道路基础设施监测系统可靠度分析方法、系统及计算设备与流程

本发明涉及基础设施安全监测，特别涉及一种道路基础设施监测系统可靠度分析方法、系统及计算设备。

背景技术：

1、随着社会经济的快速发展，我国的道路基础设施建设逐渐完善，正在逐步建成全球最庞大、最复杂的道路基础设施网络。由于道路基础设施的应用目的和使用情况，使得全社会对于此类基础设施的安全性和可靠性均提出了很高的要求。基于此，针对各种不同类型的道路基础设施都出现了可以进行状态监测、预警、评估和预测的监测系统。而进一步的，为了保证道路基础设施的安全性，对道路基础设施监测系统本身的可靠性也需要进行判断，若道路基础设施监测系统本身可靠性存疑，也就无法按照其监测结果对该基础设施安全性进行准确有效地判断。

2、现有技术一，申请号202210956542.0公开了一种基于人工智能的道路基础设施异常监测方法，通过在道路基础设施中添加传感器，以监控和收集相关数据，并根据传感器测点布设原则，结合原监测系统现状、桥梁已有病害、所处环境、所受作用以及结构构造特点、力学行为特性、状态评估需求、管理养护要求等因素对数据进行分类以判断是否进行监测，将数据采用神经网络深度学习方法进行分析处理，并输出所预测的警报等级，根据不同类别设置不同的警报阈值，并且在日常维护中对阈值进行合理的修正，虽然实现道路基础设施的监测自动化，但是通过优化传感器的选型，来间接地判断或优化道路基础设施监测系统本身的可靠性，无法对道路基础设施监测系统的可靠性进行量化。

3、现有技术二，申请号202211106101.8公开了一种虚拟的三维数字道路基础设施混合编码与优化方法。按照数字道路基础设施的混合编码与优化的原则是：“文件体现、结构标准、参数详实、使用方便、体量减小”。将数字道路基础设施编码为一种电子文件格式，其创建、打开、使用、存储、增删、复制更加为社会应用所习惯。同时，将变化频率和使用频率相近的但是种类不同的数字道路基础设施成员参数，采用混合编码方法，生成数字道路基础设施；让其使用方便，减小重复表达。用分隔符实现成员参数多层嵌套，减少了成员参数的嵌套、数组、类等表达的辅助字节。虽然根据成员参数的表达形式，复合并用多种优化方法，尽可能减小数字道路基础设施的体量，但是，通过判断监测数据的可靠性无法对道路基础设施监测系统的可靠性进行量化，使其能够直观、准确地反映出道路基础设施监测系统的可靠性。

4、现有技术三，申请号202211005360.1公开了一种道路基础设施终端监测系统及方法，包括智能监测终端，安装在基础设施中，与主机终端通信连接,用于监测所述基础设施的工作状态；巡检模块，与主机终端通信连接，用于对智能监测终端无法覆盖的死角进行监测；图像采集模块，与主机终端通信连接，安装在基础设施旁，用于采用所述基础设施的图像信息；主机终端，用于接收智能监测终端、巡检模块以及图像采集模块的信息进行处理，并将结果发送至后台处理模块；后台处理模块，与主机终端通信连接；报警模块，用于接收主机终端发出的控制信息并发出警报。虽然通过设置智能监测终端实时监测道路基础设施的状态，并与主机终端配合，如果发现故障即时发出警报避免发生安全事故；但是不能能够直观、准确地反映出道路基础设施监测系统的可靠性，也就难以有针对性的对监测系统进行优化、调整。

5、目前，大多数方式是通过判断监测数据的可靠性或是通过优化传感器的选型，来间接地判断或优化道路基础设施监测系统本身的可靠性。而这些方法均无法对道路基础设施监测系统的可靠性进行量化，使其能够直观、准确地反映出道路基础设施监测系统的可靠性，也就难以有针对性的对监测系统进行优化、调整。因此，急需直接面向道路基础设施监测系统进行可靠性分析的技术方案。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种道路基础设施监测系统可靠度分析方法和相应的道路基础设施监测系统可靠度分析系统、计算设备和计算机存储介质。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种道路基础设施监测系统可靠度分析方法，方法包括：

