CN114462897A - 高速公路机电系统综合性能评估方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种高速公路机电系统综合性能评估方法、装置及存储介质，该方法包括：将高速公路机电系统划分为收费系统、监控系统、隧道系统和供配电与照明系统，将收费系统划分为ETC车道子系统、混合车道子系统和门架子系统，将隧道系统划分为消防子系统、通风子系统和照明子系统；通过心跳数据及日志数据采集监控系统、配电与照明系统、ETC车道子系统、混合车道子系统、门架子系统、消防子系统、通风子系统和照明子系统的运行状态评估数据；采用因子分析方法计算分系统的运行性能值；再采用因子分析方法基于各分系统的运行性能值计算机电系统运行性能值，提高了系统性能计算的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及计算机数据处理技术领域，具体涉及一种高速公路机电系统综合性能评估方法、装置及存储介质。
背景技术
目前高速公路系统评估的方法很多，比如中国专利申请：(1)《一种公路机电系统评估权重计算方法》，该专利建立系统各组成设备预期性能指标和实际性能指标的差异模型，确定机电系统功能、性能权重；通过预设方法确定整体评估权重。(2)《一种高速公路机电系统健康指数评估方法》，该专利通过老化指数模型评估单一设备健康指数，通过层次分析法确定各层级系统的权重。
上述专利申请主要存在问题：（1）选取设备使用年限、故障次数等设备自身属性的评价指标，未从设备系统运行效果出发建立指标体系，未能体现系统实际运行效果。（2）确定指标权重在不同程度上使用定性方法。如层次分析法，存在一定主观性；预设融合方法，也未设计定量化权重分配模型。
此外，现有技术中进行评估也有采用因子分析方法进行故障的评估，但是，现有技术中，仅仅采用从原始数据中抽取的部分因子进行评估，由于没有体现出影响系统安全运行的全部因素，导致评估的准确性相对差，且现有技术中，因子分析方法中，使用的是原始数据的归一化数据，由于归一化是数据是归一化到0-1之间的数据，导致不同的系统评估数值可能比较接近，但实际上可靠性差别很大。此外，现有技术中，进行系统综合性能尤其是安全运行性能的评估没有考虑用户的反馈数据。
发明内容
本发明针对上述现有技术中一个或多个技术缺陷，提出了如下技术方案。
一种高速公路机电系统综合性能评估方法，该方法包括：
划分步骤，将高速公路机电系统划分为收费系统、监控系统、隧道系统和供配电与照明系统，将收费系统划分为ETC车道子系统、混合车道子系统和门架子系统，将隧道系统划分为消防子系统、通风子系统和照明子系统；
采集步骤，通过心跳数据及日志数据采集监控系统、配电与照明系统、ETC车道子系统、混合车道子系统、门架子系统、消防子系统、通风子系统和照明子系统的运行状态评估数据；
初步计算步骤，采用因子分析方法基于ETC车道子系统、混合车道子系统和门架子系统的运行状态评估数据计算收费系统的运行性能值，采用因子分析方法基于消防子系统、通风子系统和照明子系统的运行状态评估数据计算隧道系统的运行性能值，采用因子分析方法基于监控系统和配电与照明系统的运行状态评估数据分别计算监控系统的运行性能值和配电与照明系统的运行性能值；
综合计算步骤，采用因子分析方法基于收费系统的运行性能值、供配电与照明系统的运行性能值、监控系统的运行性能值和配电与照明系统的运行性能值计算机电系统运行性能值。
更进一步地，所述运行状态评估数据包括通过心跳数据实时采集的硬件性能参数、软件性能参数以及通过对日志数据进行分析得到的用户反馈数据，其中，硬件性能参数包括n个原始参数，软件性能参数包括m个原始参数，用户反馈数据包括k个原始参数，令h=n+m+k，n≥1，m≥1，k≥1。
更进一步地，采用因子分析方法基于ETC车道子系统、混合车道子系统和门架子系统的运行状态评估数据计算收费系统的运行性能值的操作包括：将采集的车道子系统的h个原始参数、混合车道子系统的h个原始参数和门架子系统的h个原始参数进行连接得到收费系统的3h个原始参数，对所述收费系统的3h个原始参数进行归一化得到收费系统的3h个归一化参数，计算收费系统的3h个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算公共因子的方差贡献率，选择方差贡献率从大到小的前a1个公共因子，根据所述a1个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算收费系统的初始运行性能值，使用拉格朗日方法计算所述a1个公共因子与所述3h个归一化参数之间的权重，基于所述a1个公共因子与所述3h个归一化参数之间的权重和收费系统的初始运行性能值计算所述3h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重，基于所述3h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重和所述收费系统的3h个原始参数计算收费系统的运行性能值。
更进一步地，采用因子分析方法基于消防子系统、通风子系统和照明子系统的运行状态评估数据计算隧道系统的运行性能值的操作包括：将采集的消防子系统的h个原始参数、通风子系统的h个原始参数和照明子系统的h个原始参数进行连接得到隧道系统的3h个原始参数，对所述隧道系统的3h个原始参数进行归一化得到隧道系统的3h个归一化参数，计算隧道系统的3h个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算公共因子的方差贡献率，选择方差贡献率从大到小的前a2个公共因子，根据所述a2个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算隧道系统的初始运行性能值，使用拉格朗日方法计算所述a2个公共因子与所述3h个归一化参数之间的权重，基于所述a2个公共因子与所述3h个归一化参数之间的权重和隧道系统的初始运行性能值计算所述3h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重，基于所述3h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重和所述隧道系统的3h个原始参数计算隧道系统的运行性能值。
