一種基于貝葉斯網絡的地鐵施工安全管理決策方法技術

本發明專利技術屬于地下工程信息技術領域，具體為一種基于貝葉斯網絡的地鐵施工安全管理決策方法。主要包括如下步驟：步驟一，建立風險及其致險因子庫；步驟二，構建地鐵施工安全管理貝葉斯網絡各節點的拓撲結構，獲取各節點之間的條件概率關系；步驟三，以矢量形式表征安全管理貝葉斯網絡預測結果及其實測數據，根據模型準確性和模型可靠性兩個指標來驗證建成的地鐵施工安全貝葉斯網絡的科學合理性；步驟四，提出面向地鐵施工安全管理全過程實時診斷分析方法。本發明專利技術為復雜環境下地鐵工程施工全過程中安全事故的處理提供推理及實時分析與決策。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于地下工程信息
，具體為。
技術介紹
在過去十多年中，地鐵工程建設在國內發展迅速。由于地鐵工程施工環境復雜多變、致險因子多且關聯性強等原因，致使施工過程中安全事故頻發。為了避免施工安全事故造成嚴重的人員傷亡和財產損失，國內外工程人員逐漸重視地鐵工程施工安全事故的風險管理，基于定性或定量評價方法識別潛在風險，包括事故樹分析法、決策樹法、影響圖法等，對發生可能性較大的風險及早應對防范。以上風險分析方法在近年來的地鐵安全管理與控制方法發揮了積極的作用，但是仍然存在以下三個方面的問題1、過分依賴專家經驗與知識。一旦事故發生，往往急于組織專家開展工程會議集中討論處理方案，這很可能會延誤工程事故處理的最佳時間，同時也說明，稀缺的專家知識尚未集成化管理用于實時安全管理決策支持。2、局限于靜態安全管理。事實上，地鐵工程施工安全管理是一個復雜的動態變化過程，當前的風險管理技術在處理動態過程時往往難以提供實時決策支持。3、偏重于事前安全管理，未將事前、事中及事后安全管理有機結合起來，進行系統的全過程實時分析與決策。因而研究地鐵施工安全管理知識集成推理及全過程實時分析與決策成為一個關鍵的科學問題。近年發展起來的貝葉斯網絡，能夠使先驗知識和樣本數據有機結合，被國內外學者認為是不確定環境中實現知識表示、推斷、預測等最理想的工具，在生態學、可靠性分析等領域得到廣泛運用。利用貝葉斯網絡對地鐵施工復雜環境下安全事故進行不確定分析，為特定安全事故的處理提供實時決策支持。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服上述不足，提供，為復雜環境下地鐵工程施工全過程中安全事故的處理提供推理及實時分析與決策。為實現上述技術目的，本專利技術提供的方案是，包括如下步驟。步驟一，歸納地鐵施工常見風險，并借助風險分析、分解方法，建立風險及其致險因子庫。而且，步驟一中所述風險包括基坑底流砂、管涌、隆起，基坑塌方、滑坡，支撐體系整體或局部失穩，圍護結構滲漏、隆起，建筑物傾斜、開裂，地下管線破裂；步驟一中所述致險因子包括隧道周邊的地下管線埋深、地下管線走向以及隧道土體的材料物理力學參數。步驟二，基于大量工程實際數據及規律，利用致險因子與風險事故之間映射關系建立決策表，在此基礎上挖掘滿足支持度與置信度要求的可靠規則，通過關聯規則的前件和后件之間蘊含的依賴關系，構建地鐵施工安全管理貝葉斯網絡各節點的拓撲結構，利用關聯規則挖掘中的規則置信度，獲取貝葉斯網絡各節點之間的條件概率關系。步驟三，以矢量形式表征地鐵施工安全貝葉斯網絡預測結果及其實測數據，提出模型準確性及模型可靠性兩個指標，對所建成安全管理貝葉斯網絡的進行實踐檢驗，基于統計學假設檢驗原理設置模型準確性指標與模型可靠性指標的信度區間為[O. 025，O.975]，通過準確性指標和可靠性指標檢驗合格的安全管理決策網絡，被認為是經得起實踐檢驗并值得信任的。步驟四，提出面向地鐵施工安全管理全過程實時診斷分析方法，事前階段運用正向推理技術預測事故發生概率，以界定警情等級及早防范；事中階段運用重要度分析辨識關鍵致險因子，以明確過程控制要點；事后階段運用反向推理技術快速診斷查明最可能致險因子組合。本專利技術將知識集成技術、貝葉斯網絡建模技術、可靠性分析技術及風險仿真分析技術有機融合，具有如下優勢。(I)基于大量工程實際數據及規律，結合關聯規則挖掘構建的安全管理決策貝葉斯網絡是高效合理的，克服了以往單純依靠專家經驗，受主觀不確定性影響造成與實際情況具有很大的偏差的不足。(2)經過模型準確性及模型可靠性指標驗證合格的安全管理決策貝葉斯網絡，是經得起實踐檢驗并值得信任的，進一步提高了所構建安全管理決策貝葉斯網絡的可理解性與適應性。(3)相比于常規風險管理與診斷工具，本專利技術具備循環推理能力，也就是自學習能力，能夠從原始樣本數據中推理各影響因素之間的拓撲結構和概率關系，進行知識發現，構建模型，預測未來，有利于滿足未來地鐵施工安全智能化管理的需要。