市应急管理部门的应急管理水平；t1为应急管理水平一级指标；v1为一级指标对应权重；t2为应急管理水平二级指标； v2为二级指标对应权重。
表1，应急管理水平评价指标及权重
步骤S104，基于所述生命线管线失效可能性、所述承灾体易损性及所述应急管理水平，综合计算分析结果。
可以理解为，在获取生命线管线失效的可能性、承灾体易损性、城市应急管理部门的应急管理水平以及社会影响修正后，综合计算得到一个反应出待评估生命线管线真实情况的分析结果，所述如下公式包括：
式中，R表示分析结果，Ii表示第i条生命线管线固有失效可能性，Ei,j表示第i条生命线管线外部扰动失效可能性，Ci表示生命线系统管线间相互作用导致第i条生命线管线失效的生命线系统管线间耦合失效可能性，V表示承灾体易损性，θ表示社会影响修正系数，T表示城市应急管理部门的应急管理水平。
步骤S105，基于所述分析结果，划分风险等级，提出生命线管线防护措施建议。
其中，运行风险指生命线管线在工作过程中设备的运行风险。可以理解为，通过综合计算得到分析结果后，根据获取到的分析结果，对所述分析结果根据风险等级划分表进行风险等级划分，如表2所示。并制定一个风险应对策略，合理的分配公共安全资源，并且在面对处理过的风险等级时，可匹配相应的应对策略，简化运行步骤，合理分配公共安全资源。
表2，风险等级划分表
| 风险等级 | 风险得分 |
| 低风险 | [0,40) |
| 中等风险 | [40,60) |
| 较高风险 | [60,80) |
| 高风险 | [80,100] |
本发明提供的一种城市生命线管线运行风险评估方法，通过分析生命线管线失效可能性，承灾体易损性，以及城市应急管理部门对突发事件的应急管理水平，能够更准确的评估生命线管线的运行风险。且评估结果对高、中、低风险的分级有助于管理者对中、高风险管线进行重点防护，避免公共安全资源的浪费。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述分析得出生命线管线失效可能性，包括：
通过分析各所述生命线管线的自有属性及所述生命线管线的运行工况，获取生命线管线固有失效可能性指标；
通过分析影响所述生命线系统有效运行的多种灾害扰动间的耦合关系及所述多种灾害扰动与所述生命线系统间的耦合规则，获取生命线管线外部扰动失效可能性指标；
通过分析所述生命线系统中各系统管线之间的耦合关系，获取生命线系统管线间耦合失效可能性指标；
根据所述生命线管线固有失效可能性指标、所述生命线管线外部扰动失效可能性指标和所述生命线系统管线间耦合失效可能性指标，计算得出所述生命线管线失效可能性。
其中，生命线管线失效可能性的获取需要从三个方面进行分析。
第一方面，分析生命线管线固有失效性。从生命线管线整体视角对生命线管线固有失效因素进行分析。生命线管线固有失效可能性主要指管线自有属性和运行工况对管网造成破坏的可能性。
第二方面，分析生命线管线外部扰动失效可能性。灾害与灾害间和灾害与生命线管线间具有复杂的耦合关系，例如地震作为一种作用范围广、伤害巨大的自然灾害，不仅会导致城市生命线管线受到破坏，还可能引发地面沉降、山体滑坡等其他衍生的自然灾害，衍生的自然灾害还可能对生命线系统的管线造成破坏；地震还可能导致储存的危险化学品爆炸，对生命线管线造成影响。
第三方面，分析生命线系统管线间耦合失效可能性。城市生命线系统具有耦合性和连锁性的灾害特征，即生命线系统在任何环节的破坏都影响部分或全部系统功能的运行。因此，城市生命线系统中管线之间也存在着复杂的影响。
通过分析上述三个方面的失效可能性，并将三个数值综合计算得到生命线管线失效可能性。
本发明通过将生命线管线失效可能性分为生命线管线固有失效可能性、生命线管线外部扰动失效可能性和生命线系统管线间耦合失效可能性三个方面，更系统、全面的计算出生命线管线失效可能性，更真实的反映出城市生命线管线的易损程度。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述获取生命线管线外部扰动失效可能性，具体包括：
