【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建筑工程，具体为一种建筑结构安全风险评估系统。
技术介绍
1、在建筑结构的全生命周期中，从设计、施工到使用和维护，都需要对其结构安全进行持续监测和评估，由于自然灾害的频繁发生以及建筑老化等问题的日益凸显，建筑结构安全风险评估的重要性愈发显著，传统的建筑结构安全评估方法主要依赖于人工检查和经验判断，这种方式存在诸多局限性，无法满足日益增长的建筑结构安全评估需求。
2、目前，现有建筑结构安全评估技术在刚性指数的确定方面，传统方法往往仅考虑单一因素和简单的力学关系来计算，导致刚性指数的计算不够准确，无法全面反映建筑结构在复杂工况下的实际刚度和抵抗变形能力，对于损失函数的计算，基于简单的图像特征进行分析，没有充分结合混凝土表面的多种特征信息以及建筑结构的力学性能参数，使得损失函数不能准确量化建筑结构的表面损伤程度及其对整体安全的影响，导致建筑结构的安全评估结果不够全面、准确，难以提前发现潜在的安全风险。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种建筑结构安全风险评估系统，该系统通过结合刚性指数和损失函数的分析方法，能够全面评估建筑结构在地震作用下的安全状态，同时，通过图像特征提取模块对混凝土表面特征的分析，进一步补充了结构表面损伤的信息，能够更全面地反映建筑结构的真实状态，减少了单一数据源带来的评估误差。
2、本专利技术为解决上述技术问题，提供如下技术方案：
3、一种建筑结构安全风险评估系统，该系统包括建筑力学
4、所述建筑力学参数采集模块用于采集建筑结构各监测区域内的建筑力学参数，包括：地震荷载值、极限强度和钢筋损伤程度值，其中：地震荷载值采集利用地震仪，实时监测建筑结构在地震作用下的动态响应数据，包括加速度、速度和位移参数，通过积分运算得到地震荷载值；极限强度采集通过应力传感器和应变传感器，实时监测建筑构件强度变化；钢筋损伤程度值采集通过检测钢筋在建筑结构中的损伤数量，计算其钢筋损伤程度值；
5、所述刚性指数分析模块根据建筑力学参数采集模块采集的建筑力学数据计算刚性指数；
6、所述图像特征提取模块负责采集混凝土表面特征图像，并将其输入安全监测模型中，经过图像增强处理得到图像特征值，基于图像特征值计算损失函数，所述安全监测模型构建过程为：
7、图像样本收集与标注：收集混凝土表面特征图像样本，包括不同裂缝类型、不同程度的损伤图像以及正常状态下的图像，构成样本集其中ij表示第j个图像，n为样本总数，对样本集中的图像进行标注，包括裂缝类型、裂缝长度、宽度、数量，形成标注集其中lj表示与图像ij对应的标注信息；
8、特征提取网络设计：构建卷积神经网络cnn作为安全监测模型的架构，该网络包含多个卷积层、池化层和全连接层，其中，卷积层：对于输入图像i，第l层卷积层的输出特征图fl为：其中fl-1是上一层的输出特征图，表示卷积操作，wl是第l层的卷积核权重矩阵，bl是第l层的偏置项，f(·)是激活函数；池化层：对于输入特征图fl，池化后的输出特征图f′l为：f′l＝pooling(fl)，其中pooling(·)表示池化操作；全连接层：将经过多个卷积层和池化层处理后的特征图展开为一维向量，连接到全连接层，全连接层的输出为y＝f(wfcx+bfc)，其中x是展开的特征向量，wfc是全连接层的权重矩阵，bfc是全连接层的偏置项，f(·)是激活函数；
9、模型训练：定义模型的损失函数j(θ)，采用交叉熵损失函数与均方误差损失函数的组合形式，即j(θ)＝λ1jce(θ)+λ2jmse(θ)，其中θ表示特征提取网络的参数，λ1和λ2为权重系数，用于平衡两种损失函数的贡献，其中，交叉熵损失函数jce(θ)用于分类任务，即裂缝类型的分类，计算公式为c为类别数，yji为指示变量，n为样本总数，对于图像ij属于类别i时yki＝1，否则yji＝0，pji(θ)为模型预测图像ij属于类别i的概率，均方误差损失函数jmse(θ)用于回归任务，即裂缝长度、宽度参数的预测，计算公式为其中m为回归任务的数量，zjm为图像ij的第m个回归目标的实际值，qjm(θ)为模型预测的相应值，多次迭代训练并更新网络参数θ以最小化损失函数，得到安全监测模型；