更进一步地，采用因子分析方法基于监控系统和配电与照明系统的运行状态评估数据分别计算监控系统的运行性能值和配电与照明系统的运行性能值的操作包括：将采集的监控系统的h个原始参数进行归一化得到监控系统的h个归一化参数，计算监控系统的h个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算公共因子的方差贡献率，选择方差贡献率从大到小的前a3个公共因子，根据所述a3个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算监控系统的初始运行性能值，使用拉格朗日方法计算所述a3个公共因子与所述h个归一化参数之间的权重，基于所述a3个公共因子与所述h个归一化参数之间的权重和监控系统的初始运行性能值计算所述h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重，基于所述h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重和所述监控系统的h个原始参数计算监控系统的运行性能值；
将采集的配电与照明系统的h个原始参数进行归一化得到配电与照明系统的h个归一化参数，计算配电与照明系统的h个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算公共因子的方差贡献率，选择方差贡献率从大到小的前a4个公共因子，根据所述a4个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算配电与照明系统的初始运行性能值，使用拉格朗日方法计算所述a4个公共因子与所述h个归一化参数之间的权重，基于所述a4个公共因子与所述h个归一化参数之间的权重和配电与照明系统的初始运行性能值计算所述h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重，基于所述h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重和所述配电与照明系统的h个原始参数计算配电与照明系统的运行性能值。
更进一步地，所述综合计算步骤的操作为：将收费系统的运行性能值、供配电与照明系统的运行性能值、监控系统的运行性能值和配电与照明系统的运行性能值进行归一化得到归一化后的机电系统的4个归一化参数，计算机电系统的4个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算每一个公共因子的方差贡献率根据所述4个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算机电系统的初始运行性能值，使用拉格朗日方法计算所述4个公共因子与所述4个归一化参数之间的权重，基于所述4个公共因子与所述4个归一化参数之间的权重和机电系统的初始运行性能值计算所述4个归一化参数相对于机电系统的所述初始运行性能值的权重，基于所述4个归一化参数相对于机电系统的所述初始运行性能值的权重和所述收费系统的运行性能值、供配电与照明系统的运行性能值、监控系统的运行性能值及配电与照明系统的运行性能值计算机电系统的运行性能值。
本发明还提出了一种高速公路机电系统综合性能评估装置，该装置包括：
划分单元，将高速公路机电系统划分为收费系统、监控系统、隧道系统和供配电与照明系统，将收费系统划分为ETC车道子系统、混合车道子系统和门架子系统，将隧道系统划分为消防子系统、通风子系统和照明子系统；
采集单元，通过心跳数据及日志数据采集监控系统、配电与照明系统、ETC车道子系统、混合车道子系统、门架子系统、消防子系统、通风子系统和照明子系统的运行状态评估数据；
初步计算单元，采用因子分析方法基于ETC车道子系统、混合车道子系统和门架子系统的运行状态评估数据计算收费系统的运行性能值，采用因子分析方法基于消防子系统、通风子系统和照明子系统的运行状态评估数据计算隧道系统的运行性能值，采用因子分析方法基于监控系统和配电与照明系统的运行状态评估数据分别计算监控系统的运行性能值和配电与照明系统的运行性能值；
综合计算单元，采用因子分析方法基于收费系统的运行性能值、供配电与照明系统的运行性能值、监控系统的运行性能值和配电与照明系统的运行性能值计算机电系统运行性能值。
更进一步地，所述运行状态评估数据包括通过心跳数据实时采集的硬件性能参数、软件性能参数以及通过对日志数据进行分析得到的用户反馈数据，其中，硬件性能参数包括n个原始参数，软件性能参数包括m个原始参数，用户反馈数据包括k个原始参数，令h=n+m+k，n≥1，m≥1，k≥1。
更进一步地，采用因子分析方法基于ETC车道子系统、混合车道子系统和门架子系统的运行状态评估数据计算收费系统的运行性能值的操作包括：将采集的车道子系统的h个原始参数、混合车道子系统的h个原始参数和门架子系统的h个原始参数进行连接得到收费系统的3h个原始参数，对所述收费系统的3h个原始参数进行归一化得到收费系统的3h个归一化参数，计算收费系统的3h个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算公共因子的方差贡献率，选择方差贡献率从大到小的前a1个公共因子，根据所述a1个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算收费系统的初始运行性能值，使用拉格朗日方法计算所述a1个公共因子与所述3h个归一化参数之间的权重，基于所述a1个公共因子与所述3h个归一化参数之间的权重和收费系统的初始运行性能值计算所述3h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重，基于所述3h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重和所述收费系统的3h个原始参数计算收费系统的运行性能值。
