【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及桥梁安全维护领域，更具体的说是涉及一种基于数字孪生的立交桥交通设施维护方法、系统及存储介质。
技术介绍
1、立交桥是城市基础设施建设中的重要组成部分，特别是在交通拥堵时期，立交桥为解决城市交通拥堵和提高通行能力发挥了极其重要的作用。但是，立交桥作为公共基础设施建筑，其建造、维护和保养都需要广大职工和专业人士共同合作，以确保城市道路的平稳和保畅。
2、首先立交桥维护工作主要依靠其设备的正常运作，因此需要定期检查和维护设备。例如，检查路灯是否正常，排除异常现象；维护升降杆、环保带等设施，确保其能够正常工作。其次，立交桥跨过路面，因此在维护过程中必须强调安全检查。例如，检查立交桥内和下方的电缆等线路是否正常运作；检查落石网等安全设施是否完好。此外，立交桥的预防维护也十分重要，其目的是在设备和设施发生故障之前进行修理，从而避免日后故障的发生。例如，定期检查立交桥的支撑结构、裂缝、连接部位等，预防后续故障的发生；进行防锈涂层、可塑剂等防护涂料的涂抹，避免立交桥腐蚀等情况。如果立交桥发生了故障或设备出现毛病，需要进行及时维修。例如，加固连接部位，修复裂缝；清理积水，处理漏水问题；检查设备的动态低通滤波器，检查笼形和电机发热等情况。
3、目前，立交桥的维护没有针对性，需要大量的人力财力，造成了大量的资源浪费，因此，在保障立交桥安全使用的情况下，如何有针对性的对立交桥进行维护是本领域技术人员亟须研究的。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种基于数字
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于数字孪生的立交桥交通设施维护方法，包括以下步骤：
4、采集立交桥结构数据，使用主成分分析降维算法对立交桥结构数据进行预处理，去除冗余数据，得到立交桥结构数据组，并构建荷载分布图和桥梁结构的有限元模型；
5、利用对立交桥结构的历史监测数据对数字孪生模型进行训练，将荷载分布图和有限元模型输入到预先训练完成的数字孪生模型中，得到初始立交桥数字孪生结构；
6、对历史监测数据利用聚类算法得到聚类簇集合，对聚类簇集合进行离散分析处理，得到离散分布指标，对立交桥结构数据组提取当前数据分布指标，根据离散分布指标和当前数据分布指标的相似度对立交桥数字孪生结构优化，得到立交桥数字孪生结构；
7、实时监测立交桥结构数据输入至立交桥数字孪生结构中，基于立交桥设计标准对立交桥数字孪生结构确定桥梁动态响应，识别损伤区域，得到损伤量化指标，根据损伤量化指标判断桥梁维护策略。
8、可选的，立交桥结构数据包括桥梁的建筑施工数据，桥梁荷载数据，桥梁结构位移数据以及桥梁表面的图像数据。
9、可选的，根据离散分布指标和当前数据分布指标的相似度对立交桥数字孪生结构优化，具体为：计算离散分布指标和当前数据分布指标的相似度，基于相似度对当前数据和历史数据进行分类，得到目标数据集合，利用目标数据集合完成立交桥数字孪生结构优化。
10、可选的，桥梁表面的图像数据的处理过程如下：
11、获取桥梁表面的图像数据，图像数据包含原始裂缝曲线，将图像数据进行灰度化处理，由多通道彩色图像转化为单通道的灰度图像；
12、将灰度图像采用卷积神经网络进行桥梁的裂缝区域的定位和分割；以及提取分割出的裂缝区域的裂缝特征；
13、基于分割出的裂缝区域的裂缝特征以及所述结构数据中的时序隐含特征，利用canny边缘异常检测算法对分割出的所述裂缝区域进行分类，得到裂缝区域分析结果。
14、可选的，还包括对桥梁维护策略通过实时传输方式传输至立交桥维护平台，提示维护人员对立交桥针对性维护。
15、可选的，基于立交桥设计标准对立交桥数字孪生结构确定桥梁动态响应，识别损伤区域，得到损伤量化指标，具体为：对立交桥数字孪生结构输入不同的激励特征，通过比较损伤前后的振动响应识别出损伤的位置和程度；提取损伤的位置和程度特征值，根据特征值确定损伤量化指标。
16、一种基于数字孪生的立交桥交通设施维护系统，包括：
17、有限元模型构建模块：用于采集立交桥结构数据，使用主成分分析降维算法对立交桥结构数据进行预处理，去除冗余数据，得到立交桥结构数据组，并构建荷载分布图和桥梁结构的有限元模型；
18、初始立交桥数字孪生结构生成模块：用于利用对立交桥结构的历史监测数据对数字孪生模型进行训练，将荷载分布图和有限元模型输入到预先训练完成的数字孪生模型中，得到初始立交桥数字孪生结构；
19、立交桥数字孪生结构优化模块：用于对历史监测数据利用聚类算法得到聚类簇集合，对聚类簇集合进行离散分析处理，得到离散分布指标，对立交桥结构数据组提取当前数据分布指标，根据离散分布指标和当前数据分布指标的相似度对立交桥数字孪生结构优化，得到立交桥数字孪生结构；
20、立交桥维护策略模块：用于实时监测立交桥结构数据输入至立交桥数字孪生结构中，基于立交桥设计标准对立交桥数字孪生结构确定桥梁动态响应，识别损伤区域，得到损伤量化指标，根据损伤量化指标判断桥梁维护策略。
21、可选的，还包括维护策略传输模块：用于对桥梁维护策略通过实时传输方式传输至立交桥维护平台，提示维护人员对立交桥针对性维护。
