專利名稱：一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的地鐵施工安全管理決策方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地下工程信息技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的地鐵施工安全管理決策方法。
背景技術(shù)：
在過去十多年中，地鐵工程建設(shè)在國(guó)內(nèi)發(fā)展迅速。由于地鐵工程施工環(huán)境復(fù)雜多變、致險(xiǎn)因子多且關(guān)聯(lián)性強(qiáng)等原因，致使施工過程中安全事故頻發(fā)。為了避免施工安全事故造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，國(guó)內(nèi)外工程人員逐漸重視地鐵工程施工安全事故的風(fēng)險(xiǎn)管理，基于定性或定量評(píng)價(jià)方法識(shí)別潛在風(fēng)險(xiǎn)，包括事故樹分析法、決策樹法、影響圖法等，對(duì)發(fā)生可能性較大的風(fēng)險(xiǎn)及早應(yīng)對(duì)防范。以上風(fēng)險(xiǎn)分析方法在近年來的地鐵安全管理與控制方法發(fā)揮了積極的作用，但是仍然存在以下三個(gè)方面的問題1、過分依賴專家經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)。一旦事故發(fā)生，往往急于組織專家開展工程會(huì)議集中討論處理方案，這很可能會(huì)延誤工程事故處理的最佳時(shí)間，同時(shí)也說明，稀缺的專家知識(shí)尚未集成化管理用于實(shí)時(shí)安全管理決策支持。2、局限于靜態(tài)安全管理。事實(shí)上，地鐵工程施工安全管理是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化過程，當(dāng)前的風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)在處理動(dòng)態(tài)過程時(shí)往往難以提供實(shí)時(shí)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(jī)結(jié)合起來，進(jìn)行系統(tǒng)的全過程實(shí)時(shí)分析與決策。因而研究地鐵施工安全管理知識(shí)集成推理及全過程實(shí)時(shí)分析與決策成為一個(gè)關(guān)鍵的科學(xué)問題。近年發(fā)展起來的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，能夠使先驗(yàn)知識(shí)和樣本數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合，被國(guó)內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為是不確定環(huán)境中實(shí)現(xiàn)知識(shí)表示、推斷、預(yù)測(cè)等最理想的工具，在生態(tài)學(xué)、可靠性分析等領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對(duì)地鐵施工復(fù)雜環(huán)境下安全事故進(jìn)行不確定分析，為特定安全事故的處理提供實(shí)時(shí)決策支持。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的地鐵施工安全管理決策方法，為復(fù)雜環(huán)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(shí)時(shí)分析與決策。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供的方案是一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的地鐵施工安全管理決策方法，包括如下步驟。步驟一，歸納地鐵施工常見風(fēng)險(xiǎn)，并借助風(fēng)險(xiǎn)分析、分解方法，建立風(fēng)險(xiǎn)及其致險(xiǎn)因子庫(kù)。而且，步驟一中所述風(fēng)險(xiǎn)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(wěn)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(xiǎn)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(xué)參數(shù)。步驟二，基于大量工程實(shí)際數(shù)據(jù)及規(guī)律，利用致險(xiǎn)因子與風(fēng)險(xiǎn)事故之間映射關(guān)系建立決策表，在此基礎(chǔ)上挖掘滿足支持度與置信度要求的可靠規(guī)則，通過關(guān)聯(lián)規(guī)則的前件和后件之間蘊(yùn)含的依賴關(guān)系，構(gòu)建地鐵施工安全管理貝葉斯網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘中的規(guī)則置信度，獲取貝葉斯網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的條件概率關(guān)系。步驟三，以矢量形式表征地鐵施工安全貝葉斯網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)結(jié)果及其實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，提出模型準(zhǔn)確性及模型可靠性兩個(gè)指標(biāo)，對(duì)所建成安全管理貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)行實(shí)踐檢驗(yàn)，基于統(tǒng)計(jì)學(xué)假設(shè)檢驗(yàn)原理設(shè)置模型準(zhǔn)確性指標(biāo)與模型可靠性指標(biāo)的信度區(qū)間為[O. 025，
