专利名称：一种公路隧道运营安全状况动态检测方法
技术领域：
本发明涉及公路隧道安全技术，特别是涉及一种公路隧道运营安全状况动态检测 方法。
背景技术：
公路隧道作为交通线路上的关键线路和控制性节点，在给交通运输行业做出巨大 贡献的同时，频繁发生的各类安全风险事故也给社会造成了巨大的负面影响、经济损失和 人员伤亡。因此，如何避免公路隧道内重大安全风险事故的发生已成为焦点问题。通过文献 查阅可知，目前关于隧道的安全研究大部分集中在隧道施工安全方面，针对隧道运营期的 安全研究还相对较少，且主要集中在以下几个方面隧道运营期的消防火灾安全研究、人员 疏散研究、烟气流动分布、防灾安全技术措施研究、隧道内行车安全研究等。关于隧道运营 安全评价技术的研究还处于起步阶段。目前，欧洲在公路隧道的安全评价方面走在前列，其 研究与应用机构主要有欧洲智能交通委员会和负责对现行欧洲公路隧道风险程度与安全 性能进行检查并评价的专门机构EuroTest。关于公路隧道运营安全的评估方法，其研究成 果主要有Euro TAP (European Tunnel Assessment Program)提出的隧道内安全风险分别 评估法、S. N. Jonkman在2003年提出的概率分析法(或称定量风险分析法QRA)和确定性分 析法(或场景分析SA)、奥地利学者2006年提出的综合定量风险分析方法等。目前中国对 于公路隧道的运营安全，主要从通风、照明、消防3个方面分别进行评价。如西南交通大学 王明年教授、长安大学夏永昶教授、重庆交通科研设计院韩直研究员等对火灾的发展规律、 火灾探测方法等方面对隧道的运营安全进行了研究，但都没有系统性提出隧道安全评价的 指标体系与方法(HAN，2008)。通过上述分析研究不难发现，现有较多研究主要从通风、照明、人员疏散、防灾安 全技术等单方面对公路隧道运营安全特性进行研究，缺乏系统性和层次性；另外，目前针对 公路隧道的总体安全状态的评价也仅限于在隧道的不同时期对影响隧道运营安全的各项 指标进行评判，类似于不定期安全检查的形式，并不能及时有效的给出隧道在不同运营状 态下的安全状况。为此，建立适合公路隧道特点的动态安全评价方法和评价模型将成为提 高隧道运营安全管理成效的一个有效手段。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种 公路隧道运营安全状况动态检测方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种公路隧道运营安全状况动态检 测方法，其特征在于，包括以下步骤A.构建公路隧道运营安全检测指标数据库；B.为检测指标设置相应的标准值；C.根据公路隧道运营安全检测指标及其相应的标准值，建立动态检测模型，并通过该模型进行检测；D.对检测结果进行分析处理。所述的公路隧道运营安全检测指标包括主因素指标以及对应主因素指标的具体 指标，所述的主因素指标包括隧道健康度、设备完备性、交通特性、运营环境安全舒适性、运 营管理绩效性以及自然灾害性指标，所述的具体指标包括对应隧道健康度的衬砌裂缝、渗 漏水、衬砌材质劣化、衬砌背后空洞、衬砌变形移动沉降和衬砌起层剥落，对应设备完备性 的运营基础设备齐全度、运营基础设备完好率、安全监控设备齐全度、安全监控设备完好 率、应急救援设备齐全度和应急救援设备完好率，对应交通特性的交通组成、交通量和车 速，对应运营环境安全舒适性的路面状况综合评价指标、CO浓度、烟雾浓度和亮度，对应运 营管理绩效性的隧道运营管理水平和驾驶员安全行为水平，以及对应自然灾害性指标的暴 雨和地震。所述的标准值包括定性型值、隶属度为明基型值以及定量型值。所述的步骤C进一步包括以下步骤C1.通过模糊分布法为不同类型的标准值确定隶属函数；C2.确定模糊算子；C3.