更进一步地，采用因子分析方法基于消防子系统、通风子系统和照明子系统的运行状态评估数据计算隧道系统的运行性能值的操作包括：将采集的消防子系统的h个原始参数、通风子系统的h个原始参数和照明子系统的h个原始参数进行连接得到隧道系统的3h个原始参数，对所述隧道系统的3h个原始参数进行归一化得到隧道系统的3h个归一化参数，计算隧道系统的3h个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算公共因子的方差贡献率，选择方差贡献率从大到小的前a2个公共因子，根据所述a2个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算隧道系统的初始运行性能值，使用拉格朗日方法计算所述a2个公共因子与所述3h个归一化参数之间的权重，基于所述a2个公共因子与所述3h个归一化参数之间的权重和隧道系统的初始运行性能值计算所述3h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重，基于所述3h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重和所述隧道系统的3h个原始参数计算隧道系统的运行性能值。
更进一步地，采用因子分析方法基于监控系统和配电与照明系统的运行状态评估数据分别计算监控系统的运行性能值和配电与照明系统的运行性能值的操作包括：将采集的监控系统的h个原始参数进行归一化得到监控系统的h个归一化参数，计算监控系统的h个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算公共因子的方差贡献率，选择方差贡献率从大到小的前a3个公共因子，根据所述a3个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算监控系统的初始运行性能值，使用拉格朗日方法计算所述a3个公共因子与所述h个归一化参数之间的权重，基于所述a3个公共因子与所述h个归一化参数之间的权重和监控系统的初始运行性能值计算所述h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重，基于所述h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重和所述监控系统的h个原始参数计算监控系统的运行性能值；
将采集的配电与照明系统的h个原始参数进行归一化得到配电与照明系统的h个归一化参数，计算配电与照明系统的h个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算公共因子的方差贡献率，选择方差贡献率从大到小的前a4个公共因子，根据所述a4个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算配电与照明系统的初始运行性能值，使用拉格朗日方法计算所述a4个公共因子与所述h个归一化参数之间的权重，基于所述a4个公共因子与所述h个归一化参数之间的权重和配电与照明系统的初始运行性能值计算所述h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重，基于所述h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重和所述配电与照明系统的h个原始参数计算配电与照明系统的运行性能值。
更进一步地，所述综合计算单元的操作为：将收费系统的运行性能值、供配电与照明系统的运行性能值、监控系统的运行性能值和配电与照明系统的运行性能值进行归一化得到归一化后的机电系统的4个归一化参数，计算机电系统的4个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算每一个公共因子的方差贡献率根据所述4个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算机电系统的初始运行性能值，使用拉格朗日方法计算所述4个公共因子与所述4个归一化参数之间的权重，基于所述4个公共因子与所述4个归一化参数之间的权重和机电系统的初始运行性能值计算所述4个归一化参数相对于机电系统的所述初始运行性能值的权重，基于所述4个归一化参数相对于机电系统的所述初始运行性能值的权重和所述收费系统的运行性能值、供配电与照明系统的运行性能值、监控系统的运行性能值及配电与照明系统的运行性能值计算机电系统的运行性能值。
本发明还提出了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序代码，当所述计算机程序代码被计算机执行时执行上述之任一的方法。
本发明的技术效果在于：本发明的一种高速公路机电系统综合性能评估方法、装置及存储介质，该方法包括：划分步骤S101，将高速公路机电系统划分为收费系统、监控系统、隧道系统和供配电与照明系统，将收费系统划分为ETC车道子系统、混合车道子系统和门架子系统，将隧道系统划分为消防子系统、通风子系统和照明子系统；采集步骤S102，通过心跳数据及日志数据采集监控系统、配电与照明系统、ETC车道子系统、混合车道子系统、门架子系统、消防子系统、通风子系统和照明子系统的运行状态评估数据；初步计算步骤S103，采用因子分析方法基于ETC车道子系统、混合车道子系统和门架子系统的运行状态评估数据计算收费系统的运行性能值，采用因子分析方法基于消防子系统、通风子系统和照明子系统的运行状态评估数据计算隧道系统的运行性能值，采用因子分析方法基于监控系统和配电与照明系统的运行状态评估数据分别计算监控系统的运行性能值和配电与照明系统的运行性能值；综合计算步骤S104，采用因子分析方法基于收费系统的运行性能值、供配电与照明系统的运行性能值、监控系统的安全性能值和配电与照明系统的运行性能值计算机电系统运行性能值，将计算出的机电系统运行性能值与一个预设的阈值进行比较，基于比较结果确定机电系统是否存在运行隐患，如果是，则发出警报，警报的方式可以是声音和/或短信和/或email等等，提升了系统的综合性能。本发明中，在计算机电系统运行性能值的时，将机电系统划分为收费系统、监控系统、隧道系统和供配电与照明系统进行计算，先使用因子分析方法各个收费系统、监控系统、隧道系统和供配电与照明系统的运行性能值，然后再使用因子分析方法基于计算出的各分系统的运行性能值计算机电系统的运行性能值，即采用两层因子分析方法，确保了影响系统运行性性能的参数都使用到，提高了系统运行性性能的准确度；本发明通过因子分析方法计算出一个初始运行性能值，然后再计算出归一化参数相对于初始运行性能值的权重，即评估出原始参数的权重值，使用该权重和原始参数计算最终的运行性能值，从而确保了每个影响系统运行的参数都参与计算，且最终计算时采用的原始参数，即本申请中，是实时评估原始参数的权重值，然后进行计算，使得计算结果准确可靠；本发明中，在综合计算过程中，将计算出的收费系统的运行性能值、供配电与照明系统的运行性能值、监控系统的运行性能值和配电与照明系统的运行性能值作为原始参数进行归一化，采用上面同样的方法计算计算机电系统的运行性能值，由于原始参数只有4个，因此，在因子分析方法计算中，不必在根据因子的贡献率选择部分因子计算，所有的因子都参与计算，即，在分系统计算中，评估各原始参数的权重时，采用部分因子参与计算，而最后计算整个系统的运行性能时，评估各分系统的权重时，所有因子都参与计算，从而兼具了计算效率及准确性，本申请中，在安全运行性能计算时，采用的是实时数据且加入了用户的反馈数据，从而计算的准确度高，保证了机电系统综合性能。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1是根据本发明的实施例的一种高速公路机电系统综合性能评估方法的流程图。