(4)本方法能夠實現事前、事中及事后全過程多方位實時的決策分析與支持，提高了地鐵施工安全診斷的準確性和效率，且易于實施，具有先進性和實用性。附圖說明圖1是本專利技術的步驟示意圖。具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本專利技術作進一步說明。本實施例提供，如圖1所示，具體包括致險機理分析、模型設計、模型驗證及模型分析運用等四個步驟，具體實施方式如下。第一步建立風險及其致險因子庫。利用WBS - RBS風險分解方法，分析地鐵施工安全風險規律，得出地鐵工程施工常見安全風險有基坑底流砂、管涌、隆起，基坑塌方、滑坡，支撐體系整體或局部失穩，圍護結構滲漏、隆起，建筑物傾斜、開裂，地下管線破裂等。其中，WBS (Work BreakdownStructure)表示地鐵施工安全管理中的工作分析結構,通過逐層分解項目任務，形成WBS樹形；RBS (Risk Breakdown Structure)則是在WBS的基礎上，根據各層工作與施工及工藝結構上的關系進行風險結構分解，二者交叉構建WBS - RBS風險矩陣。對于適合建立力學解析模型的風險事件，結合可靠度理論建立極限狀態函數，函數自變量可作為致險因子的來源。對于不適合建立解析模型的風險事件，利用數值模擬方法建立仿真模型，其模型中的參數亦可作為致險因子的來源。常見的地鐵施工安全致險因子包括周圍土體的材料物理力學參數、臨近建(構)筑物結構情況及埋深、施工方法及工藝參數等。第二步:構建地鐵施工安全管理貝葉斯網絡各節點的拓撲結構，獲取貝葉斯網絡各節點之間的條件概率關系。貝葉斯網絡由網絡結構和參數兩部分組成，因此，貝葉斯網絡設計包含網絡結構設計與參數設計兩部分。其中，網絡結構設計的任務是尋找有向無環圖，以確定節點之間的相互依賴關系；參數設計的任務是在已知網絡結構的條件下，確定每個節點的條件概率分布表。基于大量工程實際數據及規律，結合致險因子與風險事故之間映射關系建立決策表，在此基礎上挖掘滿足支持度與置信度要求的可靠規則，通過關聯規則的前件和后件之間蘊含的依賴關系，構建地鐵施工安全管理貝葉斯網絡各節點的拓撲結構，利用關聯規則挖掘中的規則置信度，獲取貝葉斯網絡各節點之間的條件概率關系，得到地鐵施工安全管理貝葉斯網絡初步模型。工程領域積累了大量的事件樹或故障樹是網絡結構設計的基礎素材，以故障樹為例，變量之間的具有直接的依賴關系，結合先驗背景知識對初步構建的貝葉斯網絡進行修訂和完善。第三步:以矢量形式表征安全管理貝葉斯網絡預測結果及其實測數據，根據模型準確性和模型可靠性兩個指標來驗證建成的地鐵施工安全貝葉斯網絡的合理性。 假設風險 T為P種狀態ti (i=l, 2，...，P)，地鐵工程施工安全決策網絡預測每個狀態ti (i=l，2，...，P)發生的概率為oi (1=1，2，...汁)，其累積概率用矢量0表示，如公式(I)所示，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于貝葉斯網絡的地鐵施工安全管理決策方法，其特征在于包括如下步驟：步驟一，建立風險及其致險因子庫；步驟二，構建地鐵施工安全管理貝葉斯網絡各節點的拓撲結構，獲取貝葉斯網絡各節點之間的條件概率關系；步驟三，以矢量形式表征安全管理貝葉斯網絡預測結果及其實測數據，根據模型準確性和模型可靠性兩個指標來驗證建成的地鐵施工安全貝葉斯網絡的合理性；步驟四，提出面向地鐵施工安全管理全過程實時診斷分析方法。

【技術特征摘要】
1.一種基于貝葉斯網絡的地鐵施工安全管理決策方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟一，建立風險及其致險因子庫； 步驟二，構建地鐵施工安全管理貝葉斯網絡各節點的拓撲結構，獲取貝葉斯網絡各節點之間的條件概率關系； 步驟三，以矢量形式表征安全管理貝葉斯網絡預測結果及其實測數據，根據模型準確性和模型可靠性兩個指標來驗證建成的地鐵施工安全貝葉斯網絡的合理性； 步驟四，提出面向地鐵施工安全管理全過程實時診斷分析方法。2.根據權利要求1所述的一種基于貝葉斯網絡的地鐵施工安全管理決策方法，其特征在于:步驟一中所述風險包括基坑底流砂、管涌、隆起，基坑塌方、滑坡，支撐體系整體或局部失穩，圍護結構滲漏、隆起，建筑物傾斜、開裂，地下管線破裂；步驟一中所述致險因子包括隧道周邊的地下管...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳賢國，張立茂，曹靖，晏祎，丁保軍，周格遷，蔣雪，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：