确定各公路隧道运营安全检测指标的权重向量；C4.进行模糊综合检测C40)建立主因素指标以及具体指标集A = {B” B2，B3，B4，B5，B6}，= {Cn，C12， 。i3' C14 C15 C16}, B2 — {C21 C22 C23 C24 C25 C26}, B3 — {C31 C32 C33}, B4 — {C41 C42 C43 C44}, B5 = {C51，C52}，B6 = {C61，C62}，其中 B6分别对应隧道健康度、设备完备性、交通特性、 运营环境安全舒适性、运营管理绩效性以及自然灾害性指标，CiJ为& B6的具体指标；C41)根据检测指标的性质建立检测集，表示为V = {Vl，v2, v3, v4}；C42)通过隶属函数建立指标对检测集V的隶属向量R&.，RciJ = (rciJ1 rciJ2 rciJ3 rciJ4), i = 1,2, ...，6，j = 1，2，…，由隶属向量 R出建立 各主因素指标的单因素检测矩阵R' biJ；C43)进行一级模糊综合检测采用加权平均型模糊综合检测模型《 XR' = R，其中，《表示权重向量，R'表 示单因素检测矩阵，R表示相应的主因素指标对评语集合V的隶属向量；由各单因素检测矩阵R' bi与其相应的权重向量《bi，可得出各因素&对检测集 V的隶属向量为Rbi = biXR' bi ；C44) 二级模糊综合检测将一级模糊综合检测结果Rbi视为单因素检测集，由Rbi组成二级模糊综合检测的 单因素检测矩阵，由相应的权重向量和单因素评价矩阵通过矩阵相乘可得二级模糊综合检 测结果，即目标因素对检测集的隶属向量Z Z =Rl2 R'h, R “ R'b5《,。所述的定性型值、隶属度为明基型值采用单值型函数，所述的定量型值采用偏小 型模糊分布函数、中间型模糊分布函数以及偏大型模糊分布函数。所述的模糊算子采用M(□，+)算子。所述的各公路隧道运营安全检测指标的权重向量由德尔斐法和层次分析法确定。
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所述的步骤D采用模糊向量单值化方式对模糊综合检测结果进行分析处理
由F的值确定被评价对象的级别，其中…值可根据实际要求确定。 所述的步骤D后还包括以下步骤Ε.数据准备、建库、整理与录入通过各种渠道得到的数据经过整理，以电子表格形式归类于各对应指标名下录入 数据库，并对数据进行处理；F.检测结果的信息标识发布针对隧道运营期的各种安全风险事故及灾害事故种类，根据不同的检测结果，分 别设立不同的信息发布标识，给相关人员提供直观的检测结果。与现有技术相比，本发明利用多级模糊综合的思想，在建立三层公路隧道运营安 全检测指标体系的基础上，构建了公路隧道运营安全动态检测模型，并根据所建立的各项 检测指标的判定标准，对不同运营环境条件下(如不同的车流量、不同的通风条件下、不 同的气候条件下和不同的管理水平下等)公路隧道的运营安全状态进行实时动态检测，并 将检测结果用相应的信息标识以直观的形式表示出来，方便安全运营管理。此外，还可根据 对检测结果的分析找出当前影响隧道安全运营的主要风险因子，为隧道运营管理者根据不 同的安全状况采取不同的应对措施提供技术参考和依据。
