一种基于知识图谱的结构服役性态评估方法

本发明涉及高桩码头结构的监测评价，尤其涉及一种基于知识图谱的结构服役性态评估方法。

背景技术：

1、高桩码头因其对淤泥质海岸和靠泊船型吃水深度的良好适应性，被广泛应用在我国海港码头的建造上。通常高桩码头在建成后使用10年左右即出现结构损伤现象，15年以上破损比较严重。码头结构一旦损坏，容易带来较大的经济损失和生命损失，因此设计合理实用的码头结构可靠性评价体系一直是专家学者关注的重点。

2、高桩码头的评估系统一般包括构建评价指标体系以及基于指标体系的评估计算，评价指标体系一般包括码头结构、码头构件、结构可靠性指标，其中，结构可靠性指标又分为结构的安全性、适用性和耐久性指标。然而，由于高桩码头结构复杂，服役性态评估相关指标较多，存在指标选取繁杂、知识缺乏关联、应用能力受限、整体普适性较低的问题，且在同一可靠性角度下，不同学者选择的体系指标也有很大区别，因此在面对不同情况下的实际工程需要时，选用每种评价体系都会暴露一定的局限性，缺乏融合多角度多因素，全面互联的评价指标体系。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于知识图谱的结构服役性态评估方法，以克服现有指标体系存在的指标选取繁杂、知识缺乏关联、应用能力受限、整体普适性较低的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

3、一种基于知识图谱的结构服役性态评估方法，具体步骤包括：

4、s1：获取高桩码头健康监测领域相关的文献和规范，基于高桩码头健康监测领域相关的文献和规范构建高桩码头可靠性评估知识图谱；

5、s2：基于构建的高桩码头可靠性评估知识图谱获得评估指标体系；

6、s3：基于评估指标体系采用模糊层次分析法对高桩码头的结构服役性态进行评估，得到高桩码头的结构服役性态评估结果。

7、具体地，s1中，构建高桩码头可靠性评估知识图谱的具体步骤包括：

8、s11：获取高桩码头健康监测领域相关的文献和规范；

9、s12：从所述高桩码头健康监测领域相关的文献和规范中提炼本体概念和概念间相互关系，构建出本体层；基于本体层抽取实体、实体关系和实体属性，构建出实体层；

10、s13：基于本体层和实体层信息，以rdf模式构建“实体-关系-实体”三元组，并将三元组存储为csv文件；

11、s14：通过vis-network读取csv文件，将三元组存储为图数据库，得到初始高桩码头可靠性评估知识图谱；

12、s15：对初始高桩码头可靠性评估知识图谱进行实体对齐和实体消歧处理，得到处理后的高桩码头可靠性评估知识图谱。

13、具体地，s2中，基于构建的高桩码头可靠性评估知识图谱中获得的评估指标体系包括高桩码头安全性评估指标体系、高桩码头适用性评估指标体系和高桩码头耐久性评估指标体系。

14、具体地，所述高桩码头安全性评估指标体系依次由高桩码头安全性评估总目标层、码头结构指标层、码头部件一级指标层和材料性能二级指标层四层组成；

15、高桩码头安全性评估总目标下为码头结构指标层，所述码头结构指标层包括四项指标，分别为上部结构指标、下部结构指标、附属结构指标和接岸结构指标；

16、所述码头结构指标层下为码头部件一级指标层，即所述上部结构指标下有面层、面板和主梁三项一级指标；所述码头部件一级指标层下为材料性能二级指标层，即面板对应位移和混凝土强度两项二级指标，主梁对应位移和混凝土强度两项二级指标；

17、所述下部指标下有桩基和桩帽两项一级指标；所述桩基对应位移、混凝土强度、转角、沉降和承载力退化五项二级指标，所述桩帽对应位移和混凝土强度两项二级指标；

18、所述附属结构下有分段缝、护舷、系船柱和轨道梁四项一级指标；所述分段缝对应位移一项二级指标，所述护舷对应混凝土强度一项二级指标，所述轨道梁对应位移一项二级指标；

