一种道路结构服役性态低维评价方法技术

本发明专利技术涉及一种道路结构服役性态低维评价方法，属于道路监测技术领域。该方法包括：S1：构建道路结构服役性态的潜在评价因子；S2：求解各路段潜在评价因子得分；S3：计算各路段综合评价因子得分，并对其排序，即得出所有路段道路结构服役性态的排序结果。本发明专利技术基于多元聚类分析原理，将个数较多、物理或力学意义各异、测试方法差别较大的检/监测参数转换为个数较少、可资比较的聚类因子，从而解决了在统一标准下，道路结构综合服役性态的精准评价及排序难题。此外，本发明专利技术也可应用于桥梁、隧道、大坝等类似工程结构的服役性态评价及排序。

A Low Dimension Evaluation Method for Service Behavior of Road Structures

【技术实现步骤摘要】
一种道路结构服役性态低维评价方法
本专利技术属于道路监测
，涉及一种道路结构服役性态低维评价方法。
技术介绍
“数据丰富与知识贫乏”是当今信息时代人类面临的突出问题，“向数据要知识”的数据挖掘与知识发现研究成为近年来大数据与人工智能领域的研究重心与热点。对道路结构(路基路面)开展全面、准确评价是有效实施科学管养的基础条件，而目前行业内主流检/监测方法或手段所得数据，具有数量大、维度高、信息交叉等特点，即“富数据—贫知识”矛盾突出，给合理评价道路结构技术状况带来了极大的挑战。现有道路结构服役性态评估体系是基于道路结构力学性能、行驶质量、损坏状况等多个维度，融合微观与宏观等评估尺度，梳理出道路结构服役性态评估架构，如表1所示：表1道路结构服役性态评估体系架构但该结构具有评价维度高、评估指标多、信息交叉(不同的评价指标或测量参数相关性、重叠性显著)等缺点，如图1所示，这给全面、合理评价道路结构技术状况带来了极大的挑战，因此，迫切需要对目前庞杂的用于道路结构评价的检/监测数据实施降维处理，即构造个数较少的抽象潜在因子，代替原有个数较多的具体测量参数，克服原始数据强相关性、高重叠性等弊端，并保留其绝大部分信息，从而构建起通过少量潜在因子精准评价道路结构服役性态的全新体系。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种道路结构服役性态低维评价方法，通过构建构造个数较少的抽象潜在因子，代替原有个数较多的具体测量参数，克服原始数据强相关性、高重叠性等弊端，并保留其绝大部分信息，从而构建起通过少量潜在因子精准评价道路结构服役性态的全新体系来完整展示基本数据结构，降低了数据处理维度。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种道路结构服役性态低维评价方法，具体包括以下步骤：S1：构建道路结构服役性态的潜在评价因子模型；S2：求解各路段潜在评价因子得分；S3：计算各路段综合评价因子得分，并对其排序，即得出所有路段道路结构服役性态的排序结果。进一步，所述步骤S1具体包括以下步骤：S11：收集并整理道路结构服役性态评价初始测量参数；S12：对初始测量参数进行标准化处理，得到测量参数标准值；S13：构造测量参数标准值的相关系数矩阵R；S14：构建测量参数标准值与潜在评价因子的数学表达式；S15：求解潜在评价因子载荷矩阵A；S16：根据因子旋转规则对载荷矩阵A进行旋转。进一步，所述步骤S11具体包括：假设Xij是路段i对应的初始测量参数Xj的实测值，其中i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,n，m表示路段总数，n表示每段路段收集的初始测量参数总数；E(Xj)是初始测量参数Xj对应各路段实测值的均值，D(Xj)是初始测量参数Xj对应各路段实测值的方差，则表达式为：D(Xj)＝E[(Xij-E(Xj))2]＝E(Xij2)-E2(Xj)。进一步，所述步骤S12具体包括：将m条路段的n个初始测量参数，进行标准化处理，得到测量参数标准值X*ij为：进一步，所述步骤S13具体包括：将路段i的各测量参数标准值X*ij组成为一个n维向量X*i＝X*i1,X*i2,…,X*inT，然后构造此向量的协方差矩阵，即为相关系数矩阵R：其中，rjj'为向量X*i的分量X*ij与X*ij'的协方差。进一步，所述步骤S14具体包括：将路段i的第j项测量参数标准值X*ij表示为潜在评价因子及特殊因子的线性组合：X*ij＝aj1F1+aj2F2+...+ajpFp+εj，j＝1,2,...,n其中，Fk为潜在评价因子，k＝1,2,...,p且p≤n，是道路结构服役性态评价体系中不可直接观测但又客观存在的共同影响因素；εj为X*ij的特殊因子；则路段i的各项测量参数标准值与潜在评价因子的数学关系表达式为：X*i＝AF+ε＝X*i1,X*i2,…,X*inTF＝(F1,F2,...,Fp)Tε＝(ε1,ε2,...,εn)T其中，矩阵A为因子载荷矩阵，其中的元素ajk为因子载荷，表示第j个变量在第k个因子上的负荷。进一步，所述步骤S15具体包括以下步骤：S151：计算测量参数标准值的相关系数矩阵R的n个特征根λ1≥λ2≥…≥λn及其对应的单位特征向量U1,U2,…,Un；S152：根据以下原则来确定因子提取个数p：其中，p≤n，wc表示因子的累积方差贡献率；S153：提取前p个特征根及其对应的单位特征向量，建立潜在评价因子载荷矩阵A，表达式为：进一步，所述步骤S15具体包括：针对路段i，根据步骤S153中潜在评价因子载荷矩阵A的元素分布特征，确定是否需要对矩阵A进行旋转，具体原则如下：(1)如果矩阵A的大多数元素既不接近于1，也不接近于0，说明同一变量在多个因子上均有较大的载荷，或者多个变量在同一因子上均有较大的载荷，此时表明某一因子对多个变量均有明显的影响，因而很难对因子的实际背景进行合理解释，需要对矩阵A实施变换；(2)采用最大方差正交旋转方法，改变元素分布特征，使得每个变量仅在一个因子上具有较大的载荷(元素接近于1)，而在其余因子上的载荷较小(元素接近于0)，即旋转后的因子载荷矩阵A’在同一列上的因子载荷尽可能地接近于1或接近于0，此时，矩阵A’中每一列元素的方差之和达到最大。进一步，所述步骤S2具体包括：当旋转后的因子载荷矩阵A’满足每一列元素的方差之和达到最大时，首先求得因子得分系数矩阵B及因子得分表达式：B＝A'TR-1其中，A'T旋转后的因子载荷矩阵的转置矩阵，R-1为测量参数相关系数矩阵的逆矩阵；bjk为矩阵B的元素，j＝1,2,...,n，k＝1,2,...,p。进一步，所述步骤S3具体包括：针对路段i，计算综合因子得分Fc：其中，wk为各因子的方差贡献率，表达式为：本专利技术的有益效果在于：本专利技术基于多元聚类分析原理，建立了道路结构服役性态综合评价通用方法，即将个数较多、物理或力学意义各异、测试方法差别较大的检/监测参数转换为个数较少、可资比较的聚类因子，从而解决了在统一标准下，道路结构综合服役性态的精准评价及排序难题。此外，本专利技术也可应用于桥梁、隧道、大坝等类似工程结构的服役性态评价及排序。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：图1为道路结构服役性态评价体系转换图；图2为本专利技术所述评价方法的流程示意图。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。请参阅图2，本专利技术提供了一种道路结构服役性态低维评价方法，该方法具体包括以下步骤S1：构建道路结构服役性态的潜在评价因子：其本质是揭示众多显在变量(测量参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种道路结构服役性态低维评价方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：S1：构建道路结构服役性态的潜在评价因子；S2：求解各路段潜在评价因子得分；S3：计算各路段综合评价因子得分，并对其排序，即得出所有路段道路结构服役性态的排序结果。