22、一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现任意一项所述的一种基于数字孪生的立交桥交通设施维护方法的步骤。
23、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术提供了一种基于数字孪生的立交桥交通设施维护方法、系统及存储介质，具有以下有益效果：
24、1、根据损伤量化指标，可以判断桥梁的维护策略，如是否需要加固、维修或更换等，有助于实现桥梁维护的智能化决策，提高维护工作的效率和效益。
25、2、利用历史监测数据对数字孪生模型进行训练，并将荷载分布图和有限元模型输入其中来获取初始立交桥数字孪生结构，使得该数字孪生结构融合了过往实际运行的经验信息以及基于设计理论构建的力学模型信息，能够更贴合立交桥真实的结构状态与工作状况，为后续精准模拟和分析提供可靠的起点。
26、3、借助聚类算法分析历史监测数据得到离散分布指标，并结合当前数据分布指标的相似度来优化立交桥数字孪生结构，让数字孪生模型可以根据实际情况的变化不断动态调整、自我优化，使其能更好地适应立交桥在不同阶段、不同工况下的结构特征变化，始终保持对真实结构较高的模拟精度，提升模型在交通设施维护过程中的有效性。
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1.一种基于数字孪生的立交桥交通设施维护方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的立交桥交通设施维护方法，其特征在于，立交桥结构数据包括桥梁的建筑施工数据，桥梁荷载数据，桥梁结构位移数据以及桥梁表面的图像数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的立交桥交通设施维护方法，其特征在于，根据离散分布指标和当前数据分布指标的相似度对立交桥数字孪生结构优化，具体为：计算离散分布指标和当前数据分布指标的相似度，基于相似度对当前数据和历史数据进行分类，得到目标数据集合，利用目标数据集合完成立交桥数字孪生结构优化。
4.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的立交桥交通设施维护方法，其特征在于，桥梁表面的图像数据的处理过程如下：
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的立交桥交通设施维护方法，其特征在于，还包括对桥梁维护策略通过实时传输方式传输至立交桥维护平台，提示维护人员对立交桥针对性维护。
6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的立交桥交通设施维护方法，其特征在于，基于立交桥设计标准对立交
7.一种基于数字孪生的立交桥交通设施维护系统，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的一种基于数字孪生的立交桥交通设施维护系统，其特征在于，还包括维护策略传输模块：用于对桥梁维护策略通过实时传输方式传输至立交桥维护平台，提示维护人员对立交桥针对性维护。
9.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任意一项所述的一种基于数字孪生的立交桥交通设施维护方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的立交桥交通设施维护方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的立交桥交通设施维护方法，其特征在于，立交桥结构数据包括桥梁的建筑施工数据，桥梁荷载数据，桥梁结构位移数据以及桥梁表面的图像数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的立交桥交通设施维护方法，其特征在于，根据离散分布指标和当前数据分布指标的相似度对立交桥数字孪生结构优化，具体为：计算离散分布指标和当前数据分布指标的相似度，基于相似度对当前数据和历史数据进行分类，得到目标数据集合，利用目标数据集合完成立交桥数字孪生结构优化。
4.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的立交桥交通设施维护方法，其特征在于，桥梁表面的图像数据的处理过程如下：
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的立交桥交通设施维护方法，其特征在于，还包括对桥梁维护策略通过实时传输方式传输至立交桥维护平台，提...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡得川，杜凯，宋京妮，陈丹，王畅，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：
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