基于马尔科夫性质，分析所述多种灾害扰动间的一次耦合关系，获取多种灾害扰动间耦合关系指标值；
通过分析所述多种灾害扰动分别对所述生命线系统中不同类型管线的失效性影响，获取多种灾害扰动与所述生命线系统间耦合关系指标值；
基于所述多种灾害扰动间耦合关系指标值和所述多种灾害扰动与所述生命线系统间耦合关系指标值，按如下公式计算所述生命线管线外部扰动失效可能性，所述如下公式包括：
其中，Ei表示第i条生命线管线外部扰动失效可能性，Lq为灾害 q出现的可能性，ηq为灾害q导致第i条生命线管线失效的可能性，βq,j为灾害q导致灾害j出现的可能性，ηj为灾害j导致第i条生命线管线失效的可能性；
优选的，生命线管线外部扰动失效可能性由两方面因素决定：外部扰动灾害间的耦合关系和外部扰动与多种灾害扰动与所述生命线系统间耦合关系。
通过文献调研和样本分析，总结梳理多种灾害扰动间耦合关系。举例说明，图2为本发明提供的城市生命线管线运行风险评估方法的外部扰动灾害间耦合关系示例图。如图2所示，与地震灾害相关的各外部扰动灾害间的耦合关系如下：地震—山体滑坡、地震—地面塌陷、地震—地面沉降、地震—地裂缝、地震—危化品泄漏、山体滑坡—危化品事故、强降水—山体滑坡等，其中强风与强降水往往是伴随的关系。
具体以地震触发山体滑坡为例，山体滑坡的发生不仅和地震这种灾害有关，还取决于当地的地形地貌、地层岩性、地震构造、水文地质条件等因素。因此，此处简化了对灾害间触发机理的研究，直接考虑初始灾害的危险性以及被触发灾害的易发性，认为初始灾害危险性高、被触发灾害发生可能性大的情况下，两种灾害的触发关系越强，即初始灾害更容易导致被触发灾害的发生。
地震灾害的影响范围广、灾害后果严重，极易触发其他灾害的发生。根据专题总结的灾害间的触发关系对地震、地面沉降、地裂缝、地面塌陷、山体滑坡、危化品事故之间的耦合规则进行了整理。
通过文献调研和样本分析，确定了地震与其他灾害的耦合规则：地震触发地面沉降主要考虑了从地震烈度、浅层地下水位、地层岩性以及土地压缩性5个因素；地震触发地面塌陷主要考虑地震烈度、浅层地下水位和地层岩性3个因素。具体的评价指标和对应指标如表 3至表6所示。
表3地震—地面沉降耦合规则
表4地震—地面塌陷耦合规则
表5地震—地裂缝耦合规则
表6地震—山体滑坡耦合规则
在地震与其他地质灾害的耦合关系分析时，需要注意以往地震的对该地区地质情况的影响，震后的15年内是地质灾害的强活动期。因此，需要增加对前期有无大型地震发生情况的考虑，即若当地15 年内发生过地震烈度大于8的地震，地震触发其他地质灾害的可能性等级上调1级。
还有，降雨和滑坡存在着密切的关系，是诱发滑坡的重要因素。但也存在降雪导致的山体滑坡的可能性。持续性的雨雪交加会导致降雪融化快，渗入土下，土体重量增加，强度降低，发生变形破坏。因此，增加了强降水导致山体滑坡的考虑。具体的耦合规则如表7。
表7强降水—山体滑坡耦合规则
需要说明的是，危化品事故主要指加油站危化品火灾爆炸、有毒有害气体泄漏的情况。本实施例中，主要考虑地震、山体滑坡的情况触发危化品事故的情况，以上情况均是从地震或山体滑坡的危险性以及危化品事故发生的可能性考虑，但是地震的影响范围大，而山体滑坡灾害有影响范围的限制，需要在耦合规则中体现。在这里用危化品企业对危化品储存的防护措施的好坏来表征危化品事故发生的可能性。具体的耦合规则如表8和表9。
表8，地震—危化品事故耦合规则
表9，山体滑坡—危化品事故耦合规则
另外，通过文献支持及样本分析，制定外部扰动灾害与城市生命线管线的耦合关系指标，即外部扰动灾害导致城市生命线管线失效的可能性分析。图3为本发明提供的城市生命线管线运行风险评估方法的外部扰动—生命线管线耦合关系示例图。图3中，外部扰动导致生命线系统失效的可能情况为：地震—埋地管线、架空管线杆塔；地面沉降—埋地管线、架空管线杆塔；地面塌陷—埋地管线、架空管线杆塔；山体滑坡—埋地管线、架空管线杆塔；地裂缝—埋地管线、架空管线杆塔；低温—埋地管线、架空管线杆塔；强风—架空管线；强降水(降雪)—架空管线；危化品火灾爆炸—埋地管线、架空管线杆。