19、所述接岸结构下有挡土墙和岸坡两项一级指标；所述挡土墙对应倾覆和沉降两项二级指标，所述岸坡对应土体变形一项二级指标。

20、具体地，s3中，基于评估指标体系采用模糊层次分析法对高桩码头的结构服役性态进行评估，得到高桩码头的结构服役性态评估结果，具体步骤包括：

21、s31：采用层次分析法计算每个指标层中的指标对应所属上一指标层的权重，并采用熵值法优化得到的各指标的权重；

22、s32：确定评语集和评估等级集，并基于评估指标体系和码头指标检测结果，构建模糊评价矩阵，基于模糊评价矩阵和得到的各指标的权重对高桩码头的结构服役性态进行模糊综合评价，并得到高桩码头的结构服役性态评估结果。

23、具体地，s31中，具体步骤包括：

24、s311：采用层次分析法计算每个指标层中的指标对应所属上一指标层的权重，采用专家打分的方式并基于标度法获得判断矩阵，判断矩阵中的元素表示同一指标层中的指标两两之间的相对重要性；

25、计算判断矩阵的最大特征根λmax，并基于最大特征根λmax计算一致性指标ci：

26、

27、式中，n为判断矩阵的阶数；

28、获得判断矩阵的平均随机一致性指标ri，并计算检验系数：

29、

30、如果cr<0.1，则判断矩阵符合完全一致性条件，否则需要专家重新打分进而重新构造判断矩阵；

31、计算判断矩阵的最大特征根λmax对应的特征向量w，通用公式为：

32、aw＝λmaxw

33、式中，a为判断矩阵；

34、将特征向量w进行归一化处理后得到每个指标层中的指标对应所属上一指标层的权重；

35、s312：采用熵值法对层次分析法确定的各指标的权重进行优化：

36、1)按照纵列分别对判断矩阵中的元素wij进行标准化，公式为：

37、

38、式中，wj为判断矩阵中元素wij所在列的全部元素的集合；

39、2)按照纵列分别计算指标i对指标j的贡献度pij，公式为：

40、

41、3)按照纵列分别计算指标j的熵值ej，公式为：

42、

43、4)计算指标j的差异系数gj，公式为：

44、

45、5)计算指标j的信息权重mj，公式为：

46、

47、6)以指标j的信息权重mj修正通过层次分析法得出的指标权重yj，得到指标j修正后的综合权重sj为：

48、

49、具体地，s32中，设定评估等级集中的a、b、c以及d等级标准分别对应模糊评价向量va＝{1，0，0，0}、vb＝{0，1，0，0}、vc＝{0，0，1，0}、vd＝{0，0，0，1}，将码头指标检测结果对应评估等级集中的a、b、c以及d等级标准，得到二级指标层中各指标对应的模糊评价向量构成的组合，即第一模糊评价矩阵；

50、将第一模糊评价矩阵与通过熵值法确定的各项二级指标的综合权重相乘分别得到各项二级指标对应的各项一级指标的模糊评价向量

51、各项一级指标的模糊评价向量组合构成第二模糊评价矩阵，将第二模糊评价矩阵与各项一级指标的综合权重相乘分别得到各项一级指标对应的各项指标的模糊评价向量；

52、各项指标的模糊评价向量组合构成第三模糊评价矩阵，将第三模糊评价矩阵与各项指标的综合权重相乘得到各项指标对应的总指标的模糊评价向量；

53、根据得到的指标层的模糊评价向量以及总目标层的模糊评价向量结合评语集中各等级标准对应的加权得分定量计算高桩码头结构服役性态的最终得分，依据得分情况对高桩码头整体结构服役性态做出最终评估，得到高桩码头的结构服役性态评估结果。

54、有益效果：本发明提供了一种基于知识图谱的高桩码头服役性态评估方法，实现了高桩码头单元与结构可靠性指标关系网的图谱化可视化，解决了指标体系存在的指标选取繁杂、知识缺乏关联、应用能力受限、整体普适性较低的技术问题。同时使用者可根据需求从知识图谱中获得相应的评价指标体系，依据评价指标体系的层级特点，选用模糊层次分析法作为评价方法，即层次分析法和模糊综合评价法，通过层次分析法获取权重，并通过熵值法对权重进行优化，通过模糊综合评价法获取模糊向量矩阵，两者结合获得最终评估结果，较大程度地减少人为主观因素对评估结果的影响。