1.本发明涉及高速公路安全管理技术领域，尤其是涉及一种用于高速公路危险源数据关联性分析的数据处理方法。
背景技术：2.目前，国内公路建设者未从建设初期考虑后期养护问题，对危险源数据间关联关系考虑不足，使得养护期产生检测、维养不便利，对交通干扰大，运营期公路病害频发等问题。
3.建养一体化设计作为评价指标之一，对高速公路安全管理具有重要意义。
4.所述建养一体化管理理念需要关注数据间不可分割性，从建设初期考虑后期养护问题。然而，结合相关研究现状，现有的高速公路建设项目中尚未关注数据间关联性，缺乏关联数据处理方法。
技术实现要素：5.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供了一种用于高速公路危险源数据关联性分析的数据处理方法。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.根据本发明的第一方面，提供了一种用于高速公路危险源数据关联性分析的数据处理方法，该方法包括以下步骤：
8.步骤s1、获取高速公路工程建设需求数据；
9.步骤s2、结合属性拓扑理论，选定待评价对象及其所属属性集，通过数据分类与数据描述构造形式背景；
10.步骤s3、对形式背景进行预处理，并转化得到邻接矩阵与关联矩阵；
11.步骤s4、利用邻接矩阵绘制初始属性拓扑图，并基于初始属性不断更新，直至分析出所有因果关系，得到最终的数据关联性可视化推断结果。
12.优选地，所述步骤s1中的高速公路工程建设需求数据包括高速公路建设期施工危险源数据、施工质量控制指标数据、高速公路建筑功能属性数据以及运营期危险源数据。
13.优选地，所述步骤s2中的属性集包括建设期危险源属性、质量控制指标、建筑功能属性和运营期危险属性。
14.优选地，所述步骤s3中对形式背景进行预处理包括约简全局对象与全局属性。
15.优选地，所述形式背景的数学表达式为k:＝(g,m,i)，其中，g为形式背景中的对象集合，m为属性集合，i表示g与m间的关系；所述形式背景各属性间包括相容关系、包含关系和互斥关系。
16.优选地，所述步骤s4具体包括以下子步骤：
17.步骤s4.1、基于邻接矩阵构建初始属性拓扑图，将属性的对应对象集以权重的形式标示在属性上；
18.步骤s4.2、选取初始属性，更新数据与形式背景，并不断更新属性拓扑图，直至分析出得到所有因果关系，得到最终的数据关联性可视化推断结果.
19.优选地，所述步骤s4.2中的初始属性为属性拓扑图中对应对象集最少的属性。
20.优选地，所述形式背景各属性间的相容关系、包含关系和互斥关系，在属性拓扑图中分别体现为双向箭头、单向箭头以及无连接。
21.根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现任一项所述的方法。
22.根据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现任一项所述的方法。
23.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
24.1)本发明针对未从建设期考虑后期养护问题导致高速公路建养一体化不足，所采用的数据关联性分析方法将高速公路从建设期到运营期的安全管理目标统筹兼顾，打破了安全管理过程中信息孤岛；
25.2)本发明方法所得的属性拓扑图分析结果便于高速公路决策管理，有利于从源头管控施工危险源。
附图说明
26.图1为本发明的方法流程图；
27.图2为属性拓扑图；
28.图3为因果关系可视化推断示意图；
29.图4为实施例中的初始属性拓扑图；
30.图5为实施例中第一次更新的属性拓扑图；
31.图6为实施例中的第二次的更新属性拓扑图；
32.图7为实施例中的最终属性拓扑图。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
34.实施例
35.本实施例给出了一种用于高速公路危险源数据关联性分析的数据处理方法，包括：首先，对数据进行预处理，筛选重复与冗余信息；然后，依据净化后的形式背景得出邻接矩阵与关联矩阵，再根据数据伴生关系与因果推断原理绘制拓扑图，初始拓扑图最为复杂，需要选取初始属性完成数据与形式背景更新过程，每次更新，拓扑图也不断更新，直至所有因果关系被分析出为止。
36.如图1所示，本实施例给出的数据处理方法具体包括以下步骤：
37.步骤一：危险源数据收集。