举例说明，强风对生命线管线的影响主要体现在强风对架空管线的影响，可以知道：当风速为0.5～10m/s且垂直作用于架空线路时，架空线路将产生低频自激振动，振幅较大，可能造成架空线路疲劳破坏而断线。当风速过大时，存在架空线路受到冲力过大而引发杆塔倒塌的可能。因此，强风对架空管线的影响主要考虑风俗、架空线缆的防护措施以及管线的服役年限等因素。具体的耦合规则如表10所示。
表10，强风—架空线缆耦合规则
由于高纬度地区的架空线缆通常有防低温措施，因此低温灾害主要考虑低温覆冰对架空管线的影响。强风与低温耦合情况，更容易出现低温覆冰导致架空线缆的失效。当气温在-5～0℃之间，风速在 1～15m/s时，如遇浓雾、降雨等情况，空气湿度超过85％，可能会产生架空管线低温覆冰。因此，从天气情况、线缆防护措施、线缆服役年限三个角度进行评估。具体的耦合规则如表11所示。
表11，低温—架空管线耦合规则
随着气温的降低，部分地区会出现冻土期。因此，考虑到了低温灾害对埋地管线的影响。低温对埋地管线的影响主要体现在：低温条件下，出现埋地管线的冻胀、融沉。因此在评估低温灾害导致埋地管线失效的可能性大小时，需要综合考虑气候温度、管线的保温措施、管线的材质以及管线的服役年限等因素，评估指标参考表12。
表12，低温灾害—埋地管线耦合规则
地震会破坏架空线缆的支撑杆和信号塔，进而导致架空线缆失效。因此，从地震烈度、支撑杆、信号塔的材质以及服役年限三个角度进行评估，评估细则如13所示。
表13，地震—架空线缆耦合规则
地震作用下埋地管线在断层处有三种可能的破坏形式：拉裂、局部屈曲、梁式屈曲。从地震烈度、管线材质、管线服役年限三方面考虑。规则如表14所示。
表14，地震—埋地管线耦合规则
地面塌陷、地面沉降、地裂缝、山体滑坡等地质灾害都会导致生命线管线的失效，与地震灾害类似，在这些地质灾害的作用下，管线会在应力作用下发生形变而失效。因此，可简化对机理的研究，直接考虑地质灾害发生的可能性，以及管线失效的难易程度。但地震的影响范围较广，会影响整个评估区域的生命线管线，但地面塌陷、地面沉降、地裂缝和山体滑坡等地质灾害则需要考虑致灾范围的问题。规则如表15至表21所示。
表15，地面塌陷—埋地管线耦合规则
表16，地面塌陷—架空线缆耦合规则
表17，山体滑坡—埋地管线耦合规则
表18，山体滑坡—架空线缆耦合规则
表19，地裂缝—埋地管线耦合规则
表20，地裂缝—架空线缆耦合规则
表21，地面沉降—埋地管线耦合规则
危化品事故主要指危化品火灾爆炸以及有毒有害气体泄漏，本实施例考虑危化品火灾爆炸对埋地生命线管线和架空线缆的影响。危化品火灾爆炸破坏架空线缆的支撑杆、信号塔即可能导致架空线缆失效。危化品火灾爆炸事故中存在超压伤害、振动伤害以及热辐射伤害等，超压伤害的破坏范围最大，因此系统根据国家标准计算超压伤害范围并分级，计算公式为：
式中，ΔP表示超压伤害范围；Q为爆炸TNT炸药当量/kg，R 表示爆炸点与爆炸TNT炸药当量的立方根之比，中ΔP的等级可分为：ΔP取0.02MPa-R1，ΔP取0.05MPa-R2，ΔP取0.07MPa-R3，ΔP取 0.10MPa-R4。
其中，危化品事故—架空线耦合规则如表22所示。
表22，危化品事故—架空线缆耦合规则
危化品火灾爆炸的振动伤害是导致埋地管线失效的主要原因。通过文献调研获得了埋地管线的临界安全振速，结合萨道夫斯基公式，计算得到埋地管线距危化品爆炸的临界安全距离RS。
V为质点振动速度，cm/s；Rs为埋地管线距危化品爆炸的临界安全距离，m为装药量，kg；K为同岩石性质、爆破方法及地质地形条件等有关的系数，α是爆破振动衰减系数，取1.13。
其中，危化品事故—埋地管线耦合规则如表23所示。
表23，危化品事故—埋地管线耦合规则
通过获取多种灾害扰动间耦合关系和多种灾害扰动与所述生命线系统间耦合关系，按如下公式计算所述生命线管线外部扰动失效可能性，如下公式为：
