[发明专利]一种桥梁健康状态检测与管养决策系统及方法

摘要

一种桥梁健康状态检测与管养决策系统及方法，属于桥梁健康检测领域。该方法以城市公路桥梁为建设对象，利用大数据技术、数据挖掘与知识发现技术、人工智能技术等，对桥梁日常监测和管养维护过程中积累的海量数据，建立桥梁健康状态检测与管养决策知识库，并能通过设计的知识推理模型，有效跟踪和掌控桥梁的结构使用状态及其发展演化趋势；对于桥梁运营期间出现的各类状况异常，能应用知识推理模型，给出具有专家级水平的桥梁健康状态异常预警/预报、病害损伤原因分析、桥梁结构综合评估和桥梁养护措施/策略等结果，并生成针对桥梁某异常或病害的管养维护决策方案，为桥梁结构的安全运行、跟踪维护、科学管理等提供决策支撑服务。

主权项

1.一种桥梁健康状态检测与管养决策系统，其特征在于，该系统包括桥梁服务门户子系统、数据分析与处理子系统、大数据挖掘子系统、知识库管理与维护子系统、桥梁健康状态监测与评估子系统；/n(1)所述的桥梁服务门户子系统包括桥梁用户信息配置单元、用户需求与服务配置单元、桥梁数据配置单元和服务集成调度引擎单元；/n桥梁用户信息配置单元采用模板方式，登记桥梁用户的基本信息；/n用户需求与服务配置单元采用模板方式，配置每座桥梁用户需要的服务类型；/n桥梁数据配置单元采用模板方式，用于配置每个检测设备参数，外部环境数据引入路径及数据文件名，桥梁历史档案数据、人工巡检数据、病害记录数据、管养记录所存放的路径及文件名称；/n服务集成调度引擎单元用于将桥梁用户信息配置单元、用户需求与服务配置单元、桥梁数据配置单元的配置信息进行融合集成，并通过建立调度引擎，实现对各个单元的运行和处理结果信息的可视化显示；/n(2)所述的数据分析与处理子系统包括数据整合与融合集成统一单元、大数据预处理单元、大数据质量分析单元和源数据库管理单元；/n源数据库管理单元通过分成桥梁管理数据库和系统管理知识库来管理桥梁的源数据；/n数据整合与融合集成统一单元用于对从数据服务中心读入的传感器采集数据和从市政设施管理处服务器读入的各类文件数据，分别进行预处理；/n大数据预处理单元用于对接收的各类传感器数据进行数据清洗；/n大数据质量分析单元用于评估各类传感器采集数据的正确性和有效性；并且对各传感器数据分别进行特征提取与统计分析；/n(3)所述的大数据挖掘子系统包括数据准备单元、数值型数据挖掘单元和非数值型数据挖掘单元；/n数据准备单元对各类传感器采集存放的历史数据，应用质量分析和数据预处理方法进行数据筛选；/n数据值型数据挖掘单元分别从传感器数据中挖掘出桥梁健康状态异常的单传感器数据类特征之间的关联规则和多传感器数据类特征之间的关联规则，并由此建立相应的规则数据库，对于新增的累积数据，重新学习，获取新的规则，从而使该功能具有自学习功能；/n非数值型数据挖掘单元利用人工巡检报告、病害记录、日常管养记录，从中挖掘出桥梁结构病害损伤识别、原因、指标、病变趋势，并由此建立相应的指标、病害规则、管养案例、应急预案知识库；对于新增的累积的文本信息，重新学习，获取新的规则，从而使该功能具有自学习功能；/n(4)所述的知识库管理与维护子系统用于对所建各类知识库进行管理，并对领域专家和桥梁管理与维护人员的桥梁检测与管养经验，以人工方式提炼成经桥梁专家认可的知识，保存到领域专家知识库中；/n(5)所述的桥梁健康状态监测与评估子系统根据桥梁服务门户子系统下发的服务引擎，执行相应的服务功能；包括知识推理单元，以及以知识推理单元为基础的桥梁健康状态异常检测单元、记录状态异常单元、趋势分析单元、异常度计算单元、桥梁结构状态综合评估单元、数据安全等级与报警级别划分单元；/n知识推理单元通过建立知识推理模型使推出的结果符合专家水平的结论；同时，对于知识库中没有而推出的新结论，经桥梁专家确认后，以新的知识追加到相应的知识库中，从而使建立的知识库具有不断更新和添加功能；/n桥梁健康状态异常检测单元用于对桥梁状态是否异常进行检测；/n趋势分析单元是对发生状态异常的传感器数据，应用建立的趋势分析模型给出最近某时间段的状态变化趋势，以辅助管理人员分析与决策；/n异常度计算单元用于对出现异常的传感器检测数据，给出其异常的程度计算，并以可视化方式给出某时间段内异常度的变化曲线；/n桥梁结构状态综合评估单元采用模糊数学和层次分析法相结合的方法对桥梁的当前结构状态进行综合评估；/n数据安全等级与报警级别划分单元是根据国家公路桥梁建设与评估标准，应用有限元分析和桥梁领域的专家经验，给出的划分等级，并以知识库形式保存到指标库中，便于修改和维护；/n记录状态异常单元，对于出现异常的状态，记录其结构部件、原因、指标因素、异常度、可能病害、变化趋势和维护方法信息。/n