38.收集公路项目相关资料，并对公路项目沿线施工现场进行调研，得到各单位工程
施工危险源，如工程设计资料(地质勘查资料、设计方案与图纸、施工组织设计和施工方案等)、法律法规性文件(主要是与施工相关的国家及行业标准性文件和技术章程)、企业自身安全管理方法等系统性文件与其他方面的资料等。
39.步骤二：通过数据分类与数据描述构造形式背景。
40.结合现代安全科学管理理论，将施工危险源数据分为四类：人的因素、物的因素、环境因素、管理因素。其中，人的因素主要指人的违背设计原理、操作规则，导致系统产生故障，发生事故的不当行为，主要分为两类，即导致信息、信号误判，工具拿错、材料使用错误等的随机失误以及系统失误；物的因素主要指机械设备、工具、设施等所处状态不符合安全要求导致的不安全状态以及机械设备故障导致无法正常施工的物的失效状态。
41.所述数据分类依据标准与规范，以及运营期服务性质的大数据调查数据支持主要指jtg f40-2004公路沥青路面施工技术规范、jtg b01-2003公路工程技术标准、jtg d62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范、jtg e60-2008公路路基路面现场测试规程、jtg f30-2003水泥混凝土路面施工技术规范、jtgd50-2004沥青路面设计规范、jtgf80(1)-2004公路工程质量检验评定标准与《公路水路行业安全生产风险辨识评估管控基本规范(试行)》等。
42.形式背景是形式概念的研究对象，也是形式概念分析的数据表达方式，可表示为形式背景的数学表达式为k:＝(g,m,i)，其中，g为形式背景中的对象集合，m为属性集合，i表示g与m间的关系；所述形式背景各属性间包括相容关系、包含关系和互斥关系。
43.接下来结合表1～表4对本发明所述的形式背景进行解释说明。
44.表1为以简单形式背景，其中属性a与属性d间为互斥关系。
45.表1
[0046] abcd1
×ꢀ×ꢀ2××ꢀꢀ3ꢀ×ꢀ×
[0047]
表2为形式背景1，表3为预处理后形式背景。
[0048]
表2
[0049] abcd1
×××ꢀ2××××3×ꢀ××4××ꢀ×
[0050]
表3
[0051] bcd1
××ꢀ3ꢀ××4×ꢀ×
[0052]
表4为形式背景2，附图2为表4形式背景对应拓扑图。
[0053]
表4
[0054][0055][0056]
步骤三：数据预处理。
[0057]
数据预处理主要约简全局属性与全局对象。所述的全局对象是指，某特定属性对待评价对象全覆盖，所述的全局对象是指某特定待评价对象对四类属性实现全覆盖。
[0058]
邻接矩阵的建立过程就是明确各属性间关联关系，分为相容、互斥与包容关系。
[0059]
由表4构建属性拓扑图如附图2所示，此图可直接观察形式背景中各属性间关系。如属性a与b间为双向箭头，属相容关系；属性b与d间为单向箭头，属包含关系；属性c与d间无相连关系，属互斥关系。
[0060]
步骤四：数据关联性可视化推断。
[0061]
对附图2进行因果关系可视化推断如附图2，其数据关联性的因果推断需依据形式背景的假设，并确定彼此之间的因果关系与伴生属性。
[0062]
属性拓扑图所描述的对象是形式背景，属性拓扑图的更新过程将省略形式背景的更新表达。
[0063]
可选地，需对初始属性的选取作出说明：在属性拓扑图的更新过程中，对初始属性的选取是随机的，但为防止连带删除具有因果关系中的“因”属性时导致的因果推断结果缺失，遍历次数复杂化后果，而将对应对象集最少的属性作为初始属性。
[0064]
下文通过具体案例对数据关联性分析方法进行说明。
[0065]
对于步骤一中，从某省某高速公路项目中选取五座大桥的数据作为分析基础，结合项目相关工程资料，查阅规范与文献，奠定数据基础。
[0066]
对于步骤二中，针对河南某高速公路项目中桥面施工危险源数据，从施工现场实时收集建设期与运营期危险源数据，查取对应的安全施工标准以及高速公路用户对运营期高速公路的建筑功能要求相关信息数据，得出的危险源数据分类依据见下表5，针对桥面铺装施工工序，所选取的五座大桥的危险源数据所建立的属性拓扑形式背景见表6。
[0067]
表5
[0068][0069][0070]
表6
[0071][0072]
其中，4类属性的具体含义如下：
[0073]
a：a
11
施工人员经验不足；a
12
整平机故障，未及时维修保养；
[0074]
b：b
11
