一种城市基础设施群脆弱性分析方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种城市基础设施群脆弱性分析方法及装置，其中，城市基础设施群脆弱性分析方法包括：获取城市基础设施数据；根据所述城市基础设施数据，将城市内的所有基础设施划分为城市基础设施群；构建关于所述城市基础设施群的设施群级联失效模型；根据所述设施群级联失效模型，分析所述城市基础设施群的脆弱性；根据所述脆弱性，从所述城市基础设施群的所有所述基础设施中发掘脆弱基础设施。本发明专利技术基于基础设施之间的关联性构建城市基础设施群，以非孤立性地去分析基础设施的运行状况，以立足于外界扰动发生后基础设施负载分配的实际构建设施群级联失效模型，保证了脆弱性分析与脆弱基础设施发掘的结果更加贴近实际且更加有效。更加有效。更加有效。

【技术实现步骤摘要】
一种城市基础设施群脆弱性分析方法及装置


[0001]本专利技术涉及基础设施运行分析
，具体而言，涉及一种城市基础设施群脆弱性分析方法及装置。

技术介绍

[0002]近年来，随着经济社会的快速发展，城市化的进程不断推进，围绕着经济发展和城市居民生活体验等配套建设的一系列城市基础设施推动了城市经济的快速发展和城市居民的生活体验的提高。其中，诸如城市道路网络、桥梁、隧道、大型交通枢纽、城市商业CBD区域、城市大型功能性建筑、公共活动场所、居民社区和养老机构等基础设施，已成为支撑城市运行的重要载体，且由于这些基础设施系统往往具有较大的规模、重要的支撑功能和复杂的系统交互，因此其也被称作为城市关键基础设施。
[0003]城市关键基础设施的运行，直接关系到经济的正常运转和城市居民的日常生活。随着全球气候变暖、极端天气的出现以及各种人为的原因，都会成为影响基础设施正常运行的干扰因素。而这些对基础设施的实际运行造成影响的干扰因素（外界扰动），可能会直接影响一系列基础设施的正常运行，产生级联失效现象，最终导致相当一部分基础设施甚至相关联的所有基础设施网络的崩溃。
[0004]为了预防基础设施的故障以及因此带来的巨大损失，城市运行者为基础设施配套了一系列运行状态监测设施设备，用以保障其正常运行。但是，由于缺乏有效的理论支持，使得各自分散的监测数据，难以支撑对单个基础设施以及基础设施之间关联而引起的故障的分析和管理。另外，监测对象以及基础设施实际运行环境的多样化，都导致无法从现有数据当中提取有效部分，从而缺乏评估基础设施运行状态的有效指标和参数。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的问题是：如何立足于极端天气和特定场景下的基础设施运行状况，分析基础设施之间的相关关系，非孤立性地去分析基础设施的运行状况，有效评估基础设施及基础设施群。
[0006]为解决上述问题，本专利技术提供一种城市基础设施群脆弱性分析方法，包括：获取城市基础设施数据；根据所述城市基础设施数据，将城市内的所有基础设施划分为城市基础设施群；构建关于所述城市基础设施群的设施群级联失效模型；根据所述设施群级联失效模型，分析所述城市基础设施群的脆弱性；根据所述脆弱性，从所述城市基础设施群的所有所述基础设施中发掘脆弱基础设施。
[0007]可选地，所述获取城市基础设施数据包括：获取待研究的所述城市内的关于交通小区的数据与关于所述基础设施的数据。
[0008]可选地，所述根据所述城市基础设施数据，将城市内的所有基础设施划分为城市
基础设施群包括：基于所述基础设施所在位置，将所述基础设施划分到其所在的所述交通小区；其中，当所述基础设施中存在位置横跨多个所述交通小区的第一基础设施时，将所述第一基础设施划分至其占地面积最大的所述交通小区；将划分后位置位于同一所述交通小区内的所有所述基础设施划分为一个所述城市基础设施群。
