本申請涉及數(shù)據(jù)處理，具體涉及一種基于數(shù)字孿生地鐵隧道穹頂健康監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術：
1、地鐵隧道作為城市公共交通的命脈，其主體結構特別是長期承受復雜荷載的隧道穹頂，其健康狀況直接關系到運營安全和壽命。傳統(tǒng)的人工巡檢方式受限于周期、視野和主觀判斷，難以實現(xiàn)全面、實時的結構狀態(tài)感知與安全預警，因此發(fā)展智能化、自動化的健康監(jiān)測系統(tǒng)已成為保障隧道長期安全運營的迫切需求。
2、目前，對隧道穹頂?shù)谋O(jiān)控監(jiān)測方式通常為在隧道穹頂關鍵部位布設振動、形變等各類傳感器，實時采集結構物理量監(jiān)測數(shù)據(jù)，并通過預設閾值進行健康監(jiān)測。
3、但是，上述通過預設閾值進行健康監(jiān)測的方法，僅能被動應對已發(fā)生的明顯超限異常，不能識別局部損傷的傳導擴散規(guī)律，難以預判局部微損傷引發(fā)的全域結構風險，無法滿足地鐵隧道穹頂精細化、智能化的安全運維要求。
技術實現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有技術中難以預判局部微損傷引發(fā)的全域結構風險的技術問題，本申請的目的在于提供一種基于數(shù)字孿生地鐵隧道穹頂健康監(jiān)測系統(tǒng)，所采用的技術方案具體如下：
2、一種基于數(shù)字孿生地鐵隧道穹頂健康監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集單元、局部損傷分析單元、損傷傳導分析單元以及健康評估單元：數(shù)據(jù)采集單元，用于獲取隧道穹頂?shù)目臻g拓撲關系以及多個采集周期的監(jiān)測數(shù)據(jù)，該空間拓撲關系包括多個監(jiān)測單元之間的拓撲關系，多個采集周期的監(jiān)測數(shù)據(jù)包括每個監(jiān)測單元的點云數(shù)據(jù)序列和傳感器振動信號序列；局部損傷分析單元，用于基于每個監(jiān)測單元在多個采集周期的傳感器振動信號序列和點云數(shù)據(jù)序列，確定每個監(jiān)測單元的局部損傷參數(shù)，該局部損傷參數(shù)用于表征單個監(jiān)測單元的結構損傷狀態(tài)；損傷傳導分析單元，用于基于每個監(jiān)測單元的局部損傷參數(shù)以及監(jiān)測單元之間的空間拓撲關系，確定隧道穹頂?shù)膿p傷傳導參數(shù)，該損傷傳導參數(shù)用于表征局部損傷在隧道穹頂結構中的擴散趨勢；健康評估單元，用于基于每個監(jiān)測單元的局部損傷參數(shù)以及隧道穹頂?shù)膿p傷傳導參數(shù)，確定隧道穹頂?shù)娜蚪】碉L險指數(shù)，該全域健康風險指數(shù)用于表征隧道穹頂從局部損傷向全域失穩(wěn)發(fā)展的風險程度。
3、可選地，該局部損傷參數(shù)包括損傷敏感度，該局部損傷分析單元包括損傷敏感度分析子單元，該損傷敏感度分析子單元，用于：基于第一監(jiān)測單元在多個采集周期的傳感器振動信號序列確定第一監(jiān)測單元的振動能量集中度，該振動能量集中度用于表征能量在頻域分布的集中程度，該第一監(jiān)測單元為多個監(jiān)測單元中的任一個；基于第一監(jiān)測單元在多個采集周期的點云數(shù)據(jù)序列，確定第一監(jiān)測單元的形變累積值；基于該振動能量集中度和該形變累積值，確定該第一監(jiān)測單元的損傷敏感度，該損傷敏感度用于表征監(jiān)測單元對外部振動激勵的損傷響應敏感程度。
