一种长距离小断面引水隧洞安全评估方法与流程

本发明涉及安全评估的，尤其涉及一种长距离小断面引水隧洞安全评估方法。

背景技术：

1、长距离小断面引水隧洞受施工空间影响，在实际施工中无法进行开挖、衬砌平行施工，施工现场有较为丰富的地下水，施工难度比较大，对施工安全性提出较高的要求，继续过程化隧洞施工安全性评估。而现有的隧洞安全评估方法以静态评估方法为主，难以适用于长距离小断面引水隧洞施工。针对该问题，本发明提出一种面向长距离小端面的引水隧洞安全性评估方法，分析开挖过程中的引水隧洞的力学行为特性，开展不良地质条件引水隧洞的致灾因子分析，根据预评估风险指标体系建立过程化安全风险预估模型，将风险预评估模型引入引水隧洞实体全过程，实现引水隧洞安全风险评估。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种长距离小断面引水隧洞安全评估方法，目的在于：1）从长距离小断面引水隧洞的建设规模、地质条件、施工环境层面构建长距离小断面引水隧洞施工安全评估指标体系，进而基于所构建施工安全评估指标体系采集对应的施工安全评估指标序列数据，对所采集施工安全评估指标序列数据依次进行标准化以及结合指标信息差异的映射处理，实现施工安全评估指标序列数据的均衡化处理，有效解决不同施工安全评估指标间序列数据差异不均衡的问题；2）采用时间序列本征分解对均衡化处理后的施工安全评估指标间序列数据进行多尺度分解，并基于分解结果与原始数据的余弦相似度，将分解结果转换为表征施工安全评估指标间序列数据在不同尺度变化趋势的风险特征向量，利用长距离小断面引水隧洞安全评估模型对风险特征向量进行权重系数计算以及施工安全系数计算，实现隧洞施工过程中的实时安全评估。

2、实现上述目的，本发明提供的一种长距离小断面引水隧洞安全评估方法，包括以下步骤：

3、s1：构建长距离小断面引水隧洞施工安全评估指标体系，所述指标体系从建设规模、地质条件、施工环境三个方面进行施工安全性表述；

4、s2：根据所构建的长距离小断面引水隧洞施工安全评估指标体系，过程化采集对应的施工安全评估指标序列数据，并对采集的施工安全评估指标序列数据进行均衡化处理，得到均衡化处理后的施工安全评估指标序列数据；

5、s3：对均衡化处理后的施工安全评估指标序列数据进行风险特征提取，得到风险特征向量，其中时间序列本征分解为所述风险特征提取的主要实施方法；

6、s4：构建长距离小断面引水隧洞安全评估模型，利用长距离小断面引水隧洞安全评估模型对风险特征向量进行施工安全风险评估，所述长距离小断面引水隧洞安全评估模型以风险特征向量为输入，以施工安全系数为输出。

7、作为本发明的进一步改进方法：

8、可选地，所述s1步骤中构建长距离小断面引水隧洞施工安全评估指标体系，包括：

9、从长距离小断面引水隧洞的建设规模、地质条件、施工环境构建长距离小断面引水隧洞施工安全评估指标体系，利用长距离小断面引水隧洞施工安全评估指标体系对隧洞施工安全性进行表述，其中所构建的长距离小断面引水隧洞施工安全评估指标体系为：

10、；

11、；

12、其中：

13、表示所构建的长距离小断面引水隧洞施工安全评估指标体系，表示建筑规模层面的安全评估指标，表示地质条件层面的安全评估指标，表示施工环境层面的安全评估指标；

14、表示隧洞施工过程中的隧洞深度指标，表示隧洞施工过程中的隧洞坡度指标；

15、表示隧洞施工过程中的土壤湿度指标，表示隧洞施工过程中的地质类别指标；

16、表示隧洞施工过程中的防护结构类别指标，表示隧洞施工过程中的有毒气体类别指标。

17、在本发明实施例中，地质类别包括软土、砂土、砾石土、干黄土、硬质粘土、泥灰岩以及泥岩等，防护结构类别包括无支护、重力式挡土墙、土钉墙木板桩、地下连续墙以及钢板桩等。