图2根据本发明的实施例的一种高速公路机电系统综合性能评估装置的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1示出了本发明的一种高速公路机电系统综合性能评估方法，该方法包括：
划分步骤S101，将高速公路机电系统划分为收费系统、监控系统、隧道系统和供配电与照明系统，将收费系统划分为ETC车道子系统、混合车道子系统和门架子系统，将隧道系统划分为消防子系统、通风子系统和照明子系统；
采集步骤S102，通过心跳数据及日志数据采集监控系统、配电与照明系统、ETC车道子系统、混合车道子系统、门架子系统、消防子系统、通风子系统和照明子系统的安全运行状态评估数据；
实施例中所指的高速公路机电系统综合性能状态主要体现在安全运行状态方面，因此，本申请中所述的综合性能即指安全运行性能或安全性能，安全运行状态相应简称为安全状态，下同，不再赘述。
初步计算步骤S103，采用因子分析方法基于ETC车道子系统、混合车道子系统和门架子系统的安全状态评估数据计算收费系统的安全性能值，采用因子分析方法基于消防子系统、通风子系统和照明子系统的安全状态评估数据的安全状态评估数据计算隧道系统的安全性能值，采用因子分析方法基于监控系统和配电与照明系统的安全状态评估数据分别计算监控系统的安全性能值和配电与照明系统的安全性能值；
综合计算步骤S104，采用因子分析方法基于收费系统的安全性能值、供配电与照明系统的安全性能值、监控系统的安全性能值和配电与照明系统的安全性能值计算机电系统安全性能值，将计算出的机电系统安全性能值与一个预设的阈值进行比较，基于比较结果确定机电系统是否存在安全隐患，如果是，则发出警报，警报的方式可以是声音和/或短信和/或email等等。
本发明中，在计算机电系统安全性能值的时，将机电系统划分为收费系统、监控系统、隧道系统和供配电与照明系统进行计算，先使用因子分析方法各个收费系统、监控系统、隧道系统和供配电与照明系统的安全性能值，然后再使用因子分析方法基于计算出的各分系统的安全性能值计算机电系统的安全性能值，即采用两层因子分析方法，确保了影响系统安全性性能的参数都使用到，提高了系统安全性性能的准确度，这是本发明的一个重要发明点。
在一个实施例中，所述安全状态评估数据包括通过心跳数据实时采集的硬件性能参数、软件性能参数以及通过对日志数据进行分析得到的用户反馈数据，其中，硬件性能参数包括n个原始参数，软件性能参数包括m个原始参数，用户反馈数据包括k个原始参数，令h=n+m+k，n≥1，m≥1，k≥1。本发明中，采用实时采集的数据进行安全性能评估，比如通过温度传感器、电压电流传感器等等传感器实时采集的各硬件性能参数值，软件性能参数值可以是占用的内存值、占用的处理器值等等，用户反馈数据是指用户在操作各系统时，日志记录的用户的操作数据，本申请中，在安全性能计算时，采用的是实时数据且加入了用户的反馈数据，从而计算的准确度高，这是本发明的另一个重要发明点。
在一个实施例，采用因子分析方法基于ETC车道子系统、混合车道子系统和门架子系统的安全状态评估数据计算收费系统的安全性能值的操作包括：将采集的车道子系统的h个原始参数、混合车道子系统的h个原始参数和门架子系统的h个原始参数进行连接得到收费系统的3h个原始参数，对所述收费系统的3h个原始参数进行归一化得到收费系统的3h个归一化参数，计算收费系统的3h个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算公共因子的方差贡献率，选择方差贡献率从大到小的前a1个公共因子，根据所述a1个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算收费系统的初始安全性能值，使用拉格朗日方法计算所述a1个公共因子与所述3h个归一化参数之间的权重，基于所述a1个公共因子与所述3h个归一化参数之间的权重和收费系统的初始安全性能值计算所述3h个归一化参数相对于所述初始安全性能值的权重，基于所述3h个归一化参数相对于所述初始安全性能值的权重和所述收费系统的3h个原始参数计算收费系统的安全性能值。
本发明中，采用的因子分析方法与现有技术中通用的因子分析方法不同，现有技术中，采用因子分析方法计算出的值为本申请中的初始安全性能值，该值仅采用了贡献率大的部分因子，且是采用的归一化数据进行计算的，导致计算的安全性能值准确性较差，本申请计算出初始安全性能值后，再使用拉格朗日方法计算部分公共因子与归一化参数之间的权重，基于部分公共因子与归一化参数之间的权重和初始安全性能值计算归一化参数相对于所述初始安全性能值的权重，基于归一化参数相对于所述初始安全性能值的权重和原始参数计算收费系统的安全性能值，也就是说本申请通过因子分析方法计算出一个初始安全性能值，然后再计算出归一化参数相对于初始安全性能值的权重，即评估出原始参数的权重值，使用该权重和原始参数计算最终的安全性能值，从而确保了每个影响系统安全的参数都参与计算，且最终计算时采用的原始参数，即本申请中，是实时评估原始参数的权重值，然后进行计算，使得计算结果准确可靠，这是本申请的重要发明点，后续的隧道系统的安全性能值、监控系统的安全性能值和配电与照明系统的安全性能值也采用同样的方法计算，不再赘述。