10、所述综合分析模块将刚性指数分析模块计算得到的刚性指数和图像特征提取模块的损失函数，通过融合得出损失特征值；
11、所述风险评估模块将综合分析模块得出的损失特征值与损伤特征值阈值进行对比，以输出建筑结构受损指令。
12、更进一步地，所述建筑力学参数采集模块对于地震荷载值的采集利用地震监测仪，精确测量建筑结构在地震作用下所承受的荷载值，捕捉到不同强度和频率的地震波所产生的荷载变化，即地震监测仪采集到的地震波加速度时间序列为a(t)，其中t表示时间，通过对加速度进行两次积分来计算位移d(t)，对加速度进行一次积分得到速度，对速度进行一次积分得到位移d(t)＝∫v(t)dt+d0，其中d0为初始位移，地震荷载值pe与位移、速度和加速度之间为：pe＝ksd(t)+csv(t)+msa(t)，其中ks为结构的刚度系数，cs为结构的阻尼系数，ms为结构的质量。
13、更进一步地，所述建筑力学参数采集模块对于极限强度的采集通过应力传感器和应变传感器，监测建筑结构在荷载作用t下的应力σ(t)和应变∈(t)状态，以评估其极限强度其中k是强度系数，反应应变对极限强度的影响，t为监测的时间周期。
14、更进一步地，所述建筑力学参数采集模块对于钢筋损伤程度值的采集通过检测钢筋在建筑结构中的损伤数量，计算钢筋损伤程度值dr为其中nd为损伤钢筋数量，nt为总钢筋数量。
15、更进一步地，所述刚性指数分析模块对于刚性指数的计算综合考虑地震荷载值、极限强度和钢筋损伤程度值的因素，以全面反映建筑结构的整体刚度和抵抗变形的能力，根据建筑力学参数采集模块采集的建筑力学数据计算刚性指数ri，即其中k为损伤系数，cs为结构系数，dr为钢筋损伤程度值，fu为极限强度，pe为地震荷载值。
16、更进一步地，所述图像特征提取模块将采集的混凝土表面特征图像输入训练好的安全监测模型中，通过安全监测模型的卷积层和池化层进行特征提取，得到多个特征图，从特征图中提取特征值，利用提取的第i个特征值xi，计算损失函数l为：其中n表示不同类型图像特征的数量，wi为第i种图像特征的权重系数，fi(xi)为第i种图像特征的函数表示。
17、更进一步地，所述综合分析模块将刚性指数分析模块计算得到的刚性指数ri和图像特征提取模块的损失函数l，通过融合得出损失特征值lf，其融合公式为：其中rimin和rimax分别为刚性指数的最小值和最大值，lmin和lmax分别为损失函数的最小值和最大值，ω1和ω2为融合权重系数，且满足ω1+ω2＝1，用于调整刚性指数和损失函数在融合过程中的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种建筑结构安全风险评估系统，其特征在于，该系统包括建筑力学参数采集模块、刚性指数分析模块、图像特征提取模块、综合分析模块、风险评估模块；
2.根据权利要求1所述的一种建筑结构安全风险评估系统，其特征在于，所述建筑力学参数采集模块对于地震荷载值的采集利用地震监测仪，精确测量建筑结构在地震作用下所承受的荷载值，捕捉到不同强度和频率的地震波所产生的荷载变化，即地震监测仪采集到的地震波加速度时间序列为a(t)，其中t表示时间，通过对加速度进行两次积分来计算位移d(t)，对加速度进行一次积分得到速度，对速度进行一次积分得到位移d(t)＝∫v(t)dt+d0，其中d0为初始位移，地震荷载值Pe与位移、速度和加速度之间为：Pe＝ksd(t)+csv(t)+msa(t)，其中ks为结构的刚度系数，cs为结构的阻尼系数，ms为结构的质量。