其中，Ei表示第i条生命线管线外部扰动失效可能性，Lq为灾害 q出现的可能性，ηq为灾害q导致第i条生命线管线失效的可能性，βq,j为灾害q导致灾害j出现的可能性，ηj为灾害j导致第i条生命线管线失效的可能性。
本发明通过详细的分析多种灾害扰动间的相互作用关系和多种灾害扰动分别对所述生命线系统中不同类型管线的失效性影响，得到多种灾害扰动间耦合关系指标和多种灾害扰动与所述生命线系统间耦合关系指标，获取生命线管线外部扰动失效可能性，全面的反应出真实的城市生命线管线易损程度。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述获取生命线管线固有失效可能性，具体包括：
根据各所述生命线管线的类型、自身属性和运行工况，确定各所述生命线管线的固有失效可能性，并基于所述生命线管线的固有失效性指标，按下式计算所述生命线管线固有失效可能性:
Ii＝∑Akiwki
式中，Ii表示第i条生命线管线固有失效可能性，Aki表示第i条生命线管线固有失效性指标，wki表示第i条生命线管线固有失效性指标对应的权重。
具体的，在对生命线管线进行评估之前，先获取到待评估生命线管线的类型，如燃气管线、电力管线、通讯管线、热力管线、供排水管线等，并根据管线对应的属性，如管线的材质、壁厚、使用年限、敷设方式、设备缺陷、管道腐蚀等，根据评估数据获取的难易程度，制定生命线管线失效可能性指标以及对应的权重，通过上述公式计算得出生命线管线固有失效可能性。优选的，所述获取生命线系统管线间耦合失效可能性，包括：
根据所述生命线系统中各管线之间的物理耦合关系，确定物理耦合失效性指标，并根据所述生命线系统中各管线之间的功能耦合关系，确定功能耦合失效性指标；
基于所述物理耦合失效性指标和所述功能耦合失效性指标，按下式计算所述生命线系统管线间耦合失效可能性：
式中，Ci表示生命线系统管线间相互作用导致第i条生命线管线失效的生命线系统管线间耦合失效可能性，Cf表示功能耦合失效性指标，Cp表示物理耦合失效性指标，Ir表示非评估管线r的固有失效可能性，Er表示非评估管线r的外部扰动失效可能性，ω表示物理耦合关系权重；
由于城市生命线系统具有耦合性和连锁性的灾害特征，即生命线系统在任何环节的破坏都可能影响部分或全部系统功能的运行。通过大量样本分析，将城市生命线系统管线间的耦合关系归纳总结为功能耦合关系和物理耦合关系两大类。
物理耦合关系主要是从空间距离、地理关联的角度来看，一个管线的失效导致另一个管线被破坏。如，燃气管道、给排水管道、热力管道、电力、通讯管线敷设在马路周边，各个管线间存在地理关联。一旦出现地下管线断裂渗漏的情况，会导致土体出现不均匀沉降，造成近邻路基下管线破坏。通过用国家规定的管线敷设标准、现有的距离标准作为判断依据，制定物理耦合失效性指标。
功能耦合关系是指管线间存在功能供给关系，即两个管线之间存在着物质输出。例如，目前北方供暖大多采用天然气，天然气管网为热力管网提供燃料供应，保证热力管网的服务质量。通过确定管线间的功能关系，进行功能耦合失效性指标的制定。
根据获取到的物理耦合失效性指标和功能耦合失效性指标，按上述公式计算得出生命线系统管线间耦合失效可能性。
所述计算得出所述生命线管线失效可能性，包括：
基于所述生命线管线固有失效可能性、所述生命线管线外部扰动失效可能性和所述生命线系统管线间耦合失效可能性，按下式计算所述生命线管线失效可能性：
Pi＝Ii+Ei+Ci
式中，Pi表示第i条生命线管线失效可能性，Ii表示第i条生命线管线固有失效可能性，Ei表示第i条生命线管线外部扰动失效可能性， Ci表示生命线系统管线间相互作用导致第i条生命线管线失效的生命线系统管线间耦合失效可能性。
本实施例中，生命线管线的类型包括燃气管线、电力管线、通讯管线、热力管线和供排水管线。
下面，通过举例说明的方式进一步说明本发明：
(1)燃气管线
本发明主要从管线腐蚀、管线自身属性、敷设方式等方面进行燃气管线失效可能性分析，主要考虑壁厚、使用年限、管径、管道缺陷、管道覆盖防腐层以及土壤腐蚀性等指标，燃气管线自身失效可能性指标及权重如表24所示。