在一个实施例中，采用因子分析方法基于消防子系统、通风子系统和照明子系统的安全状态评估数据的安全状态评估数据计算隧道系统的安全性能值的操作包括：将采集的消防子系统的h个原始参数、通风子系统的h个原始参数和照明子系统的h个原始参数进行连接得到隧道系统的3h个原始参数，对所述隧道系统的3h个原始参数进行归一化得到隧道系统的3h个归一化参数，计算隧道系统的3h个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算公共因子的方差贡献率，选择方差贡献率从大到小的前a2个公共因子，根据所述a2个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算隧道系统的初始安全性能值，使用拉格朗日方法计算所述a2个公共因子与所述3h个归一化参数之间的权重，基于所述a2个公共因子与所述3h个归一化参数之间的权重和隧道系统的初始安全性能值计算所述3h个归一化参数相对于所述初始安全性能值的权重，基于所述3h个归一化参数相对于所述初始安全性能值的权重和所述隧道系统的3h个原始参数计算隧道系统的安全性能值。
在一个实施例中，采用因子分析方法基于监控系统和配电与照明系统的安全状态评估数据分别计算监控系统的安全性能值和配电与照明系统的安全性能值的操作包括：将采集的监控系统的h个原始参数进行归一化得到监控系统的h个归一化参数，计算监控系统的h个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算公共因子的方差贡献率，选择方差贡献率从大到小的前a3个公共因子，根据所述a3个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算监控系统的初始安全性能值，使用拉格朗日方法计算所述a3个公共因子与所述h个归一化参数之间的权重，基于所述a3个公共因子与所述h个归一化参数之间的权重和监控系统的初始安全性能值计算所述h个归一化参数相对于所述初始安全性能值的权重，基于所述h个归一化参数相对于所述初始安全性能值的权重和所述监控系统的h个原始参数计算监控系统的安全性能值；
将采集的配电与照明系统的h个原始参数进行归一化得到配电与照明系统的h个归一化参数，计算配电与照明系统的h个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算公共因子的方差贡献率，选择方差贡献率从大到小的前a4个公共因子，根据所述a4个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算配电与照明系统的初始安全性能值，使用拉格朗日方法计算所述a4个公共因子与所述h个归一化参数之间的权重，基于所述a4个公共因子与所述h个归一化参数之间的权重和配电与照明系统的初始安全性能值计算所述h个归一化参数相对于所述初始安全性能值的权重，基于所述h个归一化参数相对于所述初始安全性能值的权重和所述配电与照明系统的h个原始参数计算配电与照明系统的安全性能值。
本发明中，a1、a2、a3、a4均为大于1的整数。
在一个实施例中，所述综合计算步骤S104的操作为：将收费系统的安全性能值、供配电与照明系统的安全性能值、监控系统的安全性能值和配电与照明系统的安全性能值进行归一化得到归一化后的机电系统的4个归一化参数，计算机电系统的4个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算每一个公共因子的方差贡献率根据所述4个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算机电系统的初始安全性能值，使用拉格朗日方法计算所述4个公共因子与所述4个归一化参数之间的权重，基于所述4个公共因子与所述4个归一化参数之间的权重和机电系统的初始安全性能值计算所述4个归一化参数相对于机电系统的所述初始安全性能值的权重，基于所述4个归一化参数相对于机电系统的所述初始安全性能值的权重和所述收费系统的安全性能值、供配电与照明系统的安全性能值、监控系统的安全性能值及配电与照明系统的安全性能值计算机电系统的安全性能值。
本发明中，在综合计算过程中，将计算出的收费系统的安全性能值、供配电与照明系统的安全性能值、监控系统的安全性能值和配电与照明系统的安全性能值作为原始参数进行归一化，采用上面同样的方法计算计算机电系统的安全性能值，由于原始参数只有4个，因此，在因子分析方法计算中，不必在根据因子的贡献率选择部分因子计算，所有的因子都参与计算，即，在分系统计算中，评估各原始参数的权重时，采用部分因子参与计算，而最后计算整个系统的安全性能时，评估各分系统的权重时，所有因子都参与计算，从而兼具了计算效率及准确性，这是本发明的另一个重要发明点。
图2示出了本发明的一种高速公路机电系统综合性能评估装置，该装置包括：
划分单元201，将高速公路机电系统划分为收费系统、监控系统、隧道系统和供配电与照明系统，将收费系统划分为ETC车道子系统、混合车道子系统和门架子系统，将隧道系统划分为消防子系统、通风子系统和照明子系统；
采集单元202，通过心跳数据及日志数据采集监控系统、配电与照明系统、ETC车道子系统、混合车道子系统、门架子系统、消防子系统、通风子系统和照明子系统的安全状态评估数据；
初步计算单元203，采用因子分析方法基于ETC车道子系统、混合车道子系统和门架子系统的安全状态评估数据计算收费系统的安全性能值，采用因子分析方法基于消防子系统、通风子系统和照明子系统的安全状态评估数据的安全状态评估数据计算隧道系统的安全性能值，采用因子分析方法基于监控系统和配电与照明系统的安全状态评估数据分别计算监控系统的安全性能值和配电与照明系统的安全性能值；
综合计算单元204，采用因子分析方法基于收费系统的安全性能值、供配电与照明系统的安全性能值、监控系统的安全性能值和配电与照明系统的安全性能值计算机电系统安全性能值，将计算出的机电系统安全性能值与一个预设的阈值进行比较，基于比较结果确定机电系统是否存在安全隐患，如果是，则发出警报，警报的方式可以是声音和/或短信和/或email等等。
本发明中，在计算机电系统安全性能值的时，将机电系统划分为收费系统、监控系统、隧道系统和供配电与照明系统进行计算，先使用因子分析方法各个收费系统、监控系统、隧道系统和供配电与照明系统的安全性能值，然后再使用因子分析方法基于计算出的各分系统的安全性能值计算机电系统的安全性能值，即采用两层因子分析方法，确保了影响系统安全性性能的参数都使用到，提高了系统安全性性能的准确度，这是本发明的一个重要发明点。
在一个实施例中，所述安全状态评估数据包括通过心跳数据实时采集的硬件性能参数、软件性能参数以及通过对日志数据进行分析得到的用户反馈数据，其中，硬件性能参数包括n个原始参数，软件性能参数包括m个原始参数，用户反馈数据包括k个原始参数，令h=n+m+k，n≥1，m≥1，k≥1。本发明中，采用实时采集的数据进行安全性能评估，比如通过温度传感器、电压电流传感器等等传感器实时采集的各硬件性能参数值，软件性能参数值可以是占用的内存值、占用的处理器值等等，用户反馈数据是指用户在操作各系统时，日志记录的用户的操作数据，本申请中，在安全性能计算时，采用的是实时数据且加入了用户的反馈数据，从而计算的准确度高，这是本发明的另一个重要发明点。