4、可選地，該損傷敏感度分析子單元，還用于：基于相鄰采集周期的點云數(shù)據(jù)序列中匹配點的坐標變化，確定形變序列；對該形變序列進行線性回歸分析，得到趨勢累積斜率；對該形變序列進行一階差分，統(tǒng)計正差分占比和差分絕對值的均值；基于該正差分占比和差分絕對值的均值，確定形變不可逆系數(shù)；基于趨勢累積斜率和形變不可逆系數(shù)確定形變累積值。
5、可選地，該局部損傷參數(shù)還包括綜合損傷置信度，該局部損傷分析單元包括綜合損傷分析子單元，該綜合損傷分析子單元，用于：分析第一監(jiān)測單元在多個采集周期的傳感器振動信號序列與點云數(shù)據(jù)序列之間的相關性，得到第一監(jiān)測單元的因果強度指數(shù)，該因果強度指數(shù)用于表征監(jiān)測單元的振動激勵與形變響應之間的物理因果關聯(lián)強度；基于第一監(jiān)測單元的損傷敏感度和因果強度指數(shù)，確定第一監(jiān)測單元的綜合損傷置信度，該綜合損傷置信度用于表征監(jiān)測單元在當前狀態(tài)下存在結構性損傷的綜合可信程度。
6、可選地，該損傷傳導參數(shù)包括損傷傳導強度因子，該損傷傳導分析單元包括傳導強度分析子單元，該傳導強度分析子單元，用于：基于該空間拓撲關系，確定第一監(jiān)測單元的鄰域監(jiān)測單元；基于第一監(jiān)測單元的形變序列的趨勢累積斜率，確定第一監(jiān)測單元的結構等效剛度；基于每個鄰域監(jiān)測單元與第一監(jiān)測單元之間的空間距離以及第一監(jiān)測單元的結構等效剛度，確定第一監(jiān)測單元對每個鄰域監(jiān)測單元的損傷風險傳導權重；基于第一監(jiān)測單元的綜合損傷置信度、第一監(jiān)測單元對每個鄰域監(jiān)測單元的損傷風險傳導權重、以及每個鄰域監(jiān)測單元的損傷敏感度，確定該第一監(jiān)測單元的損傷傳導強度因子。
7、可選地，該損傷傳導參數(shù)還包括放大循環(huán)強度指數(shù)，該損傷傳導分析單元包括放大循環(huán)分析子單元，該放大循環(huán)分析子單元用于：獲取每個監(jiān)測單元在多個采集周期的損傷傳導強度因子和綜合損傷置信度；基于每個監(jiān)測單元在多個采集周期的損傷傳導強度因子的時間變化趨勢，確定損傷傳導時間穩(wěn)定性；基于每個采集周期內多個監(jiān)測單元的損傷傳導強度因子的空間變化趨勢，確定損傷傳導空間穩(wěn)定性；基于每個監(jiān)測單元在多個采集周期的損傷傳導強度因子和綜合損傷置信度，確定損傷傳導放大效應相關系數(shù)；基于該損傷傳導時間穩(wěn)定性、該損傷傳導空間穩(wěn)定性以及該損傷傳導放大效應相關系數(shù)，確定放大循環(huán)強度指數(shù)。
8、可選地，該放大循環(huán)分析子單元，還用于：基于每個采集周期的損傷傳導強度因子，確定每個采集周期的傳導熱點監(jiān)測單元集合；對每個采集周期的傳導熱點監(jiān)測單元集合中所有傳導熱點監(jiān)測單元的位置進行聚類，得到每個采集周期的聚類中心；基于相鄰采集周期中聚類中心之間的空間距離，確定該損傷傳導空間穩(wěn)定性。
9、可選地，該損傷傳導參數(shù)還包括損傷傳導綜合穩(wěn)定性，該損傷傳導分析單元包括傳導穩(wěn)定性分析子單元，該傳導穩(wěn)定性分析子單元用于：基于該損傷傳導時間穩(wěn)定性、該損傷傳導空間穩(wěn)定性以及該放大循環(huán)強度指數(shù)，確定損傷傳導綜合穩(wěn)定性。
10、可選地，該健康評估單元，還用于：將該全域健康風險指數(shù)輸入預設健康狀態(tài)評估模型，得到地鐵隧道穹頂?shù)慕】碉L險分數(shù)；基于該健康風險分數(shù)，發(fā)出預警信號。
11、可選地，該數(shù)據(jù)采集單元，還用于：基于預設尺寸將該隧道穹頂?shù)谋砻鎰澐譃槎鄠€規(guī)則的網(wǎng)格區(qū)域，將每個網(wǎng)格區(qū)域定義為一個監(jiān)測單元。
12、本申請具有如下有益效果：