O.975]，通過準(zhǔn)確性指標(biāo)和可靠性指標(biāo)檢驗(yàn)合格的安全管理決策網(wǎng)絡(luò)，被認(rèn)為是經(jīng)得起實(shí)踐檢驗(yàn)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(shí)時(shí)診斷分析方法，事前階段運(yùn)用正向推理技術(shù)預(yù)測(cè)事故發(fā)生概率，以界定警情等級(jí)及早防范；事中階段運(yùn)用重要度分析辨識(shí)關(guān)鍵致險(xiǎn)因子，以明確過程控制要點(diǎn)；事后階段運(yùn)用反向推理技術(shù)快速診斷查明最可能致險(xiǎn)因子組合。本發(fā)明將知識(shí)集成技術(shù)、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建模技術(shù)、可靠性分析技術(shù)及風(fēng)險(xiǎn)仿真分析技術(shù)有機(jī)融合，具有如下優(yōu)勢(shì)。(I)基于大量工程實(shí)際數(shù)據(jù)及規(guī)律，結(jié)合關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘構(gòu)建的安全管理決策貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是高效合理的，克服了以往單純依靠專家經(jīng)驗(yàn)，受主觀不確定性影響造成與實(shí)際情況具有很大的偏差的不足。(2)經(jīng)過模型準(zhǔn)確性及模型可靠性指標(biāo)驗(yàn)證合格的安全管理決策貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，是經(jīng)得起實(shí)踐檢驗(yàn)并值得信任的，進(jìn)一步提高了所構(gòu)建安全管理決策貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的可理解性與適應(yīng)性。(3)相比于常規(guī)風(fēng)險(xiǎn)管理與診斷工具，本發(fā)明具備循環(huán)推理能力，也就是自學(xué)習(xí)能力，能夠從原始樣本數(shù)據(jù)中推理各影響因素之間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和概率關(guān)系，進(jìn)行知識(shí)發(fā)現(xiàn)，構(gòu)建模型，預(yù)測(cè)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?qū)崿F(xiàn)事前、事中及事后全過程多方位實(shí)時(shí)的決策分析與支持，提高了地鐵施工安全診斷的準(zhǔn)確性和效率，且易于實(shí)施，具有先進(jìn)性和實(shí)用性。


圖1是本發(fā)明的步驟示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本實(shí)施例提供一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的地鐵施工安全管理決策方法，如圖1所示，具體包括致險(xiǎn)機(jī)理分析、模型設(shè)計(jì)、模型驗(yàn)證及模型分析運(yùn)用等四個(gè)步驟，具體實(shí)施方式
如下。第一步建立風(fēng)險(xiǎn)及其致險(xiǎn)因子庫(kù)。利用WBS - RBS風(fēng)險(xiǎn)分解方法，分析地鐵施工安全風(fēng)險(xiǎn)規(guī)律，得出地鐵工程施工常見安全風(fēng)險(xiǎn)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(wěn)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),通過逐層分解項(xiàng)目任務(wù)，形成WBS樹形；RBS (Risk Breakdown Structure)則是在WBS的基礎(chǔ)上，根據(jù)各層工作與施工及工藝結(jié)構(gòu)上的關(guān)系進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)分解，二者交叉構(gòu)建WBS - RBS風(fēng)險(xiǎn)矩陣。對(duì)于適合建立力學(xué)解析模型的風(fēng)險(xiǎn)事件，結(jié)合可靠度理論建立極限狀態(tài)函數(shù)，函數(shù)自變量可作為致險(xiǎn)因子的來源。對(duì)于不適合建立解析模型的風(fēng)險(xiǎn)事件，利用數(shù)值模擬方法建立仿真模型，其模型中的參數(shù)亦可作為致險(xiǎn)因子的來源。常見的地鐵施工安全致險(xiǎn)因子包括周圍土體的材料物理力學(xué)參數(shù)、臨近建(構(gòu))筑物結(jié)構(gòu)情況及埋深、施工方法及工藝參數(shù)等。第二步:構(gòu)建地鐵施工安全管理貝葉斯網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，獲取貝葉斯網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的條件概率關(guān)系。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)兩部分組成，因此，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)包含網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與參數(shù)設(shè)計(jì)兩部分。其中，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是尋找有向無(wú)環(huán)圖，以確定節(jié)點(diǎn)之間的相互依賴關(guān)系；參數(shù)設(shè)計(jì)的任務(wù)是在已知網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的條件下，確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的條件概率分布表?；诖罅抗こ虒?shí)際數(shù)據(jù)及規(guī)律，結(jié)合致險(xiǎn)因子與風(fēng)險(xiǎn)事故之間映射關(guān)系建立決策表，在此基礎(chǔ)上挖掘滿足支持度與置信度要求的可靠規(guī)則，通過關(guān)聯(lián)規(guī)則的前件和后件之間蘊(yùn)含的依賴關(guān)系，構(gòu)建地鐵施工安全管理貝葉斯網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘中的規(guī)則置信度，獲取貝葉斯網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的條件概率關(guān)系，得到地鐵施工安全管理貝葉斯網(wǎng)絡(luò)初步模型。