[发明专利]一种基于贝叶斯网络的隧道衬砌结构服役状况评价方法

说明书

本发明公开了一种基于贝叶斯网络的隧道衬砌结构服役状况评价方法。本方法包括以下步骤：首先确定隧道服役过程中的典型病损类型及其特征，采用贝叶斯网络结构学习TAN方法和专家经验知识确定隧道衬砌结构服役状况评价的贝叶斯网络结构，根据检测数据和专家经验确定各节点特征，采用贝叶斯网络的参数学习EM方法和统计数据进行各节点特征先验概率确定。然后根据实际隧道衬砌结构服役环境和现场检测资料，采用贝叶斯网络逻辑推理得到隧道服役状况的评价结果。本发明建立的贝叶斯网络能够考虑相互关联因素之间的相互影响，充分体现了隧道衬砌结构的系统性，能够客观的描述隧道衬砌服役状态和可靠性。

技术领域

本发明属于公路交通技术领域，具体涉及一种基于贝叶斯网络的隧道衬砌结构服役状况评价方法。

背景技术

截至2016年底，我国运营公路隧道总里程已达14039.7km，数量巨大的公路隧道运营安全管理，是当前公路管理部门十分重视的工作。其中，运营隧道服役状况评价是重要环节之一，而且评价结果将直接影响隧道维修养护决策，因此，采取有效合理的评价方法来诊断隧道服役状况，已成为业内重点关注的课题。

在公路隧道服役状况的综合评价过程中，输入模型的参数越多，诊断结果越接近实际状况，评价结果越准确。如果能够获取全部信息，评价结果最为可靠。但因隧道实际服役状况复杂，检测设备和经济因素的条件限制，检测数据往往都不够完备，这些数据的类别和数量直接影响评价结果的准确性。一般的评价方法通常仅仅考虑单因素影响，没能考虑病害多因素相互影响，评价过程直接依据检测数据，没能形成完整的评价体系。本文的评价方法，采用贝叶斯网络，考虑了各类因素之间的相互影响，同时由于贝叶斯网络的构建，能够依据最新检测数据，根据数据筛选和贝叶斯学习，动态调整评价因素概率，对隧道服役状况进行动态评价。

发明内容

本发明的目的在于考虑多因素相互影响和病害因素动态变化，提供一种基于贝叶斯网络的隧道衬砌结构服役状况评价方法，为复杂环境下的运营公路隧道衬砌病害处理提供实时依据和指导。

为实现上述技术目的，本发明提供的方案是：一种基于贝叶斯网络的隧道衬砌结构服役状况评价方法，包括以下步骤：

（1）确定贝叶斯网络的节点及类型：贝叶斯网络节点分别对应于模型中的各个变量，需要根据系统分析来确定各个变量及其相互关系，并依据变量性质来区分节点的类型，节点类型主要包括目标节点、证据节点和中间节点。依据隧道衬砌结构病损特征研究成果，确定与隧道衬砌结构服役状况相关的因素变量作为节点，并依据变量性质来区分节点的类型，其中目标节点即为隧道衬砌服役状况，病损类型作为子节点即证据节点，包括衬砌裂缝、衬砌位移或变形、衬砌背后空洞、衬砌厚度不足、衬砌劣化、衬砌压溃或剥落和衬砌渗漏水；对病损类型进行特征描述得到的病损特征作为父节点即中间节点，其中衬砌裂缝的病损特征包括：裂缝长度、裂缝宽度、裂缝深度和裂缝位置；衬砌位移或变形的病损特征包括：变形速率和净空不足；衬砌背后空洞的病损特征包括：空洞长度和空洞深度；衬砌厚度不足的病损特征包括：衬砌减薄厚度比和减薄部位；衬砌劣化的病损特征包括衬砌强度比；衬砌压溃或剥落的病损特征包括：衬砌剥落直径和衬砌剥落深度；衬砌渗漏水的病损特征包括：渗漏水部位和渗漏水流量。对各病损特征进行等级划分，如表1所示。

表1 各病损特征等级划分表

根据隧道衬砌病损研究成果，将子节点按安全影响程度分为三级，分别为“严重”、“一般”和“轻微”，分别对应危及隧道正常营运、需要人为加固和需要监视、观测，将隧道衬砌服役状况评价结果分为四级，分别为“1级”、“2级”、“3级”、“4级”对应着“好”、“较好”、“一般”、“差”，具体划分等级如表2所示。

表2隧道衬砌服役状况评价结果分级表