本發(fā)明涉及道路健康評估，特別是一種道路使用壽命綜合評估分析方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著交通運輸業(yè)的快速發(fā)展，道路作為重要的基礎設施，其設計、施工和維護的重要性日益突出。然而，隨著交通量的持續(xù)增長以及自然環(huán)境的長期作用，道路的使用壽命受到多種復雜因素的影響，包括路面病害、道路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的老化、交通負載的反復作用以及環(huán)境侵蝕的累積效應等。傳統(tǒng)的道路養(yǎng)護和評估方法主要依賴周期性檢查和人工檢測，這種方式不僅效率低，且容易受主觀判斷影響，難以對道路的全壽命周期進行量化分析和科學預測。同時，近年來，基于大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)的方法逐漸應用于道路檢測領域，例如利用圖像處理技術(shù)識別路面裂縫、車轍等病害特征，或者通過傳感器監(jiān)測交通負載和內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。然而，現(xiàn)有技術(shù)大多僅針對單一維度特征進行分析，無法綜合考慮多維數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性，尤其是在空間分布和時間演變規(guī)律上的相互影響，這使得現(xiàn)有方法在道路壽命評估的準確性和全面性上仍存在較大局限性。

2、現(xiàn)有技術(shù)在道路使用壽命的綜合評估方面存在以下不足：其一，當前的評估方法難以有效整合多維道路數(shù)據(jù)，例如路面病害、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、交通負載和環(huán)境因素等，這導致道路壽命評估結(jié)果缺乏全面性和科學性；其二，現(xiàn)有方法通常缺乏對時空關(guān)聯(lián)的深度挖掘，無法準確揭示道路特征隨時間變化的趨勢及其空間分布的規(guī)律性，從而限制了對道路未來健康狀態(tài)的預測能力。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明提供了一種道路使用壽命綜合評估分析方法解決現(xiàn)有技術(shù)中多維數(shù)據(jù)整合不足和缺乏時空關(guān)聯(lián)深度分析的問題。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

4、第一方面，本發(fā)明提供了一種道路使用壽命綜合評估分析方法，其包括，采集道路多維數(shù)據(jù)并進行預處理，基于預處理后的多維道路數(shù)據(jù)提取道路特征；所述道路多維數(shù)據(jù)包括路面病害數(shù)據(jù)、道路內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、交通負載數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)；對道路特征進行時空關(guān)聯(lián)分析，構(gòu)建道路壽命評估數(shù)據(jù)框架；基于道路壽命評估數(shù)據(jù)框架，利用道路健康預測模型，初步計算道路健康指數(shù)；結(jié)合初步計算的道路健康指數(shù)和歷史數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)整道路特征的綜合權(quán)重；根據(jù)調(diào)整后的道路特征的綜合權(quán)重，更新道路健康指數(shù)，并評估道路安全等級。

5、作為本發(fā)明所述道路使用壽命綜合評估分析方法的一種優(yōu)選方案，其中：對道路多維數(shù)據(jù)進行預處理，具體步驟如下：

6、通過噪聲過濾算法對病害數(shù)據(jù)進行清洗，去除模糊圖像和無效數(shù)據(jù)；

7、采用頻譜分析濾除道路內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的雜波信號；

8、對交通負載數(shù)據(jù)進行標準化和歸一化處理；

9、采用數(shù)據(jù)插值方法對環(huán)境數(shù)據(jù)進行缺失值填補，并剔除異常數(shù)據(jù)。

10、作為本發(fā)明所述道路使用壽命綜合評估分析方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述基于預處理后的多維道路數(shù)據(jù)提取道路特征，具體步驟如下，

11、通過圖像分割算法從清洗后的路面病害數(shù)據(jù)中提取路面病害特征；路面病害特征包括裂縫寬度、裂縫長度、車轍深度和病害區(qū)域面積；

12、通過信號分析法從濾除雜波后的道路內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中提取道路內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征；道路內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的空洞率、分層深度和脫空區(qū)域范圍；

13、通過統(tǒng)計分析從標準歸一化后的交通負載數(shù)據(jù)中提取交通負載特征；交通負載特征包括交通流量峰值、車輛負載分布和交通壓力分布均值；

14、通過數(shù)據(jù)分析法從預處理后的環(huán)境數(shù)據(jù)中提取環(huán)境侵蝕特征；環(huán)境侵蝕特征包括降雨頻率、溫濕度變化幅度和凍融循環(huán)次數(shù)；

15、道路特征包括：路面病害特征、道路內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征、交通負載特征和環(huán)境侵蝕特征。

16、作為本發(fā)明所述道路使用壽命綜合評估分析方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述對道路特征進行時空關(guān)聯(lián)分析，構(gòu)建道路壽命評估數(shù)據(jù)框架，具體步驟如下，

17、基于道路的道路特征，按照固定標準劃分空間單元，將道路特征映射到劃分后的空間單元中；

18、對映射到空間單元中的道路特征進行空間分析，獲取道路特征的空間分布；

19、對道路特征進行時間關(guān)聯(lián)分析，獲取道路特征的時間變化規(guī)律及相互依賴性；

20、對道路特征的空間分布和道路特征的時間變化規(guī)律及相互依賴性進行量化，并按照空間單元和時間節(jié)點進行組合，生成每個道路路段在每個時間點的特征向量，并構(gòu)建成多維特征矩陣；所述多維特征矩陣包括路面病害特征、時間變化、空間分布和環(huán)境侵蝕特征；

