一种隧道巡检周期计算优化方法及系统

本发明属于隧道维养，尤其涉及一种隧道巡检周期计算优化方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、在地下工程快速建设与发展的过程中，越来越多的运营期隧道受到衬砌病害的困扰，这些问题的发现与识别来源于运维巡检作业，而高效的运维巡检作业需要合理的实施决策。其中，运维巡检周期是决策的最主要因素，它的设置与决策影响到了运维作业直接成本与隧道服役长期安全的平衡；常规运维巡检按照保守的方法进行定期巡检，成本高、效率低、有待于改进。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种隧道巡检周期计算优化方法及系统，基于隧道结构劣化模型和生命周期成本模型，对巡检周期进行寻优，能够降低隧道运维全生命周期成本，提高巡检效率。

2、为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

3、本发明第一方面提供了一种隧道巡检周期计算优化方法。

4、一种隧道巡检周期计算优化方法，包括：

5、基于非稳态gamma过程，建立隧道结构劣化模型；

6、根据巡检成本、预防性成本、恢复性成本，构建生命周期成本模型；

7、将隧道结构劣化模型与生命周期成本模型进行结合，以全寿命周期成本最低为目标，对巡检周期进行迭代寻优。

8、进一步的，所述隧道结构劣化模型，用非稳态过程函数来表达时间与结构劣化程度的关系，得到的劣化公式为：

9、x(t)＝γ(t；α,β)+x(t0)-(r1*np+r2*nr)

10、其中，x(t)表示隧道结构在t时刻的累计劣化程度，x(t0)表示隧道结构在t0时刻的劣化程度，即初始劣化程度，γ(t；α,β)表示隧道结构的在t时刻的劣化增量,np为预防性手段次数，nr为恢复性手段次数,r1为采取预防性手段使x(t)获得的衰减量,r2为采取恢复性手段使x(t)获得的衰减量。

11、进一步的，所述生命周期成本模型，具体为：

12、

13、公式中，c*为不同类型的总成本，ci为总的巡检成本，cp为总的预防性成本，cr为总的恢复性成本，c*为不同类型的单次成本，包括单次巡检成本ci、单次预防性手段成本cp、单次恢复性手段成本cr，n*为各类成本的具体实施次数，包括巡检次数ni、预防性手段次数np、恢复性手段次数nr。

14、进一步的，所述成本折减率为巡检机器人的单次巡检成本与巡检人员的单次巡检成本的比例。

15、进一步的，所述对巡检周期进行迭代寻优，具体为：

16、参数初始化；

17、计算当前时刻的劣化程度，并根据预设的阈值进行维护操作和修复操作的判断；

18、计算不同巡检周期和不同人力情况下的全寿命周期成本，基于全寿命周期成本，进行巡检周期和人力情况的寻优。

19、进一步的，所述参数初始化，包括：

20、定义全寿命周期成本的计算公式，并输入巡检参数及维养参数；

21、设置巡检机器人的单次出动成本或巡检人员的单次出动成本的遍历范围，设置巡检机器人的单日巡检最高里程或巡检人员的单日巡检最高里程的遍历范围；

22、引入随机因子与巡检故障率，计算实际出动次数，并计算折减率；

23、设置蒙特卡洛计算的次数；

24、设置巡检周期与全寿命周期的总长度。

25、进一步的，所述根据预设的阈值进行维护操作和修复操作的判断，具体为：

26、结构在劣化过程中存在两个阈值，分别是预防性阈值h1与故障阈值h2；

27、预防性阈值h1小于故障阈值h2，劣化程度到达故障阈值h1，则采取预防性手段，并使x(t)获得一个衰减量r1；

28、在结构发生严重故障之前，劣化程度到达故障阈值h2，进行修复性手段，并使x(t)获得一个衰减量r2。

29、本发明第二方面提供了一种隧道巡检周期计算优化系统。

30、一种隧道巡检周期计算优化系统，包括劣化建模模块、成本建模模块和迭代寻优模块：

31、劣化建模模块，被配置为：基于非稳态gamma过程，建立隧道结构劣化模型；

32、成本建模模块，被配置为：根据巡检成本、预防性成本、恢复性成本，构建生命周期成本模型；

33、迭代寻优模块，被配置为：将隧道结构劣化模型与生命周期成本模型进行结合，以全寿命周期成本最低为目标，对巡检周期进行迭代寻优。

34、本发明第三方面提供了计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的一种隧道巡检周期计算优化方法中的步骤。

35、本发明第四方面提供了电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面所述的一种隧道巡检周期计算优化方法中的步骤。

36、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

37、本发明基于非稳态过程建立隧道结构劣化模型，根据巡检成本、预防性成本、恢复性成本，构建生命周期成本模型，基于隧道结构劣化模型和生命周期成本模型，以全寿命周期成本最低为目标，对巡检周期进行迭代寻优，能够降低隧道运维全生命周期成本，提高巡检效率。

38、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种隧道巡检周期计算优化方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种隧道巡检周期计算优化方法，其特征在于，所述隧道结构劣化模型，用非稳态过程函数来表达时间与结构劣化程度的关系，得到的劣化公式为：

3.如权利要求1所述的一种隧道巡检周期计算优化方法，其特征在于，所述生命周期成本模型，具体为：

4.如权利要求1所述的一种隧道巡检周期计算优化方法，其特征在于，所述成本折减率为巡检机器人的单次巡检成本与巡检人员的单次巡检成本的比例。

5.如权利要求1所述的一种隧道巡检周期计算优化方法，其特征在于，所述对巡检周期进行迭代寻优，具体为：

6.如权利要求5所述的一种隧道巡检周期计算优化方法，其特征在于，所述参数初始化，包括：

7.如权利要求5所述的一种隧道巡检周期计算优化方法，其特征在于，所述根据预设的阈值进行维护操作和修复操作的判断，具体为：

8.一种隧道巡检周期计算优化系统，其特征在于，包括劣化建模模块、成本建模模块和迭代寻优模块：

9.一种电子设备，其特征是，包括：

10.一种存储介质，其特征是，非暂时性地存储计算机可读指令，其中，当所述非暂时性计算机可读指令由计算机执行时，执行权利要求1-7任一项所述方法的指令。

技术总结
本发明提出了一种隧道巡检周期计算优化方法及系统，涉及隧道维养技术领域，具体方案包括：基于非稳态Gamma过程，建立隧道结构劣化模型；根据巡检成本、预防性成本、恢复性成本，构建生命周期成本模型；将隧道结构劣化模型与生命周期成本模型进行结合，以全寿命周期成本最低为目标，对巡检周期进行迭代寻优；本发明基于隧道结构劣化模型和生命周期成本模型，对巡检周期进行寻优，能够降低隧道运维全生命周期成本，提高巡检效率。

技术研发人员：刘人太,张庆松,陈新,梁家磊,李睿,晏俊龙
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5