在一个实施例，采用因子分析方法基于ETC车道子系统、混合车道子系统和门架子系统的安全状态评估数据计算收费系统的安全性能值的操作包括：将采集的车道子系统的h个原始参数、混合车道子系统的h个原始参数和门架子系统的h个原始参数进行连接得到收费系统的3h个原始参数，对所述收费系统的3h个原始参数进行归一化得到收费系统的3h个归一化参数，计算收费系统的3h个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算公共因子的方差贡献率，选择方差贡献率从大到小的前a1个公共因子，根据所述a1个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算收费系统的初始安全性能值，使用拉格朗日方法计算所述a1个公共因子与所述3h个归一化参数之间的权重，基于所述a1个公共因子与所述3h个归一化参数之间的权重和收费系统的初始安全性能值计算所述3h个归一化参数相对于所述初始安全性能值的权重，基于所述3h个归一化参数相对于所述初始安全性能值的权重和所述收费系统的3h个原始参数计算收费系统的安全性能值。
本发明中，采用的因子分析方法与现有技术中通用的因子分析方法不同，现有技术中，采用因子分析方法计算出的值为本申请中的初始安全性能值，该值仅采用了贡献率大的部分因子，且是采用的归一化数据进行计算的，导致计算的安全性能值准确性较差，本申请计算出初始安全性能值后，再使用拉格朗日方法计算部分公共因子与归一化参数之间的权重，基于部分公共因子与归一化参数之间的权重和初始安全性能值计算归一化参数相对于所述初始安全性能值的权重，基于归一化参数相对于所述初始安全性能值的权重和原始参数计算收费系统的安全性能值，也就是说本申请通过因子分析方法计算出一个初始安全性能值，然后再计算出归一化参数相对于初始安全性能值的权重，即评估出原始参数的权重值，使用该权重和原始参数计算最终的安全性能值，从而确保了每个影响系统安全的参数都参与计算，且最终计算时采用的原始参数，即本申请中，是实时评估原始参数的权重值，然后进行计算，使得计算结果准确可靠，这是本申请的重要发明点，后续的隧道系统的安全性能值、监控系统的安全性能值和配电与照明系统的安全性能值也采用同样的方法计算，不再赘述。
在一个实施例中，采用因子分析方法基于消防子系统、通风子系统和照明子系统的安全状态评估数据的安全状态评估数据计算隧道系统的安全性能值的操作包括：将采集的消防子系统的h个原始参数、通风子系统的h个原始参数和照明子系统的h个原始参数进行连接得到隧道系统的3h个原始参数，对所述隧道系统的3h个原始参数进行归一化得到隧道系统的3h个归一化参数，计算隧道系统的3h个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算公共因子的方差贡献率，选择方差贡献率从大到小的前a2个公共因子，根据所述a2个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算隧道系统的初始安全性能值，使用拉格朗日方法计算所述a2个公共因子与所述3h个归一化参数之间的权重，基于所述a2个公共因子与所述3h个归一化参数之间的权重和隧道系统的初始安全性能值计算所述3h个归一化参数相对于所述初始安全性能值的权重，基于所述3h个归一化参数相对于所述初始安全性能值的权重和所述隧道系统的3h个原始参数计算隧道系统的安全性能值。
在一个实施例中，采用因子分析方法基于监控系统和配电与照明系统的安全状态评估数据分别计算监控系统的安全性能值和配电与照明系统的安全性能值的操作包括：将采集的监控系统的h个原始参数进行归一化得到监控系统的h个归一化参数，计算监控系统的h个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算公共因子的方差贡献率，选择方差贡献率从大到小的前a3个公共因子，根据所述a3个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算监控系统的初始安全性能值，使用拉格朗日方法计算所述a3个公共因子与所述h个归一化参数之间的权重，基于所述a3个公共因子与所述h个归一化参数之间的权重和监控系统的初始安全性能值计算所述h个归一化参数相对于所述初始安全性能值的权重，基于所述h个归一化参数相对于所述初始安全性能值的权重和所述监控系统的h个原始参数计算监控系统的安全性能值；
将采集的配电与照明系统的h个原始参数进行归一化得到配电与照明系统的h个归一化参数，计算配电与照明系统的h个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算公共因子的方差贡献率，选择方差贡献率从大到小的前a4个公共因子，根据所述a4个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算配电与照明系统的初始安全性能值，使用拉格朗日方法计算所述a4个公共因子与所述h个归一化参数之间的权重，基于所述a4个公共因子与所述h个归一化参数之间的权重和配电与照明系统的初始安全性能值计算所述h个归一化参数相对于所述初始安全性能值的权重，基于所述h个归一化参数相对于所述初始安全性能值的权重和所述配电与照明系统的h个原始参数计算配电与照明系统的安全性能值。
本发明中，a1、a2、a3、a4均为大于1的整数。
在一个实施例中，所述综合计算单元204的操作为：将收费系统的安全性能值、供配电与照明系统的安全性能值、监控系统的安全性能值和配电与照明系统的安全性能值进行归一化得到归一化后的机电系统的4个归一化参数，计算机电系统的4个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算每一个公共因子的方差贡献率根据所述4个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算机电系统的初始安全性能值，使用拉格朗日方法计算所述4个公共因子与所述4个归一化参数之间的权重，基于所述4个公共因子与所述4个归一化参数之间的权重和机电系统的初始安全性能值计算所述4个归一化参数相对于机电系统的所述初始安全性能值的权重，基于所述4个归一化参数相对于机电系统的所述初始安全性能值的权重和所述收费系统的安全性能值、供配电与照明系统的安全性能值、监控系统的安全性能值及配电与照明系统的安全性能值计算机电系统的安全性能值。