施工前，未检查箱梁顶面是否平整、粗糙、干燥、整洁；b
12
未使用整平机进行压平和测量；b
13
整平机行走轮下的轨道平面和高程控制点未顺桥向每1.25m设1个点，未控制调平层的平面位置与高程；b
14
混凝土摊铺完毕后，整平机的振动整平速度大于3m/min；
[0075]
c：c
11
承载力不足；c
12
稳定性不足；c
13
施工安全性与交通安全性不足；d
11
水泥用量过度导致水化反映剧烈，促使体积缩小；
[0076]
d：d
12
混凝土构件表层由于养护不当，表层失水、干缩所造成的收缩裂缝；d
13
徐变及支座变位。
[0077]
所述的形式背景是指，对于随机选取的大桥桥面铺装施工中的数据，针对建设期危险源属性、质量控制指标、建筑功能属性、运营期危险源属性的四类属性特征，实际存在的属性在表6中打勾。
[0078]
步骤三中需进行数据预处理，约简全局对象与全局属性，而对于表6中形式背景不需要这个步骤。
[0079]
对于步骤四，依据形式背景所建立的邻接矩阵见表7。
[0080]
表7
[0081][0082][0083]
所述邻接矩阵的建立，用途主要在于便于拓扑图的构建，对于步骤四中初始拓扑的构建，将属性的对应对象集以权重的形式标示在属性上，针对表6中形式背景及表7中邻接矩阵构建原始拓扑图，见附图4～图7。
[0084]
对于步骤五中，可视化因果推断结果如下所示，因果关系基本满足建设期危险源
属性
→
质量属性
→
建筑功能属性
→
运营期危险源属性，且符合工程建设逻辑。
[0085]
1)选取a
12
：a
12
整平机故障，未及时维修保养
→b13
整平机行走轮下的轨道平面和高程控制点未顺桥向每1.25m设1个点，未控制调平层的平面位置与高程；c
12
稳定性不足，d
13
徐变及支座变位；
[0086]
2)选取a
11
：a
11
施工人员经验不足
→b14
混凝土摊铺完毕后，整平机的振动整平速度大于3m/min，c
13
施工安全性与交通安全性不足；
[0087]
3)选取a
11
：c
11
承载力不足，d
11
水泥用量过度导致水化反映剧烈，促使体积缩小，d
12
混凝土构件表层由于养护不当，表层失水、干缩所造成的收缩裂缝
→a11
施工人员经验不足；
[0088]
4)选取b
11
，b
12
：c
11
承载力不足，d
11
水泥用量过度导致水化反映剧烈，促使体积缩小，d
12
混凝土构件表层由于养护不当，表层失水、干缩所造成的收缩裂缝
→b11
施工前，未检查箱梁顶面是否平整、粗糙、干燥、整洁，b
12
未使用整平机进行压平和测量；
[0089]
5)选取a
12
，d
12
：c
11
承载力不足，d
11
水泥用量过度导致水化反映剧烈，促使体积缩小
→a12
整平机故障，未及时维修保养，d
12
混凝土构件表层由于养护不当，表层失水、干缩所造成的收缩裂缝。
[0090]
本发明电子设备包括中央处理单元(cpu)，其可以根据存储在只读存储器(rom)中的计算机程序指令或者从存储单元加载到随机访问存储器(ram)中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在ram中，还可以存储设备操作所需的各种程序和数据。cpu、rom以及ram通过总线彼此相连。输入/输出(i/o)接口也连接至总线。
[0091]
设备中的多个部件连接至i/o接口，包括：输入单元，例如键盘、鼠标等；输出单元，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元，例如磁盘、光盘等；以及通信单元，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元允许设备通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
[0092]
处理单元执行上文所描述的各个方法和处理，例如方法s1～s4。例如，在一些实施例中，方法s1～s4可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom和/或通信单元而被载入和/或安装到设备上。当计算机程序加载到ram并由cpu执行时，可以执行上文描述的方法s1～s4的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，cpu可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法s1～s4。