18、可选地，所述s2步骤中根据所构建的长距离小断面引水隧洞施工安全评估指标体系，过程化采集对应的施工安全评估指标序列数据，包括：

19、根据所构建的长距离小断面引水隧洞施工安全评估指标体系，过程化采集对应的施工安全评估指标序列数据，其中所采集长距离小断面引水隧洞施工过程中的施工安全评估指标序列数据为：；

20、其中：

21、表示施工安全评估指标序列数据；

22、表示施工安全评估指标序列数据在时刻的数据值，，表示隧洞施工的初始时刻，表示隧洞施工的安全评估时刻。

23、可选地，所述s2步骤中对采集的施工安全评估指标序列数据进行均衡化处理，包括：

24、对所采集的施工安全评估指标序列数据进行均衡化处理，其中施工安全评估指标序列数据的均衡化处理流程为：

25、计算得到施工安全评估指标序列数据的均值：

26、；

27、生成施工安全评估指标序列数据的均衡化处理结果：

28、；

29、；

30、其中：

31、表示施工安全评估指标序列数据的标准差；

32、表示施工安全评估指标序列数据的均衡化处理结果；

33、表示数据值的标准化处理结果。

34、可选地，所述s3步骤中对均衡化处理后的施工安全评估指标序列数据进行风险特征提取，包括：

35、对均衡化处理后的施工安全评估指标序列数据进行风险特征提取，得到所对应施工安全评估指标的风险特征向量，其中施工安全评估指标序列数据所对应施工安全评估指标的风险特征向量提取流程为：

36、s31：遍历得到施工安全评估指标序列数据中的所有极大值点和极小值点，采用三次样条插值法分别对极大值点以及极小值点进行差值，构建得到施工安全评估指标序列数据的上包络线和下包络线；

37、s32：计算得到上包络线和下包络线的均值序列，令；

38、s33：设置施工安全评估指标序列数据的当前特征提取次数r，其中r的初始值为1，最大值为r，则施工安全评估指标序列数据的第r次特征提取结果为；

39、s34：对施工安全评估指标序列数据进行第r+1次特征提取，其中特征提取公式为：

40、；

41、；

42、；

43、；

44、其中：

45、表示第r+1次特征提取过程中的待分解序列；

46、表示第r+1次特征提取过程中的余量序列；

47、若，则构成施工安全评估指标序列数据对应的初始风险特征向量：

48、；

49、否则令，返回步骤s34；

50、s35：对初始风险特征向量进行向量转换，得到施工安全评估指标序列数据对应的风险特征向量：

51、；

52、；

53、其中：

54、t表示转置；

55、表示l1范数；

56、表示以自然常数为底的指数函数；

57、表示之间的余弦相似度；

58、表示特征提取结果的向量转换后结果；

59、为控制参数；在本发明实施例中，将设置为2。

60、可选地，所述s4步骤中构建长距离小断面引水隧洞安全评估模型，包括：

61、构建长距离小断面引水隧洞安全评估模型，所述长距离小断面引水隧洞安全评估模型以风险特征向量为输入，以施工安全系数为输出，其中长距离小断面引水隧洞安全评估模型包括输入层、特征计算层以及隧洞安全评估层；

