【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道运营维护，具体为一种基于共现分析的隧道病害空间相关性分析方法。
技术介绍
1、随着运营线路、运营里程的不断增加，运营年代的不断延长，大量运营隧道进入带病害服役阶段，灾害问题层出不穷。例如，在隧道运营期间，由于隧道衬砌质量缺陷、近接施工、外部环境变化以及运营维护不到位等多种因素影响，导致隧道产生渗漏、裂缝、错台、掉块、收敛、隆沉和道床脱空等多种形式的病害，对隧道的运营和结构安全造成了极大威胁。这些病害的发生并不是相互独立的，某几种病害之间可能存在着一些相关关系，例如裂缝、错台的产生会导致相邻某几环管片渗漏的产生或加剧，隧道收敛变形超限也可能导致相邻某几环管片错台发生等危害。由于病害之间存在着空间相关性，因此某种病害的产生或者发展可能会促进或加剧附近区域另外几种病害的产生或发展。随着三维激光扫描技术等先进测量手段的进步，大量隧道病害数据信息得以获取和积累。如何利用这些病害数据信息，探究多种病害间的空间相关性，从而为病害的预防和针对性治理提供有效依据，一直是隧道运维领域亟待解决的难题。
2、目前对病害的相关性分析多采用线性相关分析方法，常采用pearson相关系数或线性回归等方式探讨病害量值的相关性。现有手段采用的方式存在两方面问题：一、通过大量的病害数据信息散点图观察，病害之间并不存在明显的线性相关关系，因此采用线性分析手段是不合适的；二、现有的相关性分析仅是从病害量值上去寻找相关关系，未考虑病害空间上的相关性，也就是说未考虑某位置发生病害，附近相邻位置可能会发生其他病害的情况。因此现有手段无法有效地从
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种基于共现分析的隧道病害空间相关性分析方法。本方法通过设计共现窗口，并利用不同病害的各个等级单独作为共现病害事件，不仅体现了不同病害类型之间的空间相关性，同时也揭示了不同病害等级之间的空间相关性，为病害的预防和针对性治理提供有效依据。同时，克服了现有病害相关性分析手段的不足，通过数据可视化手段展现共现关系，以共现网络图的形式展示了隧道病害的空间相关性，更加直观和形象。
2、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
3、一种基于共现分析的隧道病害空间相关性分析方法，包括如下步骤：对隧道进行逐环检测，获取隧道病害数据信息，其中所述病害数据信息至少包括病害所在管片环号和病害量值；获取病害等级标准，基于检测到的病害量值，确定病害等级；基于病害等级，根据分析目标，确定进行共现分析的病害事件；基于病害事件，构建病害共现矩阵；基于病害共现矩阵，构建病害邻接矩阵；基于病害共现矩阵，计算病害共现率；基于病害邻接矩阵以及病害共现率，绘制隧道病害共现网络。
4、在一些实施例中，所述隧道病害数据信息主要包括渗漏、裂缝、错台、掉块、收敛5种类型，其病害量值分别对应采用渗漏面积m2、裂缝长度m、错台量mm、掉块面积m2、收敛椭圆度‰指标描述。
5、在一些实施例中，所述获取病害等级标准，基于检测到的病害量值，确定病害等级包括：根据规范获取各类病害等级标准；绘制各类病害分级表；查询隧道病害量值所处病害分级表的区间，确定病害等级。
6、在一些实施例中，根据每种病害量值将病害划分为4个等级，包括：1级、2级、3级和4级，其中1级病害最严重，4级病害最轻微。
7、在一些实施例中，所述基于病害等级，根据分析目标，确定进行共现分析的病害事件包括：分析各类不同病害之间的相关性，以及病害严重程度之间的相关性，将每种病害的每一种病害等级均作为一个病害事件。
8、在一些实施例中，所述基于病害事件，构建病害共现矩阵包括：构建一个n×n的空矩阵c，n为病害事件数量，矩阵中元素值全为0；定义共现窗口，若两种病害事件在共现窗口内，则认为该两种病害共现，若在共现窗口外，则认为该两种病害不共现；将n种病害事件依次为中心，在病害数据信息中检索病害事件与其共现的频次，并依次放入矩阵相应位置，得到病害共现矩阵c(i, j)，其中：i和j分别表示矩阵的行号和列号，i和j均为正整数，且1≤i≤n，1≤j≤n，cij为共现矩阵c(i, j)中第i行第j列的元素，表示病害事件i和病害事件j的共现频次。
9、在一些实施例中，所述共现窗口为病害事件所在的管片环号差值小于等于w，w表示病害事件空间距离的远近，根据实际需求设定。
10、在一些实施例中，所述基于病害共现矩阵，构建病害邻接矩阵包括：用adjc表示邻接矩阵，对于病害共现矩阵c(i, j)，当i=j时，adjcij=0；当i≠j时，如果cij=0，则adjcij=0；如果cij≠0，则adjcij=1，依次行列遍历共现矩阵c(i, j)中的每一个元素，最终得到病害邻接矩阵，其中：adjcij表示邻接矩阵adjc中第i行第j列的元素。
11、在一些实施例中，所述基于病害共现矩阵，计算病害共现率包括：
12、利用如下公式，计算jaccard指数矩阵：