21、基于多維特征矩陣并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，標注每個路段的壽命狀態(tài)，整合多維特征矩陣與各路段的壽命狀態(tài)，構(gòu)成道路壽命評估數(shù)據(jù)框架。

22、作為本發(fā)明所述道路使用壽命綜合評估分析方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述基于道路壽命評估數(shù)據(jù)框架，利用道路健康預測模型，初步計算道路健康指數(shù)，具體步驟如下，

23、以道路壽命評估數(shù)據(jù)框架中的多維特征矩陣為輸入，利用道路健康預測模型分析多維特征矩陣對健康狀態(tài)的貢獻度，初步計算道路健康指數(shù)，表達式為：

24、；

25、其中，是初步計算的道路健康指數(shù)，是道路健康指數(shù)的綜合權(quán)重，是第i類路面病害特征的嚴重程度，是第i類路面病害特征的影響系數(shù)，是第i類路面病害特征的時間敏感系數(shù)，是第i類路面病害特征的累積時間跨度，是道路內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征的影響系數(shù)，是交通負載特征的波動方差，是環(huán)境侵蝕特征的敏感系數(shù)，是環(huán)境綜合侵蝕指數(shù)，第i類路面病害特征的空間尺度因子，n是路面病害特征的數(shù)量，i是路面病害特征的索引變量。

26、作為本發(fā)明所述道路使用壽命綜合評估分析方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述結(jié)合初步計算的道路健康指數(shù)和歷史數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)整道路特征的綜合權(quán)重，具體步驟如下，

27、通過初步計算的道路健康指數(shù)和歷史數(shù)據(jù)，采用加權(quán)時間衰減函數(shù)并結(jié)合道路健康指數(shù)和特征歷史數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)整綜合權(quán)重，表達式為：

28、；

29、其中，是調(diào)整后的綜合權(quán)重，是歷史時間跨度，是時間衰減函數(shù)，是第i類路面病害特征在時間t的歷史值，是病害特征相關(guān)性矩陣的元素，是第j類病害特征在時間t的歷史值，是第i類病害特征的正則化因子，表示歷史時間點，j表示與當前路面病害特征i存在相關(guān)性的病害特征索引變量，是衡量道路健康指數(shù)對道路特征的影響程度。

30、作為本發(fā)明所述道路使用壽命綜合評估分析方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述根據(jù)調(diào)整后的道路特征的綜合權(quán)重，更新道路健康指數(shù)，并評估道路安全等級，具體步驟如下，

31、基于調(diào)整后的道路特征的綜合權(quán)重，優(yōu)化道路健康預測模型，根據(jù)優(yōu)化后的道路健康預測模型更新道路健康指數(shù)，獲取更新后道路健康指數(shù)；

32、基于長期采集的道路健康指數(shù)及道路實際使用壽命的統(tǒng)計結(jié)果，結(jié)合道路設計規(guī)范與安全評估標準，定義安全閾值r1、風險閾值r2和危險閾值r3；

33、當＞r1時，則認為當前道路使用壽命處于安全狀態(tài)；

34、當r2≤≤r1時，則認為當前道路使用壽命處于良好狀態(tài)；

35、當r3≤＜r2時，則認為當前道路使用壽命存在風險；

36、當＜r3時，則認為當前道路使用壽命處于危險狀態(tài)。

37、第二方面，本發(fā)明提供了一種道路使用壽命綜合評估分析系統(tǒng)，包括，特征提取模塊、道路特征分析模塊、道路健康指數(shù)計算模塊、綜合權(quán)重調(diào)整模塊和道路安全評估模塊；

38、特征提取模塊，用于采集道路多維數(shù)據(jù)并進行預處理，基于預處理后的多維道路數(shù)據(jù)提取道路特征；所述道路多維數(shù)據(jù)包括路面病害數(shù)據(jù)、道路內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、交通負載數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)；

39、道路特征分析模塊，用于對道路特征進行時空關(guān)聯(lián)分析，構(gòu)建道路壽命評估數(shù)據(jù)框架；

40、道路健康指數(shù)計算模塊，用于基于道路壽命評估數(shù)據(jù)框架，利用道路健康預測模型，初步計算道路健康指數(shù)；

41、綜合權(quán)重調(diào)整模塊，用于結(jié)合初步計算的道路健康指數(shù)和歷史數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)整道路特征的綜合權(quán)重；

42、道路安全評估模塊，用于根據(jù)調(diào)整后的道路特征的綜合權(quán)重，更新道路健康指數(shù)，并評估道路安全等級。

43、第三方面，本發(fā)明提供了一種計算機設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其中：所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的道路使用壽命綜合評估分析方法的任一步驟。

44、第四方面，本發(fā)明提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其中：所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的道路使用壽命綜合評估分析方法的任一步驟。

45、本發(fā)明有益效果為：通過多維數(shù)據(jù)采集與預處理、時空關(guān)聯(lián)分析、健康預測模型構(gòu)建及動態(tài)權(quán)重調(diào)整等步驟，實現(xiàn)了道路使用壽命的綜合評估。通過引入時空關(guān)聯(lián)分析，量化了道路特征的空間分布與時間變化規(guī)律，構(gòu)建了完整的評估數(shù)據(jù)框架；通過結(jié)合健康指數(shù)和歷史數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整特征權(quán)重，優(yōu)化了健康狀態(tài)預測的精準性與靈活性。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明解決了多維數(shù)據(jù)整合不足與缺乏動態(tài)分析的問題，顯著提升了評估結(jié)果的科學性和實際應用價值，為道路管理和安全決策提供了可靠依據(jù)。