13、本申請?zhí)峁┑幕跀?shù)字孿生地鐵隧道穹頂健康監(jiān)測系統(tǒng)，將離散的監(jiān)測數(shù)據(jù)置于統(tǒng)一的空間拓撲關系中進行分析，先分析每個監(jiān)測單元的局部損傷，再分析每個局部損傷擴散的效率，使得評估結果不再局限于孤立的監(jiān)測單元，而是能夠反映損傷在結構空間網(wǎng)絡中的動態(tài)行為，提高了地鐵隧道穹頂健康監(jiān)測的準確性，最終得到的全域健康風險指數(shù)實現(xiàn)了對地鐵隧道結構從微觀損傷感知到宏觀失穩(wěn)風險預測，提升地鐵隧道穹頂健康監(jiān)測的風險預見能力，實現(xiàn)對從局部損傷到全域失穩(wěn)全過程的可視化、智能化監(jiān)控。
1.一種基于數(shù)字孿生地鐵隧道穹頂健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括數(shù)據(jù)采集單元、局部損傷分析單元、損傷傳導分析單元以及健康評估單元：
2.根據(jù)權利要求1所述的基于數(shù)字孿生地鐵隧道穹頂健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述局部損傷參數(shù)包括損傷敏感度，所述局部損傷分析單元包括損傷敏感度分析子單元，所述損傷敏感度分析子單元，用于：
3.根據(jù)權利要求2所述的基于數(shù)字孿生地鐵隧道穹頂健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述損傷敏感度分析子單元，還用于：
4.根據(jù)權利要求2所述的基于數(shù)字孿生地鐵隧道穹頂健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述局部損傷參數(shù)還包括綜合損傷置信度，所述局部損傷分析單元包括綜合損傷分析子單元，所述綜合損傷分析子單元，用于：
5.根據(jù)權利要求4所述的基于數(shù)字孿生地鐵隧道穹頂健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述損傷傳導參數(shù)包括損傷傳導強度因子，所述損傷傳導分析單元包括傳導強度分析子單元，所述傳導強度分析子單元，用于：
6.根據(jù)權利要求5所述的基于數(shù)字孿生地鐵隧道穹頂健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述損傷傳導參數(shù)還包括放大循環(huán)強度指數(shù)，所述損傷傳導分析單元包括放大循環(huán)分析子單元，所述放大循環(huán)分析子單元用于：
7.根據(jù)權利要求6所述的基于數(shù)字孿生地鐵隧道穹頂健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述放大循環(huán)分析子單元，還用于：
8.根據(jù)權利要求6所述的基于數(shù)字孿生地鐵隧道穹頂健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述損傷傳導參數(shù)還包括損傷傳導綜合穩(wěn)定性，所述損傷傳導分析單元包括傳導穩(wěn)定性分析子單元，所述傳導穩(wěn)定性分析子單元用于：
9.根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的基于數(shù)字孿生地鐵隧道穹頂健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述健康評估單元，還用于：
10.根據(jù)權利要求1所述的基于數(shù)字孿生地鐵隧道穹頂健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集單元，還用于：