[0009]可选地，所述构建关于所述城市基础设施群的设施群级联失效模型包括：步骤310、确定所述城市基础设施群中所有所述基础设施的初始负载值与负载上限值；步骤320、移除所述城市基础设施群中的初始扰动基础设施，并将被移除的所述初始扰动基础设施的初始负载值分配至与所述初始扰动基础设施直接相关联的所有第一层基础设施上；其中，当所述第一层基础设施中存在当前负载值超过负载上限值的第二层基础设施时，将所述第二层基础设施作为所述初始扰动基础设施并重复步骤320，直至所有所述第一层基础设施的当前负载值不超过负载上限值。
[0010]可选地，所述确定所述城市基础设施群中所有所述基础设施的初始负载值与负载上限值包括：基于所述基础设施的功能，制定所述基础设施的初始负载值；基于所述基础设施的设计参数，确定所述基础设施的负载上限值。
[0011]可选地，所述基于所述基础设施的功能，制定所述基础设施的初始负载值包括：根据所述城市基础设施数据，获取所述城市基础设施群内各所述基础设施位于标定时间内的运行参数时间序列；其中，所述运行参数时间序列包括关于交通状况的第一时间序列、关于电力供给的第二时间序列、关于用水需求的第三时间序列及关于居住和使用的第四时间序列；对所述第一时间序列、所述第二时间序列、所述第三时间序列及所述第四时间序列分别进行归一化处理；对所述基础设施的所述第一时间序列、所述第二时间序列、所述第三时间序列及所述第四时间序列进行权重分配，根据分配的权重以及归一化后的所述第一时间序列、所述第二时间序列、所述第三时间序列及所述第四时间序列，确定所述基础设施的初始负载值。
[0012]可选地，所述移除所述城市基础设施群中的初始扰动基础设施，并将被移除的所述初始扰动基础设施的初始负载值分配至与所述初始扰动基础设施直接相关联的所有第一层基础设施上包括：步骤321、根据初始负载值，计算所述城市基础设施群内不同所述基础设施的所述运行参数时间序列之间的皮尔逊相关系数；步骤322、根据所述皮尔逊相关系数，过滤不同所述基础设施之间所述皮尔逊相关系数不满足第一阈值条件的相应时间序列，确定不同所述基础设施之间的关联强度；步骤323、将所述城市基础设施群内每个所述基础设施和与其直接相关联的所述基础设施的所述关联强度进行归一化处理；
步骤324、移除所述城市基础设施群中的所述初始扰动基础设施，将被移除的所述初始扰动基础设施的初始负载值按所述关联强度占比分配到所有所述第一层基础设施上；所述将所述第二层基础设施作为所述初始扰动基础设施并重复步骤320，直至所有所述第一层基础设施的当前负载值不超过负载上限值包括：对移除初始扰动基础设施后的所述基础设施群内每个所述基础设施和与其直接相关联的所述基础设施的所述关联强度进行归一化处理，将所述第二层基础设施作为所述初始扰动基础设施并重复步骤324，直至所有所述第一层基础设施的当前负载值不超过负载上限值。
[0013]可选地，所述根据所述设施群级联失效模型，分析所述城市基础设施群的脆弱性包括：根据所述城市基础设施数据，确定所述基础设施发生运行故障的频率值；确定所述城市基础设施群内各所述基础设施失效传播的次数以及每层被移除的所述基础设施数量；根据所述频率值、所述次数和所述数量，确定所述城市基础设施群的脆弱性参数及脆弱性指标。
[0014]可选地，所述根据所述脆弱性，从所述城市基础设施群的所有所述基础设施中发掘脆弱基础设施包括：根据所述城市基础设施群的所述脆弱性指标及其内各所述基础设施的所述脆弱性参数，计算所述城市基础设施群在第一预设时间段t内的平均脆弱性指标值、所述基础设施的第二脆弱性路径过程参数以及所述城市基础设施群的恢复指标中的至少一个，以发掘所述脆弱基础设施；所述平均脆弱性指标值满足：，其中，为所述基础设施在时刻r的所述脆弱性参数值；所述第二脆弱性路径过程参数满足：，其中，为第一层基础设施j移除时初始扰动基础设施i是否会移除的功能函数，移除和不会移除对应的函数值分别为1和0；Z为所述城市基础设施群内所述基础设施的总数；所述恢复指标满足：，