本发明中，在综合计算过程中，将计算出的收费系统的安全性能值、供配电与照明系统的安全性能值、监控系统的安全性能值和配电与照明系统的安全性能值作为原始参数进行归一化，采用上面同样的方法计算计算机电系统的安全性能值，由于原始参数只有4个，因此，在因子分析方法计算中，不必在根据因子的贡献率选择部分因子计算，所有的因子都参与计算，即，在分系统计算中，评估各原始参数的权重时，采用部分因子参与计算，而最后计算整个系统的安全性能时，评估各分系统的权重时，所有因子都参与计算，从而兼具了计算效率及准确性，这是本发明的另一个重要发明点。
本发明一个实施例中提出了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机存储介质上的计算机程序被处理器执行时实现上述的方法，该计算机存储介质可以是硬盘、DVD、CD、闪存等等存储器。
本发明的为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的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）执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的装置。
最后所应说明的是：以上实施例仅以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种高速公路机电系统综合性能评估方法，其特征在于，该方法包括：
划分步骤，将高速公路机电系统划分为收费系统、监控系统、隧道系统和供配电与照明系统，将收费系统划分为ETC车道子系统、混合车道子系统和门架子系统，将隧道系统划分为消防子系统、通风子系统和照明子系统；
采集步骤，通过心跳数据及日志数据采集监控系统、配电与照明系统、ETC车道子系统、混合车道子系统、门架子系统、消防子系统、通风子系统和照明子系统的运行状态评估数据；
初步计算步骤，采用因子分析方法基于ETC车道子系统、混合车道子系统和门架子系统的运行状态评估数据计算收费系统的运行性能值，采用因子分析方法基于消防子系统、通风子系统和照明子系统的运行状态评估数据计算隧道系统的运行性能值，采用因子分析方法基于监控系统和配电与照明系统的运行状态评估数据分别计算监控系统的运行性能值和配电与照明系统的运行性能值；
综合计算步骤，采用因子分析方法基于收费系统的运行性能值、供配电与照明系统的运行性能值、监控系统的运行性能值和配电与照明系统的运行性能值计算机电系统运行性能值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运行状态评估数据包括通过心跳数据实时采集的硬件性能参数、软件性能参数以及通过对日志数据进行分析得到的用户反馈数据，其中，硬件性能参数包括n个原始参数，软件性能参数包括m个原始参数，用户反馈数据包括k个原始参数，令h=n+m+k，n≥1，m≥1，k≥1。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用因子分析方法基于ETC车道子系统、混合车道子系统和门架子系统的运行状态评估数据计算收费系统的运行性能值的操作包括：将采集的车道子系统的h个原始参数、混合车道子系统的h个原始参数和门架子系统的h个原始参数进行连接得到收费系统的3h个原始参数，对所述收费系统的3h个原始参数进行归一化得到收费系统的3h个归一化参数，计算收费系统的3h个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算公共因子的方差贡献率，选择方差贡献率从大到小的前a1个公共因子，根据所述a1个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算收费系统的初始运行性能值，使用拉格朗日方法计算所述a1个公共因子与所述3h个归一化参数之间的权重，基于所述a1个公共因子与所述3h个归一化参数之间的权重和收费系统的初始运行性能值计算所述3h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重，基于所述3h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重和所述收费系统的3h个原始参数计算收费系统的运行性能值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采用因子分析方法基于消防子系统、通风子系统和照明子系统的运行状态评估数据计算隧道系统的运行性能值的操作包括：将采集的消防子系统的h个原始参数、通风子系统的h个原始参数和照明子系统的h个原始参数进行连接得到隧道系统的3h个原始参数，对所述隧道系统的3h个原始参数进行归一化得到隧道系统的3h个归一化参数，计算隧道系统的3h个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算公共因子的方差贡献率，选择方差贡献率从大到小的前a2个公共因子，根据所述a2个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算隧道系统的初始运行性能值，使用拉格朗日方法计算所述a2个公共因子与所述3h个归一化参数之间的权重，基于所述a2个公共因子与所述3h个归一化参数之间的权重和隧道系统的初始运行性能值计算所述3h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重，基于所述3h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重和所述隧道系统的3h个原始参数计算隧道系统的运行性能值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采用因子分析方法基于监控系统和配电与照明系统的运行状态评估数据分别计算监控系统的运行性能值和配电与照明系统的运行性能值的操作包括：将采集的监控系统的h个原始参数进行归一化得到监控系统的h个归一化参数，计算监控系统的h个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算公共因子的方差贡献率，选择方差贡献率从大到小的前a3个公共因子，根据所述a3个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算监控系统的初始运行性能值，使用拉格朗日方法计算所述a3个公共因子与所述h个归一化参数之间的权重，基于所述a3个公共因子与所述h个归一化参数之间的权重和监控系统的初始运行性能值计算所述h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重，基于所述h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重和所述监控系统的h个原始参数计算监控系统的运行性能值；