3、对道路基础设施监测系统的运行方式进行分析，确定道路基础设施监测过程的逻辑关系和数据处理流程，根据道路基础设施监测过程的逻辑关系和数据处理流程，将道路基础设施监测系统划分为多个功能环节；

4、针对各个功能环节分别进行可靠度计算，得到各个功能环节对应的可靠度计算结果；

5、基于各个功能环节的可靠度计算结果以及道路基础设施监测的逻辑关系，计算得到道路基础设施监测系统的可靠度指标。

6、上述方案中，多个功能环节至少包括：采集环节、传输环节、异常辨识环节以及存储环节。

7、上述方案中，针对各个功能环节分别进行可靠度计算，得到各个功能环节对应的可靠度计算结果，进一步包括：

8、通过传感器标定对传感器的基本特性进行评价，计算得出采集环节的第一可靠度；

9、确定传输环节所采用的自组网传感网络的丢包率，利用丢包率确定传输环节的第二可靠度；

10、通过对道路基础设施监测数据进行相关性分析和数据校验，计算得到异常辨识环节的第三可靠度；

11、根据存储备份方式，确定存储环节的第四可靠度。

12、上述方案中，传感器的基本特性包括静态特性和动态特性；其中，静态特性至少包括：测量范围、线性度、迟滞、重复性、灵敏度、分辨力和温度稳定性；动态特性至少包括：阶跃响应和频率响应；

13、通过传感器标定对传感器的基本特性进行评价，计算得出采集环节的第一可靠度，进一步包括：

14、针对不同类型的传感器，选择对应的标定方法，根据获取到的传感器类型，对传感器类型进行目标特征分析，目标特征包含型号、规格或者特征，递归遍历目标特征，获取每次递归得到的目标特征的信息，根据获取到的信息建立包含目标特征及对应标定方法的第一集合；根据第一集合生成映射关系，将每种传感器类型与对应的标定方法关联起来，使用哈希表存储映射关系；利用建立的映射关系，自动选择对应的标定方法，通过查找映射关系哈希表中的对应项实现；

15、根据对应的标定方法与传感器获取的数据进行比对，检验传感器的静态特性和动态特性是否符合处于预设范围，得到针对传感器的检验结果；

16、根据检验结果，确定采集环节的第一可靠度。

17、上述方案中，确定传输环节所采用的自组网传感网络的丢包率，利用丢包率确定传输环节的第二可靠度，进一步包括：

18、确定传输环节所采用的自组网传感网络的网络结构；

19、根据自组网传感网络的网络结构，对自组网传感网络进行建模仿真，得到仿真结果；

20、根据仿真结果确定自组网传感网络的丢包率，确定传输环节的第二可靠度，其中，第二可靠度为100％与丢包率之间的差值。

21、上述方案中，通过对道路基础设施监测数据进行相关性分析和数据校验，计算得到异常辨识环节的第三可靠度，进一步包括：

22、根据道路类型特点和传感器之间的关联性，对道路基础设施监测数据进行相关性分析；收集道路基础设施监测数据，并进行预处理；确定进行相关性分析的道路基础设施监测数据变量，使用皮尔逊相关系数计算道路基础设施监测数据之间的相关系数，进行统计显著性检验：解释和分析道路基础设施监测数据之间的关系；

23、根据相关性分析结果，对道路基础设施监测数据进行数据异常分析，确定数据异常的发生原因，筛选得到真实异常数据；

24、将通过无线方式进行的数据采集和信号处理结果与通过有线方式进行的数据采集和信号处理结果进行对比，计算二者的频率误差和振型置信度；在振型置信度处于置信区间内时，基于频率误差计算异常辨识环节的第三可靠度，第三可靠度为100％与频率误差之间的差值；其中，