13、
14、式中：jij为j矩阵第i行第j列元素，表示病害事件i和病害事件j的共现率，且0≤jij≤1；cij为共现矩阵c(i, j)中第i行第j列的元素，表示病害事件i和病害事件j的共现频次；ci表示病害事件i与自身的共现频次，cj表示病害事件j与自身的共现频次，ci、cj由共现矩阵c(i, j)中对角线的元素值给出；
15、利用如下公式，归一化jaccard指数矩阵：
16、
17、式中：jmax和jmin分别是所求得的jaccard指数的最大值和最小值，jnorm为归一化后的jaccard指数矩阵。
18、在一些实施例中，所述基于病害邻接矩阵以及病害共现率，绘制隧道病害共现网络包括：根据病害邻接矩阵，确定病害事件i和病害事件j之间是否有连线：若adjcij=0，则表示病害事件i和病害事件j之间没有连线；若adjcij=1，表示病害事件i和病害事件j之间有一根连线；以归一化后的jaccard指数矩阵jnorm为权重矩阵，jnormij的值表示病害事件i和病害事件j之间连线的粗细程度；绘制隧道病害共现网络。
19、本专利技术相对于现有技术的有益效果是：本专利技术提供一种基于共现分析的隧道病害空间相关性分析方法，解决了未考虑病害空间上的相关性的问题，同时该方法还揭示了不同病害等级之间的空间相关性，并通过数据可视化表达，使用更加简单方便。具体优点至少包括如下一个或多个：
20、（1）本专利技术提出的相关性分析方法，将每种病害的每一个等级都作为一种共现病害事件，以不同病害的各个等级单独作为共现病害事件，不仅体现了不同病害类型之间的空间相关性，同时也揭示了病害不同量值即不同病害等级之间的空间相关性。
21、（2）本专利技术提出的相关性分析方法，可以通过更改共现窗口值w的大小，来揭示不同共现窗口下的病害空间相关性。
22、（3）本专利技术提出的相关性分本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于共现分析的隧道病害空间相关性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述隧道病害数据信息主要包括渗漏、裂缝、错台、掉块、收敛5种类型，其病害量值分别对应采用渗漏面积m2、裂缝长度m、错台量mm、掉块面积m2、收敛椭圆度‰指标描述。
3.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述获取病害等级标准，基于检测到的病害量值，确定病害等级包括：
4.根据权利要求3所述的分析方法，其特征在于，根据每种病害量值将病害划分为4个等级，包括：1级、2级、3级和4级，其中1级病害最严重，4级病害最轻微。
5.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述基于病害等级，根据分析目标，确定进行共现分析的病害事件包括：
6.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述基于病害事件，构建病害共现矩阵包括：
7.根据权利要求6所述的分析方法，其特征在于，所述共现窗口为病害事件所在的管片环号差值小于等于w，w表示病害事件空间距离的远近，根据实际需求设定。
8.根据权利
9.根据权利要求8所述的分析方法，其特征在于，所述基于病害共现矩阵，计算病害共现率包括：
10.根据权利要求9所述的分析方法，其特征在于，所述基于病害邻接矩阵以及病害共现率，绘制隧道病害共现网络包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于共现分析的隧道病害空间相关性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述隧道病害数据信息主要包括渗漏、裂缝、错台、掉块、收敛5种类型，其病害量值分别对应采用渗漏面积m2、裂缝长度m、错台量mm、掉块面积m2、收敛椭圆度‰指标描述。
3.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述获取病害等级标准，基于检测到的病害量值，确定病害等级包括：
4.根据权利要求3所述的分析方法，其特征在于，根据每种病害量值将病害划分为4个等级，包括：1级、2级、3级和4级，其中1级病害最严重，4级病害最轻微。
5.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述基...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩玉珍，王旭阳，华福才，张雷，聂小凡，何纪忠，张连卫，
申请(专利权)人：北京城建设计发展集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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