将采集的配电与照明系统的h个原始参数进行归一化得到配电与照明系统的h个归一化参数，计算配电与照明系统的h个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算公共因子的方差贡献率，选择方差贡献率从大到小的前a4个公共因子，根据所述a4个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算配电与照明系统的初始运行性能值，使用拉格朗日方法计算所述a4个公共因子与所述h个归一化参数之间的权重，基于所述a4个公共因子与所述h个归一化参数之间的权重和配电与照明系统的初始运行性能值计算所述h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重，基于所述h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重和所述配电与照明系统的h个原始参数计算配电与照明系统的运行性能值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述综合计算步骤的操作为：将收费系统的运行性能值、供配电与照明系统的运行性能值、监控系统的运行性能值和配电与照明系统的运行性能值进行归一化得到归一化后的机电系统的4个归一化参数，计算机电系统的4个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算每一个公共因子的方差贡献率，根据4个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算机电系统的初始运行性能值，使用拉格朗日方法计算所述4个公共因子与所述4个归一化参数之间的权重，基于所述4个公共因子与所述4个归一化参数之间的权重和机电系统的初始运行性能值计算所述4个归一化参数相对于机电系统的所述初始运行性能值的权重，基于所述4个归一化参数相对于机电系统的所述初始运行性能值的权重和所述收费系统的运行性能值、供配电与照明系统的运行性能值、监控系统的运行性能值及配电与照明系统的运行性能值计算机电系统的运行性能值。
7.一种高速公路机电系统综合性能评估装置，其特征在于，该装置包括：
划分单元，将高速公路机电系统划分为收费系统、监控系统、隧道系统和供配电与照明系统，将收费系统划分为ETC车道子系统、混合车道子系统和门架子系统，将隧道系统划分为消防子系统、通风子系统和照明子系统；
采集单元，通过心跳数据及日志数据采集监控系统、配电与照明系统、ETC车道子系统、混合车道子系统、门架子系统、消防子系统、通风子系统和照明子系统的运行状态评估数据；
初步计算单元，采用因子分析方法基于ETC车道子系统、混合车道子系统和门架子系统的运行状态评估数据计算收费系统的运行性能值，采用因子分析方法基于消防子系统、通风子系统和照明子系统的运行状态评估数据计算隧道系统的运行性能值，采用因子分析方法基于监控系统和配电与照明系统的运行状态评估数据分别计算监控系统的运行性能值和配电与照明系统的运行性能值；
综合计算单元，采用因子分析方法基于收费系统的运行性能值、供配电与照明系统的运行性能值、监控系统的运行性能值和配电与照明系统的运行性能值计算机电系统运行性能值。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述运行状态评估数据包括通过心跳数据实时采集的硬件性能参数、软件性能参数以及通过对日志数据进行分析得到的用户反馈数据，其中，硬件性能参数包括n个原始参数，软件性能参数包括m个原始参数，用户反馈数据包括k个原始参数，令h=n+m+k，n≥1，m≥1，k≥1。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，采用因子分析方法基于ETC车道子系统、混合车道子系统和门架子系统的运行状态评估数据计算收费系统的运行性能值的操作包括：将采集的车道子系统的h个原始参数、混合车道子系统的h个原始参数和门架子系统的h个原始参数进行连接得到收费系统的3h个原始参数，对所述收费系统的3h个原始参数进行归一化得到收费系统的3h个归一化参数，计算收费系统的3h个归一化参数的协方差矩阵，并计算所述协方差矩阵的特征值，根据所述特征值计算公共因子的方差贡献率，选择方差贡献率从大到小的前a1个公共因子，根据所述a1个公共因子的方差贡献率及对应的特征值计算收费系统的初始运行性能值，使用拉格朗日方法计算所述a1个公共因子与所述3h个归一化参数之间的权重，基于所述a1个公共因子与所述3h个归一化参数之间的权重和收费系统的初始运行性能值计算所述3h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重，基于所述3h个归一化参数相对于所述初始运行性能值的权重和所述收费系统的3h个原始参数计算收费系统的运行性能值。
10.一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机存储介质上的计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一项所述的方法。
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- 2022-04-12 CN CN202210377083.0A patent/CN114462897B/zh active Active
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