25、

26、其中，errorfreq为频率误差，f有线为有线频率，f无线为无线频率；

27、

28、其中，maci为振型置信度，φi为有线模态矩阵，为转置有线模态矩阵，φj为无线模态矩阵，为转置无线模态矩阵；

29、在振型置信度不处于置信区间时，则根据道路基础设施监测数据的振幅或相位，计算对应的振幅衰减或相位变化；根据道路基础设施监测数据的振幅衰减或相位变化，通过调整道路基础设施监测数据的放大倍数或相位差，将振型置信度提升至置信区间内。

30、上述方案中，根据存储备份情况，确定存储环节的第四可靠度，进一步包括：

31、道路基础设施监测系统中的存储环节进行多重备份，并将存储环节的第四可靠度确定为100％。

32、上述方案中，基于各个功能环节的可靠度计算结果以及道路基础设施监测的逻辑关系，计算得到道路基础设施监测系统的可靠度指标，进一步包括：

33、根据道路基础设施监测的逻辑关系，确定得到道路基础设施监测系统中多个功能环节之间为串联关系，基于串联关系确定出道路基础设施监测系统的可靠度指标计算方式为：

34、pr＝p1×p2×p3×p4

35、其中，pr为可靠度指标，p1为第一可靠度，p2为第二可靠度，p3为第三可靠度，p4为第四可靠度；

36、将各个功能环节的可靠度计算结果代入可靠度指标计算方式，计算得到道路基础设施监测系统的可靠度指标。

37、根据本发明的另一方面，提供了一种道路基础设施监测系统可靠度分析系统，包括：划分模块、独立计算模块以及汇总计算模块；其中，

38、划分模块，用于对道路基础设施监测系统的运行方式进行分析，确定道路基础设施监测过程的逻辑关系和数据处理流程，根据道路基础设施监测过程的逻辑关系和数据处理流程，将道路基础设施监测系统划分为多个功能环节；其中，多个功能环节至少包括：采集环节、传输环节、异常辨识环节以及存储环节；

39、独立计算模块，用于针对各个功能环节分别进行可靠度计算，得到各个功能环节对应的可靠度计算结果；

40、汇总计算模块，用于基于各个功能环节的可靠度计算结果以及道路基础设施监测的逻辑关系，计算得到道路基础设施监测系统的可靠度指标。

41、根据本发明的又一方面，提供了一种计算设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，处理器、存储器和通信接口通过通信总线完成相互间的通信；

42、存储器用于存放至少一项可执行指令，可执行指令使处理器执行如上述的道路基础设施监测系统可靠度分析方法对应的操作。

43、根据本发明提供的技术方案，对道路基础设施监测系统的运行方式进行分析，确定道路基础设施监测过程的逻辑关系和数据处理流程，根据道路基础设施监测过程的逻辑关系和数据处理流程，将道路基础设施监测系统划分为多个功能环节；其中，多个功能环节至少包括：采集环节、传输环节、异常辨识环节以及存储环节；针对各个功能环节分别进行可靠度计算，得到各个功能环节对应的可靠度计算结果；基于各个功能环节的可靠度计算结果以及道路基础设施监测的逻辑关系，计算得到道路基础设施监测系统的可靠度指标。通过将道路基础设施监测过程进行功能划分，并根据计算得到的多个功能环节的可靠度，得出道路基础设施监测系统整体的可靠度指标。并且根据功能划分，从传感器的基本特性、传输网络的结构和性能、异常数据的辨识和数据存储等方面，科学地得出各个功能的可靠度，便于有针对性的对特定环节进行维修、调整、优化，并进一步综合得出量化的道路基础设施监测系统的可靠性指标，有利于监测人员更为科学地维护道路基础设施监测系统，保障道路基础设施监测系统的可靠性，极大的保障道路基础设施监测数据的准确性，以及道路基础设施的安全性，保护了人民群众的生命财产安全。

44、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

45、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。