图1为本发明的公路隧道运营安全检测三层指标体系示意图；图2为本发明的公路隧道运营期各类安全风险事故及灾害事故标识示意图；图3为本发明的隧道运营期各类灾害信息分级分类标识示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明。如图1 3所示，一种公路隧道运营安全状况动态检测方法，包括以下步骤Α.在系统分析公路隧道运营安全影响因素的基础上，构建公路隧道运营安全检测 三层指标体系数据库，如图1 ；B.针对每一项指标分别进行详细深入的研究后，为检测指标设置相应的标准值；C.通过模糊综合评价法建立动态检测模型根据所建立的三级评价指标体系、公路隧道运营安全检测指标及其相应的标准 值，建立动态检测模型(两级模糊综合检测模型)，并通过该模型进行检测；D.对检测结果进行分析处理。所述的公路隧道运营安全检测指标包括主因素指标以及对应主因素指标的具体 指标，所述的主因素指标包括隧道健康度、设备完备性、交通特性、运营环境安全舒适性、运 营管理绩效性以及自然灾害性指标，所述的具体指标包括对应隧道健康度的衬砌裂缝、渗 漏水、衬砌材质劣化、衬砌背后空洞、衬砌变形移动沉降和衬砌起层剥落，对应设备完备性的运营基础设备齐全度、运营基础设备完好率、安全监控设备齐全度、安全监控设备完好率、应急救援设备齐全度和应急救援设备完好率，对应交通特性的交通组成、交通量和车 速，对应运营环境安全舒适性的路面状况综合评价指标、CO浓度、烟雾浓度和亮度，对应运 营管理绩效性的隧道运营管理水平和驾驶员安全行为水平，以及对应自然灾害性指标的暴 雨和地震。所述的标准值包括定性型值、隶属度为明基型值以及定量型值。所述的步骤C进一步包括以下步骤Cl.通过模糊分布法为不同类型的标准值确定隶属函数；目前，常见的确定隶属函数的方法有模糊统计法、三分法、五点法、模糊分布法等。 本专利借用模糊分布法来确定隶属函数。在评价系统中常用的分布类型主要有单值型、三 角与半三角分布、矩形与半矩形分布、梯形与半梯形分布、正态分布、Cauchy分布等，可根据 不同的变量类型来选择隶属函数。目前还无法用理论来证明对隶属函数选择效果的好坏， 主要是根据实践经验来选取。对于定性指标和隶属度为明集(非模糊集合)的单值选择问 题，多采用单值型。对于定量指标，本文采用Cauchy分布，其主要类型有以下三种①偏小型模糊分布，χ越大，则隶属度越小，采用降半Cauchy分布 ②中间型模糊分布，此用对称Cauchy分布 ③偏大型模糊分布，χ越大，则隶属度越大，采用升半Cauchy分布 式中，α和β为参数，且有α > 0，β > 0。C2.确定模糊算子；常用的模糊合成算子有主因素决定型M( V，A )、主因素突出型M( □，Λ )、不均 衡平均型Μ(ν,Θ)和加权平均型等四种。对于同一个检测对象，采用不同的模糊算 子进行检测，检测结果可能不同。因此，在实际检测过程中，应根据被检测对象的特点，选择 合适的模糊算子。由于长大隧道运营安全状态检测指标体系中的各指标的重要性存在差 异，但并不是非常大，而且也需要知道长大隧道运营安全状态综合检测的结果，因此采用算 子M (□，+)对长大隧道运营安全状态进行综合检测；C3.确定各公路隧道运营安全检测指标的权重向量；采用德尔斐法和层次分析法确定来综合判定各评价指标的权重向量；C4.进行模糊综合检测C40)建立主因素指标以及具体指标集A = (B1, B2, B3, B4, B5, B6I，B1 = (C11, C12， Ci3 C14 C15J C16I, B2 — (C21 ？ C22 C23 C24 C25 C26I, B3 — (C31 ？ C32 C33I, B4 — {C41 C42 C43 C44I, B5 = {C51，C5J，B6 = {C61，C62}，其中B1 B6分别对应隧道健康度、设备完备性、交通特性、运营环境安全舒适性、运营管理绩效性以及自然灾害性指标，Cij为B1 B6的具体指标；C41)根据检测指标的性质建立检测集，它是由对检测对象可能做出的评判结果所 组成的集合，可表示为V= Iy1, y2,…，yn}。根据被检测指标的表现以及检测目标的安全 状态，假定检测等级集合为V = Iv1, v2, V3, v4}