62、输入层用于接收不同施工安全评估指标的风险特征向量；

63、特征计算层用于计算得到不同风险特征向量的权重系数，并基于权重系数对风险特征向量进行融合计算处理，将融合计算结果输入到隧洞安全评估层；

64、隧洞安全评估层用于对融合计算结果进行特征映射，映射得到隧洞在安全评估时刻的施工安全系数。

65、可选地，所述s4步骤中利用长距离小断面引水隧洞安全评估模型对风险特征向量进行施工安全风险评估，包括：

66、利用长距离小断面引水隧洞安全评估模型对风险特征向量进行施工安全风险评估，其中隧洞在安全评估时的安全评估流程为：

67、s41：输入层接收不同施工安全评估指标的风险特征向量：

68、；

69、其中：

70、为施工安全评估指标对应的风险特征向量；

71、s42：特征计算层计算得到不同风险特征向量的权重系数，其中风险特征向量的权重系数计算结果为：

72、；

73、其中：

74、t表示转置；

75、w表示用于权重系数计算的矩阵参数；

76、表示风险特征向量的权重系数计算结果；

77、s43：基于权重系数对风险特征向量进行融合计算处理，其中融合计算公式为：

78、；

79、其中：

80、表示风险特征向量的融合计算结果；

81、表示relu激活函数；

82、表示用于对施工安全评估指标所对应风险特征向量进行卷积计算的矩阵参数；

83、s44：隧洞安全评估层对融合计算结果进行特征映射，其中特征映射公式为：

84、；

85、其中：

86、b表示隧洞安全评估层中的评估矩阵参数；

87、表示隧洞在安全评估时刻的施工安全系数，，其中施工安全系数越大，则隧洞在安全评估时刻的施工安全程度越高。

88、为了解决上述问题，本发明提供一种电子设备，所述电子设备包括：

89、存储器，存储至少一个指令；

90、通信接口，实现电子设备通信；及处理器，执行所述存储器中存储的指令以实现上述所述的长距离小断面引水隧洞安全评估方法。

91、为了解决上述问题，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一个指令，所述至少一个指令被电子设备中的处理器执行以实现上述所述的长距离小断面引水隧洞安全评估方法。

92、相对于现有技术，本发明提出一种长距离小断面引水隧洞安全评估方法，该技术具有以下优势：

93、首先，本方案提出一种隧洞施工过程中安全评估指标体系构建方法，从长距离小断面引水隧洞的建设规模、地质条件、施工环境构建长距离小断面引水隧洞施工安全评估指标体系，利用长距离小断面引水隧洞施工安全评估指标体系对隧洞施工安全性进行表述，根据所构建的长距离小断面引水隧洞施工安全评估指标体系，过程化采集对应的施工安全评估指标序列数据，对所采集的施工安全评估指标序列数据进行均衡化处理，其中施工安全评估指标序列数据的均衡化处理流程为：计算得到施工安全评估指标序列数据的均值：

94、；

95、生成施工安全评估指标序列数据的均衡化处理结果：

96、；

97、；

98、其中：表示施工安全评估指标序列数据的标准差；表示施工安全评估指标序列数据的均衡化处理结果；表示数据值的标准化处理结果。本方案从长距离小断面引水隧洞的建设规模、地质条件、施工环境层面构建长距离小断面引水隧洞施工安全评估指标体系，进而基于所构建施工安全评估指标体系采集对应的施工安全评估指标序列数据，对所采集施工安全评估指标序列数据依次进行标准化以及结合指标信息差异的映射处理，实现施工安全评估指标序列数据的均衡化处理，有效解决不同施工安全评估指标间序列数据差异不均衡的问题。

99、同时，本方案提出一种风险特征提取方法以及施工安全评估方法，对均衡化处理后的施工安全评估指标序列数据进行风险特征提取，得到所对应施工安全评估指标的风险特征向量，其中施工安全评估指标序列数据所对应施工安全评估指标的风险特征向量提取流程为：遍历得到施工安全评估指标序列数据中的所有极大值点和极小值点，采用三次样条插值法分别对极大值点以及极小值点进行差值，构建得到施工安全评估指标序列数据的上包络线和下包络线；计算得到上包络线和下包络线的均值序列，令；设置施工安全评估指标序列数据的当前特征提取次数r，其中r的初始值为1，最大值为r，则施工安全评估指标序列数据的第r次特征提取结果为；

100、对施工安全评估指标序列数据进行第r+1次特征提取，其中特征提取公式为：

101、；

102、；

103、；

104、；

105、其中：表示第r+1次特征提取过程中的待分解序列；表示第r+1次特征提取过程中的余量序列；若，则构成施工安全评估指标序列数据对应的初始风险特征向量：

106、；

107、否则令，对初始风险特征向量进行向量转换，得到施工安全评估指标序列数据对应的风险特征向量：

108、；

109、；

110、其中：t表示转置；表示l1范数；表示以自然常数为底的指数函数；表示之间的余弦相似度；表示特征提取结果的向量转换后结果；为控制参数。本方案采用时间序列本征分解对均衡化处理后的施工安全评估指标间序列数据进行多尺度分解，并基于分解结果与原始数据的余弦相似度，将分解结果转换为表征施工安全评估指标间序列数据在不同尺度变化趋势的风险特征向量，利用长距离小断面引水隧洞安全评估模型对风险特征向量进行权重系数计算以及施工安全系数计算，实现隧洞施工过程中的实时安全评估。