【技术特征摘要】
1.一种道路结构服役性态低维评价方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：S1：构建道路结构服役性态的潜在评价因子；S2：求解各路段潜在评价因子得分；S3：计算各路段综合评价因子得分，并对其排序，即得出所有路段道路结构服役性态的排序结果。2.根据权利要求1所述的一种道路结构服役性态低维评价方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：S11：收集并整理道路结构服役性态评价初始测量参数；S12：对初始测量参数进行标准化处理，得到测量参数标准值；S13：构造测量参数标准值的相关系数矩阵R；S14：构建测量参数标准值与潜在评价因子的数学表达式；S15：求解潜在评价因子载荷矩阵A；S16：根据因子旋转规则对载荷矩阵A进行旋转。3.根据权利要求2所述的一种道路结构服役性态低维评价方法，其特征在于，所述步骤S11具体包括：假设Xij是路段i对应的初始测量参数Xj的实测值，其中i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,n，m表示路段总数，n表示每段路段收集的初始测量参数总数；E(Xj)是初始测量参数Xj对应各路段实测值的均值，D(Xj)是初始测量参数Xj对应各路段实测值的方差，则表达式为：D(Xj)＝E[(Xij-E(Xj))2]＝E(Xij2)-E2(Xj)。4.根据权利要求3所述的一种道路结构服役性态低维评价方法，其特征在于，所述步骤S12具体包括：将m条路段的n个初始测量参数，进行标准化处理，得到测量参数标准值X*ij为：5.根据权利要求4所述的一种道路结构服役性态低维评价方法，其特征在于，所述步骤S13具体包括：将路段i的各测量参数标准值X*ij组成为一个n维向量X*i＝X*i1,X*i2,…,X*inT，然后构造此向量的协方差矩阵，即为相关系数矩阵R：其中，rjj'为向量X*i的分量X*ij与X*ij'的协方差。6.根据权利要求5所述的一种道路结构服役性态低维评价方法，其特征在于，所述步骤S14具体包括：将路段i的第j项测量参数标准值X*ij表示为潜在评价因子及特殊因子的线性组合：X*ij＝aj1F1+aj2F2+...+ajpFp+εj，j＝1,2,...,n其中，Fk为潜在评价因子，k＝1,2,...,p且p≤n；εj为X*ij的特殊因子；则路段i的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李聪，邓卫东，唐胜传，熊潮波，徐周聪，王火明，张东长，李菁若，王全磊，郭妮，
申请(专利权)人：招商局重庆交通科研设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50