表24，燃气管线自身失效可能性指标
(2)电力管线
电力管线的固有失效可能性主要根据故障率、使用年限和防腐层涂覆情况等指标进行评估，指标如表25所示。
表25，电力管线自身失效可能性指标
(3)通讯管线
通讯管线的固有失效可能性主要考虑使用年限、通讯光缆故障率以及防腐层情况等指标，通讯管线自身失效可能性指标及权重如表26 所示。
表26，通讯管线自身失效可能性指标
(4)热力管线
热力管线的固有失效可能性主要考虑使用年限、管道内介质的性质、管道防腐层处理情况以及热力管线埋设地区的土壤腐蚀性等指标，对应的指标及权重如表27所示。
表27，热力管线自身失效可能性指标
(5)供排水管线
导致供排水管线失效的可能性因素主要有：使用年限、管径、管材类型、管压、管线故障率、管线埋深、水流量等因素，总结的供排水管线自身失效可能性指标及权重如表28所示。
表28，给排水管线自身失效可能性指标
城市生命线系统管线间的耦合规则如表29至表37所示。
表29，燃气与其他管线物理耦合规则
S：相邻地下空间(独立窨井、雨污管线、排水暗渠)的横截面积
表30，燃气与其他管线功能耦合规则
表31，热力与其它管线物理耦合规则
表32，热力与其它管线功能耦合规则
表33，给水与其它管线物理耦合规则
表34，给水与其它管线物理耦合规则
表35，排水与其它管线物理耦合规则
表36，排水与其它管线功能耦合规则
表37，电力与其它管线物理耦合规则
Qc:燃气泄漏速率，kg/s。
本发明通过数值模拟确定了排水管道的管径与安全埋深之间的关系，当排水管道的埋深大于安全临界埋深的时候，可以忽略排水管道爆炸对支撑杆、信号塔的影响。管径与安全临界埋深的关系参考表 38，图4是本发明提供的城市生命线管线运行风险评估方法的管径与安全临界埋深关系图。
表38，排水管道管径与安全临界埋深对应表
电力与其它管线功能耦合规则如表39所示。
表39，电力与其它管线功能耦合规则
通讯与其它管线物理耦合规则如表40所示：
表40，通讯与其它管线物理耦合规则
表41，通讯与其它管线功能耦合规则
本发明通过具体分析不同类型的生命线管线之间的耦合关系，并通过所求值计算出生命线管线耦合失效可能性，更准确的反映出城市生命线管线的易损程度。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述基于与承灾体相关的易损因子，对所述承灾体进行易损性分析，获取承灾体易损性包括：
通过分析所述易损因子对承灾体失效性的影响，确定各所述易损因子分别对应的权重系数，并分析生命线管线失效对各类型承灾体的影响，确定所述各类型承灾体分别对应的权重系数，最后基于各所述易损因子、所述各易损因子分别对应的权重系数和所述各类型承灾体分别对应的权重系数，按下式计算承灾体易损性：
式中，V表示承灾体易损性，μi第i类型承灾体对应的权重系数，γj表示第j个易损因子对应的权重系数，Sij表示第i类型承灾体相关的第j个易损因子，m表示易损因子总数量。
本实施例中，由于城市生命线管线是为城市安全运行服务的，一旦城市生命线管线被破坏，相关的承灾体也会受到影响。
在对承灾体的社会易损信息(易损性因子)进行整合后，通过专家打分的方式确定易损系数及权重，具体的易损性评估指标如表42 所示。
表42，承灾体易损性指标表
本发明通过对承灾体易损性的具体分析，结合易损因子分别对应的权重系数，准确的计算出承灾体易损性，进一步的提高城市生命线管线风险评估模型的准确度。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，还包括：
根据所述承灾体的空间位置，确定所述承灾体到灾害发生区域中心的距离，并基于所述距离，按下式计算社会影响修正系数：
式中，θ表示社会影响修正系数，d表示承灾体到灾害发生区域中心的距离；
利用所述社会影响修正系数，修正所述承灾体易损性。