&^2、％、~分别表示长大隧道运营安全等级8、认、24、34，分别表示安全、准安全、 准危机、危机四种安全状态。C42)确定单因素检测矩阵通过隶属函数建立指标Cij对检测集V的隶属向量Rcdj,
由隶属向量 R出建立 各主因素指标的单因素检测矩阵R' biJ ；C43)进行一级模糊综合检测模糊综合检测是通过模糊算子建立模糊综合检测模型的过程。采用加权平均型模糊综合检测模型ω XR' = R，其中，ω表示权重向量，R'表 示单因素检测矩阵，R表示相应的主因素指标对评语集合V的隶属向量；由各单因素检测矩阵R' bi与其相应的权重向量ωΜ，可得出各因素Bi对检测集 V的隶属向量为Rbi = biXR' ω ；C44) 二级模糊综合检测将一级模糊综合检测结果Rbi视为单因素检测集，由Rbi组成二级模糊综合检测的 单因素检测矩阵，由相应的权重向量和单因素评价矩阵通过矩阵相乘可得二级模糊综合检 测结果，即目标因素对检测集的隶属向量Z Z =R1h2 Rl3 R'bA Rl5 R1b6J。所述的定性型值、隶属度为明基型值采用单值型函数，所述的定量型值采用变小 型模糊分布函数、中间型模糊分布函数以及偏大型模糊分布函数。所述的模糊算子采用M(□，+)算子。所述的各公路隧道运营安全检测指标的权重向量由德尔斐法和层次分析法确定。所述的步骤D采用模糊向量单值化方式对模糊综合检测结果进行分析处理 F = 4，由F的值确定被检测对象的级别，其中…的值可根据实际要求确定。
如分别有bpHby分别赋以分值1、2、3、4，则 则公路隧道健康等级量化见表1 表1长大隧道运营安全状态等级表 所述的步骤D后还包括以下步骤E.数据准备、建库、整理与录入通过各种渠道得到的数据经过整理，以电子表格形式归类于各对应指标名下录入 数据库，并对数据进行处理；F.检测结果的信息标识发布针对隧道运营期的各种安全风险事故及灾害事故种类，根据不同的检测结果，分 别设立不同的信息发布标识，给相关人员提供直观的检测结果。公路隧道运营期各类安全 风险事故及灾害事故标识图可统一采用图2所示各种形式，其中(a)为暴雨灾害预警，(b) 为地震灾害预警，(c)为洪水灾害预警，(d)为交通事故预警，(e)为火灾预警，(f)为爆炸 预警，(g)为人为恐怖袭击预警，(h)设备与设施故障，(i)预警管理事故，(j)结构病害预 警；另外，隧道运营期各类灾害的信息发布应根据评价结果采用分级分类标识，可统一采用 图3所示形式。
权利要求
一种公路隧道运营安全状况动态检测方法，其特征在于，包括以下步骤A.构建公路隧道运营安全检测指标数据库；B.为检测指标设置相应的标准值；C.根据公路隧道运营安全检测指标及其相应的标准值，建立动态检测模型，并通过该模型进行检测；D.对检测结果进行分析处理。
2.根据权利要求1所述的一种公路隧道运营安全状况动态检测方法，其特征在于，所 述的公路隧道运营安全检测指标包括主因素指标以及对应主因素指标的具体指标，所述的 主因素指标包括隧道健康度、设备完备性、交通特性、运营环境安全舒适性、运营管理绩效 性以及自然灾害性指标，所述的具体指标包括对应隧道健康度的衬砌裂缝、渗漏水、衬砌材 质劣化、衬砌背后空洞、衬砌变形移动沉降和衬砌起层剥落，对应设备完备性的运营基础设 备齐全度、运营基础设备完好率、安全监控设备齐全度、安全监控设备完好率、应急救援设 备齐全度和应急救援设备完好率，对应交通特性的交通组成、交通量和车速，对应运营环境 安全舒适性的路面状况综合评价指标、CO浓度、烟雾浓度和亮度，对应运营管理绩效性的隧 道运营管理水平和驾驶员安全行为水平，以及对应自然灾害性指标的暴雨和地震。
3.根据权利要求2所述的一种公路隧道运营安全状况动态检测方法，其特征在于，所 述的标准值包括定性型值、隶属度为明基型值以及定量型值。