工程領(lǐng)域積累了大量的事件樹或故障樹是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)素材，以故障樹為例，變量之間的具有直接的依賴關(guān)系，結(jié)合先驗(yàn)背景知識(shí)對(duì)初步構(gòu)建的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行修訂和完善。第三步:以矢量形式表征安全管理貝葉斯網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)結(jié)果及其實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)模型準(zhǔn)確性和模型可靠性兩個(gè)指標(biāo)來驗(yàn)證建成的地鐵施工安全貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的合理性。

假設(shè)風(fēng)險(xiǎn) T為P種狀態(tài)ti (i=l, 2，...，P)，地鐵工程施工安全決策網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)每個(gè)狀態(tài)ti (i=l，2，...，P)發(fā)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，
權(quán)利要求
1.一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)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(fēng)險(xiǎn)及其致險(xiǎn)因子庫(kù)； 步驟二，構(gòu)建地鐵施工安全管理貝葉斯網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，獲取貝葉斯網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的條件概率關(guān)系； 步驟三，以矢量形式表征安全管理貝葉斯網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)結(jié)果及其實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)模型準(zhǔn)確性和模型可靠性兩個(gè)指標(biāo)來驗(yàn)證建成的地鐵施工安全貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的合理性； 步驟四，提出面向地鐵施工安全管理全過程實(shí)時(shí)診斷分析方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)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(fēng)險(xiǎn)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(wěn)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(xiǎn)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(xué)參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的地鐵施工安全管理決策方法，其特征在于:步驟二中所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過關(guān)聯(lián)規(guī)則的前件和后件之間蘊(yùn)含的依賴關(guān)系構(gòu)建；步驟二中所述的條件概率關(guān)系通過關(guān)聯(lián)規(guī)則中規(guī)則置信度獲取。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的地鐵施工安全管理決策方法，其特征在于:步驟三中所述模型準(zhǔn)確性指標(biāo)和模型可靠性指標(biāo)的信度區(qū)間基于統(tǒng)計(jì)學(xué)假設(shè)檢驗(yàn)原理設(shè)置為
。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的地鐵施工安全管理決策方法，其特征在于:步驟四中所述實(shí)時(shí)診斷分析方法為，事前階段運(yùn)用正向推理技術(shù)預(yù)測(cè)事故發(fā)生概率；事中階段運(yùn)用重要度分析辨識(shí)關(guān)鍵致險(xiǎn)因子；事后階段運(yùn)用反向推理技術(shù)診斷查明最可能致險(xiǎn)因子組 合。
全文摘要
本發(fā)明屬于地下工程信息技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)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(fēng)險(xiǎn)及其致險(xiǎn)因子庫(kù)；步驟二，構(gòu)建地鐵施工安全管理貝葉斯網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，獲取各節(jié)點(diǎn)之間的條件概率關(guān)系；步驟三，以矢量形式表征安全管理貝葉斯網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)結(jié)果及其實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)模型準(zhǔn)確性和模型可靠性兩個(gè)指標(biāo)來驗(yàn)證建成的地鐵施工安全貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)合理性；步驟四，提出面向地鐵施工安全管理全過程實(shí)時(shí)診斷分析方法。本發(fā)明為復(fù)雜環(huán)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(shí)時(shí)分析與決策。
文檔編號(hào)G06Q50/08GK103077447SQ20131002680
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月24日
發(fā)明者吳賢國(guó), 張立茂, 曹靖, 晏祎, 丁保軍, 周格遷, 蔣雪 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)