其中，表示所述城市基础设施群内各所述第一层基础设施j本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城市基础设施群脆弱性分析方法，其特征在于，包括：获取城市基础设施数据；根据所述城市基础设施数据，将城市内的所有基础设施划分为城市基础设施群；构建关于所述城市基础设施群的设施群级联失效模型；根据所述设施群级联失效模型，分析所述城市基础设施群的脆弱性；根据所述脆弱性，从所述城市基础设施群的所有所述基础设施中发掘脆弱基础设施。2.如权利要求1所述的城市基础设施群脆弱性分析方法，其特征在于，所述获取城市基础设施数据包括：获取待研究的所述城市内的关于交通小区的数据与关于所述基础设施的数据。3.如权利要求2所述的城市基础设施群脆弱性分析方法，其特征在于，所述根据所述城市基础设施数据，将城市内的所有基础设施划分为城市基础设施群包括：基于所述基础设施所在位置，将所述基础设施划分到其所在的所述交通小区；其中，当所述基础设施中存在位置横跨多个所述交通小区的第一基础设施时，将所述第一基础设施划分至其占地面积最大的所述交通小区；将划分后位置位于同一所述交通小区内的所有所述基础设施划分为一个所述城市基础设施群。4.如权利要求1
‑
3中任一项所述的城市基础设施群脆弱性分析方法，其特征在于，所述构建关于所述城市基础设施群的设施群级联失效模型包括：步骤310、确定所述城市基础设施群中所有所述基础设施的初始负载值与负载上限值；步骤320、移除所述城市基础设施群中的初始扰动基础设施，并将被移除的所述初始扰动基础设施的初始负载值分配至与所述初始扰动基础设施直接相关联的所有第一层基础设施上；其中，当所述第一层基础设施中存在当前负载值超过负载上限值的第二层基础设施时，将所述第二层基础设施作为所述初始扰动基础设施并重复步骤320，直至所有所述第一层基础设施的当前负载值不超过负载上限值。5.如权利要求4所述的城市基础设施群脆弱性分析方法，其特征在于，所述确定所述城市基础设施群中所有所述基础设施的初始负载值与负载上限值包括：基于所述基础设施的功能，制定所述基础设施的初始负载值；基于所述基础设施的设计参数，确定所述基础设施的负载上限值。6.如权利要求5所述的城市基础设施群脆弱性分析方法，其特征在于，所述基于所述基础设施的功能，制定所述基础设施的初始负载值包括：根据所述城市基础设施数据，获取所述城市基础设施群内各所述基础设施位于标定时间内的运行参数时间序列；其中，所述运行参数时间序列包括关于交通状况的第一时间序列、关于电力供给的第二时间序列、关于用水需求的第三时间序列及关于居住和使用的第四时间序列；对所述第一时间序列、所述第二时间序列、所述第三时间序列及所述第四时间序列分别进行归一化处理；对所述基础设施的所述第一时间序列、所述第二时间序列、所述第三时间序列及所述第四时间序列进行权重分配，根据分配的权重以及归一化后的所述第一时间序列、所述第
二时间序列、所述第三时间序列及所述第四时间序列，确定所述基础设施的初始负载值。7.如权利要求6所述的城市基础设施群脆弱性分析方法，其特征在于，所述移除所述城市基础设施群中的初始扰动基础设施，并将被移除的所述初始扰动基础设施的初始负载值分配至与所述初始扰动基础设施直接相关联的所有...

【专利技术属性】
技术研发人员：周子益，贾磊，童青峰，安茹，刘星，
申请(专利权)人：深圳市交通科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：