优选的，事故发生在不同的地点，会产生不同的影响。从社会影响和社会关注的角度看，发生城市中心，人流量密度大的区域的事故影响远大于发生在人员稀少的郊区。图5为本发明提供的城市生命线管线运行风险评估方法的空间位置对社会影响的修正曲线图。如图5 所示，事故发生地距离城市中心越近，则社会影响越大。
本发明通过分析承灾体到灾害发生区域中心的距离，确定社会影响修正系数，修正所述承灾体易损性，进一步的提高城市生命线管线风险评估的准确度。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述基于所述生命线管线失效可能性、所述承灾体易损性及所述应急管理水平，综合计算分析结果，包括：
基于所述生命线管线失效可能性、所述承灾体易损性及所述应急管理水平，结合所述社会影响修正系数，按下式计算所述分析结果，所述下式包括：
式中，R表示分析结果，Ii表示第i条生命线管线的固有失效可能性，Ei表示第i条生命线管线外部扰动失效可能性，Ci表示生命线系统管线间相互作用导致第i条生命线管线失效的生命线系统管线间耦合失效可能性，V表示承灾体易损性，θ表示社会影响修正系数，T 表示城市应急管理部门的应急管理水平。
图6为本发明提供的城市生命线管线运行风险评估方法的分析结果模型示意图。如图6所示，该模型通过多方面搜集大量城市生命线管线事故案例进行案例分析梳理，总结导致生命线管线失效的原因，并将其分为生命线管线固有失效可能性、系统间耦合失效可能性以及外部扰动失效可能性三类；并综合城市应急管理能力和评估范围内的承灾体的易损性，形成针对城市生命线管线的分析结果模型。
本发明通过获取生命线管线失效可能性、承灾体易损性及应急管理水平，结合所述社会影响修正系数，有利于更精确的评估城市生命线管线的风险值。
下面对本发明提供的城市生命线管线运行风险评估装置进行描述，下文描述的城市生命线管线运行风险评估装置与上文描述的城市生命线管线运行风险评估方法可相互对应参照。
本发明实施例提供的一种城市生命线管线运行风险评估装置，如图7所示，主要包括：失效分析模块701、易损指标模块702、应急管理模块703和分析结果模块704和防护措施模块705；其中，失效分析模块701用于基于生命线系统中各生命线管线的自有属性、所述生命线系统的外部灾害干扰和所述生命线系统中管线间的耦合关系，分析得出生命线管线失效可能性；易损指标模块702用于基于与承灾体相关的易损因子，对所述承灾体进行易损性分析，获取承灾体易损性；应急管理模块703用于分析城市应急管理部门对突发事件的前期预防准备、监测监控和救援处置，获取所述城市应急管理部门的应急管理水平；分析结果模块704用于基于所述生命线管线失效可能性、所述承灾体易损性及所述应急管理水平，综合计算分析结果；防护措施模块705用于基于所述分析结果，划分风险等级，提出生命线管线防护措施建议。
本发明提供的一种城市生命线管线运行风险评估装置，通过分析生命线管线失效原因，获取生命线管线失效可能性，并通过对承灾体进行易损性分析、城市应急管理水平分析和社会影响的修正分析，更系统、准确的评估生命线管线的运行风险，且评估结果对高、中、低风险的分级有助于管理者对中、高风险管线进行重点防护，避免公共安全资源的浪费。
图8示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图8所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)801、通信接口(Communications Interface)802、存储器(memory)803和通信总线804，其中，处理器801，通信接口802，存储器803通过通信总线804完成相互间的通信。处理器801可以调用存储器803中的逻辑指令，以执行上述各方法实施例所提供的城市生命线管线运行风险评估方法。
