一种轨交隧道运营期安全评价方法、系统及存储介质与流程

[0001]
本发明属于轨道交通技术领域，具体涉及一种轨交隧道运营期安全评价方法、系统及存储介质。


背景技术：

[0002]
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
[0003]
地下交通主要的形式是城市轨道交通，城市轨道交通目前已成为世界上各大城市的重要交通的主力。然而轨道交通还具有环境封闭、空间狭小、特定时间内人流量过大等缺点，疏散逃生时会受到极大地限制，在这样的一种情况下，提前预测隧道安全性能、及时、做出应急方案就成为了不可或缺的手段，于是一个有效的轨交隧道运营期安全评价方法提出是有必要的。
[0004]
发明人发现，影响轨交隧道安全有裂缝、空洞、渗漏水、变形等多个特征参数因素，每个特征参数因素之间有着相互联系，不同特征参数因素对轨交隧道的安全影响程度也有着不同，即各特征参数对轨交隧道有着不同的权重，并且权重是随着各特征参数数值的变化而变化，传统的评价方法过于人为化，主要以工程经验为主，并没有考虑各特征参数之间的权重变化关系，权重根据因素的状态向量而变化，更好的体现对应因素状态变化对决策系统的影响。变权向量是在因素常权向量的基础上，利用状态变权向量对权重进行适当的重新调整分配，从而得出符合决策者决策态度的权重值。