3.根据权利要求1所述的一种建筑结构安全风险评估系统，其特征在于，所述建筑力学参数采集模块对于极限强度的采集通过应力传感器和应变传感器，监测建筑结构在荷载作用T下的应力σ(T)和应变∈(T)状态，以评估其极限强度其中k是强度系数，反
4.根据权利要求1所述的一种建筑结构安全风险评估系统，其特征在于，所述建筑力学参数采集模块对于钢筋损伤程度值的采集通过检测钢筋在建筑结构中的损伤数量，计算钢筋损伤程度值Dr为其中Nd为损伤钢筋数量，Nt为总钢筋数量。
5.根据权利要求1所述的一种建筑结构安全风险评估系统，其特征在于，所述刚性指数分析模块对于刚性指数的计算综合考虑地震荷载值、极限强度和钢筋损伤程度值的因素，以全面反映建筑结构的整体刚度和抵抗变形的能力，根据建筑力学参数采集模块采集的建筑力学数据计算刚性指数RI，即其中k为损伤系数，Cs为结构系数，Dr为钢筋损伤程度值，fu为极限强度，Pe为地震荷载值。
6.根据权利要求1所述的一种建筑结构安全风险评估系统，其特征在于，所述图像特征提取模块将采集的混凝土表面特征图像输入训练好的安全监测模型中，通过安全监测模型的卷积层和池化层进行特征提取，得到多个特征图，从特征图中提取特征值，利用提取的第i个特征值xi，计算损失函数L为：其中n表示不同类型图像特征的数量，wi为第i种图像特征的权重系数，fi(xi)为第i种图像特征的函数表示。
7.根据权利要求1所述的一种建筑结构安全风险评估系统，其特征在于，所述综合分析模块将刚性指数分析模块计算得到的刚性指数RI和图像特征提取模块的损失函数L，通过融合得出损失特征值LF，其融合公式为：其中RImin和RImax分别为刚性指数的最小值和最大值，Lmin和Lmax分别为损失函数的最小值和最大值，ω1和ω2为融合权重系数，且满足ω1+ω2＝1，用于调整刚性指数和损失函数在融合过程中的相对重要性。
8.根据权利要求1所述的一种建筑结构安全风险评估系统，其特征在于，所述风险评估模块将综合分析模块得出的损失特征值LF与损伤特征值阈值T进行对比，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种建筑结构安全风险评估系统，其特征在于，该系统包括建筑力学参数采集模块、刚性指数分析模块、图像特征提取模块、综合分析模块、风险评估模块；
2.根据权利要求1所述的一种建筑结构安全风险评估系统，其特征在于，所述建筑力学参数采集模块对于地震荷载值的采集利用地震监测仪，精确测量建筑结构在地震作用下所承受的荷载值，捕捉到不同强度和频率的地震波所产生的荷载变化，即地震监测仪采集到的地震波加速度时间序列为a(t)，其中t表示时间，通过对加速度进行两次积分来计算位移d(t)，对加速度进行一次积分得到速度，对速度进行一次积分得到位移d(t)＝∫v(t)dt+d0，其中d0为初始位移，地震荷载值pe与位移、速度和加速度之间为：pe＝ksd(t)+csv(t)+msa(t)，其中ks为结构的刚度系数，cs为结构的阻尼系数，ms为结构的质量。
3.根据权利要求1所述的一种建筑结构安全风险评估系统，其特征在于，所述建筑力学参数采集模块对于极限强度的采集通过应力传感器和应变传感器，监测建筑结构在荷载作用t下的应力σ(t)和应变∈(t)状态，以评估其极限强度其中k是强度系数，反应应变对极限强度的影响，t为监测的时间周期。
4.根据权利要求1所述的一种建筑结构安全风险评估系统，其特征在于，所述建筑力学参数采集模块对于钢筋损伤程度值的采集通过检测钢筋在建筑结构中的损伤数量，计算钢筋损伤程度值dr为其中nd为损伤钢筋数量，nt为总钢筋数量。
5.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：王斌磊，侯晋芳，刘爱民，赵一飞，姜晓天，
申请(专利权)人：中交天津港湾工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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