此外，上述的存储器803中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read- Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的城市生命线管线运行风险评估方法。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法实施例所提供的城市生命线管线运行风险评估方法。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种城市生命线管线运行风险评估方法，其特征在于，包括：
基于生命线系统中各生命线管线的自有属性、所述生命线系统的外部灾害干扰和所述生命线系统中管线间的耦合关系，分析得出生命线管线失效可能性；
基于与承灾体相关的易损因子，对所述承灾体进行易损性分析，获取承灾体易损性；
分析城市应急管理部门对突发事件的前期预防准备、监测监控和救援处置，获取所述城市应急管理部门的应急管理水平；
基于所述生命线管线失效可能性、所述承灾体易损性及所述应急管理水平，综合计算分析结果；
基于所述分析结果，划分风险等级，提出生命线管线防护措施建议。
2.根据权利要求1所述的城市生命线管线运行风险评估方法，其特征在于，所述分析得出生命线管线失效可能性，包括：
通过分析各所述生命线管线的自有属性及所述生命线管线的运行工况，获取生命线管线固有失效可能性指标；
通过分析影响所述生命线系统有效运行的多种灾害扰动间的耦合关系及所述多种灾害扰动与所述生命线系统间的耦合规则，获取生命线管线外部扰动失效可能性指标；
通过分析所述生命线系统中管线之间的耦合关系，获取生命线系统管线间耦合失效可能性指标；
根据所述生命线管线固有失效可能性指标、所述生命线管线外部扰动失效可能性指标和所述生命线系统管线间耦合失效可能性指标，计算得出所述生命线管线失效可能性。
3.根据权利要求2所述的城市生命线管线运行风险评估方法，其特征在于，所述获取生命线管线外部扰动失效可能性，具体包括：
基于马尔科夫性质，分析所述多种灾害扰动间的一次耦合关系，获取多种灾害扰动间耦合关系指标值；
通过分析所述多种灾害扰动分别对所述生命线系统中不同类型管线的失效性影响，获取多种灾害扰动与所述生命线系统间耦合关系指标值；
基于所述多种灾害扰动间耦合关系指标值和所述多种灾害扰动与所述生命线管线间耦合关系指标值，按如下公式计算所述生命线管线外部扰动失效可能性，所述如下公式包括：
其中，Ei表示第i条生命线管线外部扰动失效可能性，Lq为灾害q出现的可能性，ηq为灾害q导致第i条生命线管线失效的可能性，βq，j为灾害q导致灾害j出现的可能性，ηj为灾害j导致第i条生命线管线失效的可能性。
4.根据权利要求2或3所述的城市生命线管线运行风险评估方法，其特征在于，所述获取生命线管线固有失效可能性，具体包括：
根据各所述生命线管线的类型、自身属性和运行工况，确定各所述生命线管线的固有失效可能性指标，并基于所述生命线管线的固有失效可能性指标，按如下公式计算生命线管线固有失效可能性，所述如下公式包括：
Ii＝∑Akiwki
式中，Ii表示第i条生命线管线固有失效可能性，Aki表示第i条生命线管线固有失效性指标，wki表示第i条生命线管线固有失效性指标对应的权重；
并且，
所述获取生命线系统管线间耦合失效可能性，包括：
根据所述生命线系统中各管线之间的物理耦合关系，确定物理耦合失效可能性指标，并根据所述生命线系统中各管线之间的功能耦合关系，确定功能耦合失效可能性指标；
基于所述物理耦合失效可能性指标和所述功能耦合失效可能性指标，按下式计算所述生命线系统管线间耦合失效可能性：
式中，Ci表示生命线系统管线间相互作用导致第i条生命线管线失效的生命线系统管线间耦合失效可能性，Cf表示功能耦合失效性指标，Cp表示物理耦合失效性指标，Ir表示非评估管线r的固有失效可能性，Er表示非评估管线r的外部扰动失效可能性，ω表示物理耦合关系权重；
所述计算得出所述生命线管线失效可能性，包括：
基于所述生命线管线固有失效可能性、所述生命线管线外部扰动失效可能性和所述生命线系统管线间耦合失效可能性，按下式计算所述生命线管线失效可能性：
Pi＝Ii+Ei+Ci