[0093]
本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、芯片上系统的系统(soc)、负载可编程逻辑设备(cpld)等等。
[0094]
用于实施本发明的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
[0095]
在本发明的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可
读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
[0096]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
技术特征：1.一种用于高速公路危险源数据关联性分析的数据处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤s1、获取高速公路工程建设需求数据；步骤s2、结合属性拓扑理论，选定待评价对象及其所属属性集，通过数据分类与数据描述构造形式背景；步骤s3、对形式背景进行预处理，并转化得到邻接矩阵与关联矩阵；步骤s4、利用邻接矩阵绘制初始属性拓扑图，并基于初始属性不断更新，直至分析出所有因果关系，得到最终的数据关联性可视化推断结果。2.根据权利要求1所述的一种用于高速公路危险源数据关联性分析的数据处理方法，其特征在于，所述步骤s1中的高速公路工程建设需求数据包括高速公路建设期施工危险源数据、施工质量控制指标数据、高速公路建筑功能属性数据以及运营期危险源数据。3.根据权利要求2所述的一种用于高速公路危险源数据关联性分析的数据处理方法，其特征在于，所述步骤s2中的属性集包括建设期危险源属性、质量控制指标、建筑功能属性和运营期危险属性。4.根据权利要求1所述的一种用于高速公路危险源数据关联性分析的数据处理方法，其特征在于，所述步骤s3中对形式背景进行预处理包括约简全局对象与全局属性。5.根据权利要求1所述的一种用于高速公路危险源数据关联性分析的数据处理方法，其特征在于，所述形式背景的数学表达式为k:＝(g,m,i)，其中，g为形式背景中的对象集合，m为属性集合，i表示g与m间的关系；所述形式背景各属性间包括相容关系、包含关系和互斥关系。6.根据权利要求5所述的一种用于高速公路危险源数据关联性分析的数据处理方法，其特征在于，所述步骤s4具体包括以下子步骤：步骤s4.1、基于邻接矩阵构建初始属性拓扑图，将属性的对应对象集以权重的形式标示在属性上；步骤s4.2、选取初始属性，更新数据与形式背景，并不断更新属性拓扑图，直至分析出得到所有因果关系，得到最终的数据关联性可视化推断结果。7.根据权利要求6所述的一种用于高速公路危险源数据关联性分析的数据处理方法，其特征在于，所述步骤s4.2中的初始属性为属性拓扑图中对应对象集最少的属性。8.根据权利要求6所述的一种用于高速公路危险源数据关联性分析的数据处理方法，其特征在于，所述形式背景各属性间的相容关系、包含关系和互斥关系，在属性拓扑图中分别体现为双向箭头、单向箭头以及无连接。9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1～8任一项所述的方法。10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1～8中任一项所述的方法。
技术总结本发明涉及一种用于高速公路危险源数据关联性分析的数据处理方法，该方法包括以下步骤：步骤S1、获取高速公路工程建设需求数据；步骤S2、结合属性拓扑理论，选定待评价对象及其所属属性集，通过数据分类与数据描述构造形式背景；步骤S3、对形式背景进行预处理，并转化得到邻接矩阵与关联矩阵；步骤S4、利用邻接矩阵绘制初始属性拓扑图，并基于初始属性不断更新，直至分析出所有因果关系，得到最终的数据关联性可视化推断结果。与现有技术相比，本发明将高速公路从建设期到运营期的安全管理目标统筹兼顾，打破了安全管理过程中信息孤岛，便于高速公路的建养一体化管理。便于高速公路的建养一体化管理。便于高速公路的建养一体化管理。
技术研发人员：周洪文 董文君 冯鑫淼
受保护的技术使用者：上海应用技术大学
技术研发日：2022.05.19
技术公布日：2022/11/1