技术实现要素：

[0005]
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种轨交隧道运营期安全评价方法、系统及存储介质，为了更好的反映出轨交隧道的整体安全程度，基于变权理论综合评价轨交隧道运营期安全性能，将数学理论与工程实际相结合，可以弥补传统工程经验安全分析的缺陷，更加准确便捷地服务轨交隧道。
[0006]
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
[0007]
第一方面，本发明的技术方案提供了一种轨交隧道运营期安全评价方法，包括以下步骤：
[0008]
选取病害隧道，对病害隧道进行网格划分并编号；采集每个网格的各个病害特征参数的数据；
[0009]
根据所采集的数据，建立轨交隧道运营期安全评价层次结构模型，运用指数标度法建立各层次之间的判断矩阵，并检验判断矩阵一致性，计算通过一致性判断的矩阵中各层次之间的权重值；
[0010]
对所述采集的数据进行区间归化，并将病害划分为多个区间，设定多个位于不同区间的因素指标值，通过数学计算方法确立变权向量函数参数c、α1、α2、α3，得到变权向量函数s
j
(x)，构建出变权函数；
[0011]
根据变权函数计算出轨交隧道各网格安全值。
[0012]
第二方面，本发明的技术方案还提供了一种轨交隧道运营期安全评价系统，包括以下模块，各模块之间级联动作：
[0013]
第一模块，被配置为根据所采集的数据，建立轨交隧道运营期安全评价层次结构模型，运用指数标度法建立各层次之间的判断矩阵，并检验判断矩阵一致性，计算通过一致性判断的矩阵中各层次之间的权重值；
[0014]
第二模块，被配置为对所述采集的数据进行区间归化，并将病害划分为多个区间，设定多个位于不同区间的因素指标值，通过数学计算方法确立变权向量函数参数c、α1、α2、α3，得到变权向量函数s
j
(x)，构建出变权函数；
[0015]
第三模块，被配置为根据变权函数计算出轨交隧道各网格安全值。
[0016]
第三方面，本发明的技术方案还提供了一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行第一方面所述的一种轨交隧道运营期安全评价方法。
[0017]
上述本发明的技术方案的有益效果如下：
[0018]
1)本发明提出了一种基于变权理论综合评价轨交隧道运营期安全，将数学理论与工程实际相结合，根据变权函数计算出轨交隧道各网格安全值，能够客观反应隧道在运营期间的安全性，避免人工评测以工程经验为主带来的主观影响，可以弥补传统工程经验安全分析的缺陷，更加准确便捷地服务轨交隧道。
[0019]
2)本发明中，针对的裂缝、空洞、渗漏水、变形等多个特征参数因素分配不同的权重，将不同权重的特征参数分配到的安全评价层次结构模型中的对应的层次，计算各层次之间的权重值，根据权重值和位于不同区间的因素指标值构建出变权函数，能充分反映出不同权重的特征参数应当占有的评价，避免关键性恶化指标被平均化，从而使评价结果更趋合理。
附图说明
[0020]
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0021]
图1是本发明根据一个或多个实施方式的变权理论实施流程图；
[0022]
图2是本发明根据一个或多个实施方式的轨交隧道网格划分图；
[0023]
图3是本发明根据一个或多个实施方式的轨交隧道运营期安全评价层次结构模型；
[0024]
图4是本发明根据一个或多个实施方式的轨交隧道整体结构安全评价图。
[0025]
为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。
具体实施方式
[0026]
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0027]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式
也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
[0028]
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0029]
术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
[0030]
正如背景技术所介绍的，针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种轨交隧道运营期安全评价方法、系统及存储介质，为了更好的反映出轨交隧道的整体安全程度，基于变权理论综合评价轨交隧道运营期安全性能，将数学理论与工程实际相结合，可以弥补传统工程经验安全分析的缺陷，更加准确便捷地服务轨交隧道。
[0031]
实施例1
[0032]
本发明的一种典型实施方式中，本实施例公开了一种轨交隧道运营期安全评价方法，
[0033]
本次发明运用的变权理论结构如公式(1)：
[0034][0035]
式中w
j
为变权值；w
j0
为常权值；s
i
(x)为变权向量函数。
[0036]
从原理上来说，包括以下步骤：
[0037]
1、获取整段轨交隧道中各病害参数数据；包括裂缝长度、裂缝宽度、渗漏水面积、管片背后空洞面积、管片变形量；
[0038]
具体的，先对轨交隧道结构面进行网格划分：将轨交隧道拱形面摊开形成平面形式，按照0.3m
×
0.3m网格形式对轨交隧道平面进行划分；然后由横向(从左往右)、纵向(从下往上)方向对网格进行划分，提取每个网格中裂缝长度、裂缝宽度、渗漏面积、空洞面积、变形变化率的数据，其中
[0039]
2、确定常权值w
j0
；
[0040]
具体的，首先建立轨交隧道运营期安全评价层次结构模型，此层次结构模型由指标层、中间层、目标层三个部分构成，呈递阶层次结构，本次中间层有4个特征参数：包括裂缝特征、渗漏特征、空洞特征、变形特征；指标层有5个特征参数：裂缝长度、裂缝宽度、渗漏面积、空洞面积、变形变化率；
[0041]
然后确定各层次之间的权重值，权重值包括目标层与中间层之间的常权重 (w
10
、w
20
、w
30
、w
40
)、中间层与指标层之间的权重值(w
12
、w
22
、w
32
、w
42
、 w
52
)、目标层与指标层之间的权重值(w
11
、w
21
、w
31
、w
41
、w
51
)、目标层与指标层之间的理想变权值(w1、w2、w3、w4、w5)，具体包括如下步骤：
[0042]
2.1、划分指数标度：指数标度都是1-9度，本实施例中变权理论采用指数标度法，根据轨交隧道各个特征参数之间的关系，建立具体的判断等级以及相应的指数标度，如表1：
[0043]
表1指数标度法
[0044][0045]
注：k∈(0，1，
……
，8)，α＝9-8
＝1.316。
[0046]