式中，Pi表示第i条生命线管线失效可能性，Ii表示第i条生命线管线固有失效可能性，Ei表示第i条生命线管线外部扰动失效可能性，Ci表示生命线系统管线间相互作用导致第i条生命线管线失效的生命线系统管线间耦合失效可能性。
5.根据权利要求1-3中任一所述的城市生命线管线运行风险评估方法，其特征在于，所述基于与承灾体相关的易损因子，对所述承灾体进行易损性分析，获取承灾体易损性包括：
通过分析所述易损因子对承灾体失效性的影响，确定各所述易损因子分别对应的权重系数，并分析生命线管线失效对各类型承灾体的影响，确定所述各类型承灾体分别对应的权重系数；
基于各所述易损因子、各所述易损因子分别对应的权重系数和所述各类型承灾体分别对应的权重系数，按下式计算承灾体易损性：
式中，V表示承灾体易损性，μi第i类型承灾体对应的权重系数，γj表示第j个易损因子对应的权重系数，Sij表示第i类型承灾体相关的第j个易损因子，m表示易损因子总数量。
6.根据权利要求5所述的城市生命线管线运行风险评估方法，其特征在于，还包括：
根据所述承灾体的空间位置，确定所述承灾体到灾害发生区域中心的距离，并基于所述距离，按下式计算社会影响修正系数：
式中，θ表示社会影响修正系数，d表示承灾体到灾害发生区域中心的距离；
利用所述社会影响修正系数，修正所述承灾体易损性。
7.根据权利要求6所述的城市生命线管线运行风险评估方法，其特征在于，基于所述生命线管线失效可能性、所述承灾体易损性及所述应急管理水平，综合计算分析结果，包括：
基于所述生命线管线失效可能性、所述承灾体易损性及所述应急管理水平，结合所述社会影响修正系数，按下式计算所述分析结果，所述下式包括：
式中，R表示分析结果，Ii表示第i条生命线管线固有失效可能性，Ei，j表示第i条生命线管线外部扰动失效可能性，Ci表示生命线系统管线间相互作用导致第i条生命线管线失效的生命线系统管线间耦合失效可能性，V表示承灾体易损性，θ表示社会影响修正系数，T表示城市应急管理部门的应急管理水平。
8.一种城市生命线管线运行风险评估装置，其特征在于，包括：
失效分析模块，用于基于生命线系统中各生命线管线的自有属性、所述生命线系统的外部灾害干扰和所述生命线系统中管线间的耦合关系，分析得出生命线管线失效可能性；
易损指标模块，用于基于与承灾体相关的易损因子，对所述承灾体进行易损性分析，获取承灾体易损性；
应急管理模块，用于分析城市应急管理部门对突发事件的前期预防准备、监测监控和救援处置，获取所述城市应急管理部门的应急管理水平；
分析结果模块，用于基于所述生命线管线失效可能性、所述承灾体易损性及所述应急管理水平，综合计算分析结果；
防护措施模块，用于基于所述分析结果，划分风险等级，提出生命线管线防护措施建议。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述城市生命线管线运行风险评估方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述城市生命线管线运行风险评估方法的步骤。
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|---|---|---|---|---|
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2021
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| CN114511557B (zh) * | 2022-04-02 | 2022-09-13 | 深圳市君合环保水务科技有限公司 | 一种基于图像处理的暗渠结构缺陷检测方法 |
| CN115631066A (zh) * | 2022-12-22 | 2023-01-20 | 成都秦川物联网科技股份有限公司 | 智慧燃气管道冻胀安全管理方法和物联网系统 |
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