4.根据权利要求3所述的一种公路隧道运营安全状况动态检测方法，其特征在于，所 述的步骤C进一步包括以下步骤C1 通过模糊分布法为不同类型的标准值确定隶属函数； C2 确定模糊算子；C3 确定各公路隧道运营安全检测指标的权重向量； C4 进行模糊综合检测C40)建立主因素指标以及具体指标集A =取，B2，B3，B4，B5，B6}，= {Cn，C12，C13， 。i4' C15 C16}, B2 — {C21 C22 C23 C24 C25 C26}, B3 — {C31, C32 C33}, B4 — {C41, C42 C43 C44}, B5 ={C51，C52}，B6 = {C61，C62}，其中 B6分别对应隧道健康度、设备完备性、交通特性、运 营环境安全舒适性、运营管理绩效性以及自然灾害性指标，CiJ为& B6的具体指标； C41)根据检测指标的性质建立检测集，表示为V = {Vl，v2, v3, v4}； C42)通过隶属函数建立指标对检测集V的隶属向量R。u，Rcij = (rciJ1 rciJ2 rciJ3 rciJ4), i = 1,2,…，6，j = 1，2，…，由隶属向量 Reij 建立各主 因素指标的单因素检测矩阵R' biJ； C43)进行一级模糊综合检测采用加权平均型模糊综合检测模型《XR' =R，其中，《表示权重向量，R'表示单 因素检测矩阵，R表示相应的主因素指标对评语集合V的隶属向量；由各单因素检测矩阵R' bi与其相应的权重向量《bi，可得出各因素&对检测集V的 隶属向量为Rbi = biXR' bi ； C44) 二级模糊综合检测将一级模糊综合检测结果Rbi视为单因素检测集，由Rbi组成二级模糊综合检测的单因 素检测矩阵，由相应的权重向量和单因素评价矩阵通过矩阵相乘可得二级模糊综合检测结果，即目标因素对检测集的隶属向量Z
5.根据权利要求4所述的一种公路隧道运营安全状况动态检测方法，其特征在于，所 述的定性型值、隶属度为明基型值采用单值型函数，所述的定量型值采用偏小型模糊分布 函数、中间型模糊分布函数以及偏大型模糊分布函数。
6.根据权利要求4或5所述的一种公路隧道运营安全状况动态检测方法，其特征在于， 所述的模糊算子采用M(□，+)算子。
7.根据权利要求6所述的一种公路隧道运营安全状况动态检测方法，其特征在于，所 述的各公路隧道运营安全检测指标的权重向量由德尔斐法和层次分析法确定。
8.根据权利要求1或7所述的一种公路隧道运营安全状况动态检测方法，其特征在于， 所述的步骤D采用模糊向量单值化方式对模糊综合检测结果进行分析处理 由F的值确定被评价对象的级别，其中…值可根据实际要求确定。
9.根据权利要求8所述的一种公路隧道运营安全状况动态检测方法，其特征在于，所 述的步骤D后还包括以下步骤E.数据准备、建库、整理与录入通过各种渠道得到的数据经过整理，以电子表格形式归类于各对应指标名下录入数据 库，并对数据进行处理；F.检测结果的信息标识发布针对隧道运营期的各种安全风险事故及灾害事故种类，根据不同的检测结果，分别设 立不同的信息发布标识，给相关人员提供直观的检测结果。
全文摘要
本发明涉及一种公路隧道运营安全状况动态检测方法，包括构建公路隧道运营安全检测指标数据库；为检测指标设置相应的标准值；根据公路隧道运营安全检测指标及其相应的标准值，建立动态检测模型，并通过该模型进行检测；对检测结果进行分析处理。与现有技术相比，本发明能够揭示各时段内隧道运营状况的安全性和畅通性，找出隧道运营安全状况的主要风险因子，并可据此提出相应的应对措施和相关的资源、设备优化管理方案，从而保证隧道的安全运营。
文档编号G06F19/00GK101872382SQ20091004971
公开日2010年10月27日 申请日期2009年4月21日 优先权日2009年4月21日
发明者叶永峰, 胡群芳, 黄宏伟 申请人:同济大学