2.2、建立判断矩阵：根据每个层次中各特征参数之间的重要影响关系，选择对应的指数标度，建立目标层与中间层、指标层之间的判断矩阵；
[0047]
2.3、检验判断矩阵一致性：计算判断矩阵的最大特征值λ
max
，基于一致性指标r值分布，根据矩阵阶数确定ri值，通过计算是否小于0.1来说明判断矩阵的一致性是否可以接受；
[0048]
2.4、确定权重：判断矩阵一致性检验完成后，根据判断矩阵结构计算出目标层与中间层之间的常权重(w
10
、w
20
、w
30
、w
40
)、中间层与指标层之间的权重值 (w
12
、w
22
、w
32
、w
42
、w
52
)、目标层与指标层之间的理想变权值(w1、w2、w3、 w4、w5)，并通过公式(2)计算出目标层与指标层之间的权重值(w
11
、w
21
、w
31
、 w
41
、w
51
)。
[0049][0050]
3.确定变权向量函数s
i
(x)。
[0051]
3.1、变权向量函数的构建：通过构建轨道交通隧道结构安全性能分区的状态变权向量，对指标因素的基础权重进行重新调整，使基本评价单元中的指标因素权重降低或提高，从而使评价等级相应的降低或提高。换句话说，“惩罚”对隧道管片结构安全不好的“低”指标值，“激励”对隧道管片结构安全好的“高”指标值，对一般的指标值既“不惩罚也不激励”。轨道交通隧道结构安全性能的分区状态变权向量被构建见公式(3)：
[0052][0053]
3.2、变权向量函数区间的确定：对轨交隧道各病害数据归化至[-1，1]之间并运用k-均值聚类分析法对病害进行区间划分，本次发明将区间划分为惩罚区间、不激励不惩罚区间、初激励区间、强激励区间；
[0054]
3.3、变权向量函数参数c、α1、α2、α3的确立：设定因素指标值c1、c2、c3、 c4、c5不同
的区间，即x1、x2位于惩罚区间，x3位于不惩罚不激励区间，x4位于初激励区间，x5位于强激励区间。理想变权向量可以得到以下方程：
[0055][0056]
建立变权向量函数权重之间的关系式，如公式(5)：
[0057][0058]
转换参数c、α1、α2、α3的表达，如公式(6)：
[0059][0060]
根据评价单元的各因素状态值及其常权权重可以得到以下公式：
[0061][0062]
将公式(7)带入得：
[0063][0064]
式中
[0065]
根据公式(8)结合已确定的理想变权权重(w1、w2、w3、w4、w5)和已知的因素常权权重值(w
11
、w
21
、w
31
、w
41
、w
51
)及因素的状态值和变权区间阈值，可以求出参数c的值，在求出参数c的基础上再根据公式(6)。可以计算出参数α1、α2、α3，变权向量函数s
j
(x)就建立完成。
[0066]
4.通过变权理论计算出轨交隧道各网格安全值。
[0067]
此外，还可以通过数据图像化更直观地观察轨交隧道运营期整体安全性能。
[0068]
具体的，以选取一条病害特征数量多的轨交隧道为例，评价轨交隧道运营期安全性，包括以下步骤：
[0069]
(1)数据收集：选取一条病害特征数量多的轨交隧道，提取这段隧道中各个病害特征参数的数据。所收集的实测资料要求包括裂缝长度(c1)、裂缝宽度(c2)、渗漏面积(c3)、空洞面积(c4)、变形变化率(c5)。
[0070]
(2)轨交隧道结构面网格划分：将轨交隧道拱形面摊开形成平面形式，按照0.3m
×
0.3m网格形式对轨交隧道平面进行划分，由横向(从左往右)、纵向(从下往上)方向对网格进行划分，网格如图2所示。
[0071]
(3)网格排序及提取网格参数：针对已经划分好的网格，由左及右，由下至上，按照正整数依次递增排序；提取每个网格中裂缝长度、裂缝宽度、渗漏面积、空洞面积、变形变化率的数据。
[0072]
发明人通过现场实测、文献查阅等方式收集现场实测数据120例，部分数据见表2。
[0073]
(4)常权重确定：建立轨交隧道运营期安全评价层次结构模型，如图3所示，通过表1的指数标度法建立目标层与中间层之间的常权重1的指数标度法建立目标层与中间层之间的常权重中间层与指标层之间的权重值目标层与指标层之间的理想变权值(w1、w2、w3、w4、w5)，运用公式计算出目标层与指标层之间的权重值
[0074]
表2部分数据资料表
[0075][0076]
(5)变权向量函数确定：对表2中的轨交隧道各病害数据归化至[-1，1]之间并运用k-均值聚类分析法对病害进行区间划分，将区间划分为惩罚区间、不激励不惩罚区间、初激励区间、强激励区间；设定因素指标值c1、c2、c3、c4、c5不同的区间，即x1、x2位于惩罚区间，x3位于不惩罚不激励区间，x4位于初激励区间，x5位于强激励区间，通过公式(4)的转换得到转换参数c、α1、α2、α3的表达式(公式(6))，根据公式(8)结合已确定的理想变权权重(w1、w2、w3、w4、w5) 和已知的因素常权权重值(w
11
、w
21
、w
31
、w
41
、w
51
)及因素的状态值和变权区间阈值，可以求出参数c的值，在求出参数c的基础上再根据公式(6)，可以计算出参数α1、α2、α3，变权向量函数s
i
(x)就建立完成。
[0077]
(6)轨交隧道整体结构安全评价图：通过变权理论计算出轨交隧道各网格安全值，并通过程序将数据图像化，即更直观地观察轨交隧道运营期整体安全性能，如图4所示。
[0078]
实施例2
[0079]
本发明的一种典型实施方式中，本实施例公开了一种轨交隧道运营期安全评价系统，包括以下模块，各模块之间级联动作：
[0080]
第一模块，被配置为根据所采集的数据，建立轨交隧道运营期安全评价层次结构模型，运用指数标度法建立各层次之间的判断矩阵，并检验判断矩阵一致性，计算通过一致性判断的矩阵中各层次之间的权重值；
[0081]
第二模块，被配置为对所述采集的数据进行区间归化，并将病害划分为多个区间，设定多个位于不同区间的因素指标值，通过数学计算方法确立变权向量函数参数c、a1、a2、α3，得到变权向量函数s
j
(x)，构建出变权函数；
[0082]
第三模块，被配置为根据变权函数计算出轨交隧道各网格安全值。
[0083]
各模块之间级联动作，所述级联动作关系为，当第n模块动作不成功或无法动作时，第n+1模块投入动作。
[0084]
n为大于等于1的整数。
[0085]
当然，上述第一模块、第二模块、第三模块对应于实施例1中的步骤4)、步骤5)、步骤6)，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。
[0086]
实施例3
[0087]
本发明的一种典型实施方式中，本实施例公开了一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行第一方面所述的一种轨交隧道运营期安全评价方法。
[0088]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。