一种用于桥梁施工风险D-S证据融合的基于FME构建BPAs的方法

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，具体为一种用于桥梁施工风险D-S证据融合的基于FME构建BPAs的方法。

背景技术

FME(模糊元法)是一种基于模糊集理论和物元分析理论的数据处理方法。FME通过关联函数从定性和定量两方面客观、准确地描述事物的本质，明确解释了事物与数量的内在关系及其变化规律。它体现了信息表达、获取和推理过程中的模糊性和不相容性，是一种有效的多因素评价方法。

在众多的信息和数据融合方法中，D-S证据理论具有自适应、灵活的算法，能够进行不确定性推理，融合来自多个来源的充满随机性、模糊性和不确定性的异构数据。D-S证据理论基于“证据主体”和“融合”，具有处理不确定信息的能力。它已经被广泛用于各种领域，如在可能不完整、不准确的数据的基础上做出决策的系统。

目前D-S证据理论广泛应用于融合多源异质数据方面，但仍有必须解决的局限性：①传统的Dempster法(D-S法)无法处理高度矛盾的证据，可能导致意外和与直觉相悖的结果。②D-S证据理论的有效应用在很大程度上取决于生成BPA(基本概率分配(Basicprobability assignment，指的是计算辨识框架Θ中每一条证据的基本概率的过程，这-过程用基本概率分配函数，又叫mass函数或m函数来完成。)，其本质上是一个围绕一组随机变量的分布建模问题。BPA的构建通常与它们的应用密切相关。BPAs(一个证据源的基本概率分配函数，就是该证据源在向量空间上的向量)决定了过程的模糊性和随机性，因此构造BPAs是一个关键问题。③由于测量误差和人致主观因素，观察到的数据及多源证据可能存在不可避免的偏差或误差。

BPAs的构建是D-S证据理论应用中一个具有挑战性的问题。施工过程中所涉及的多源异质风险因素指标之间存在模糊相关性，例如：不同工人的经验和地位影响机械运行的风险；不同的机械操作方法等因素也会影响施工风险。同时，这种相关性具有不确定性，传统的数据分析方法难以对其进行评价。因此目前亟需一种优质的考虑数据模糊相关性的BPAs构建方法。

发明内容

为解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供一种用于桥梁施工风险D-S证据融合的基于FME构建BPAs的方法，

本发明采用的技术方案是：

一种用于桥梁施工风险D-S证据融合的基于FME构建BPAs的方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：

S1：基于FME构建BPAs；

S11，收集在桥梁工程建设中的多源异构数据信息；

S12，在建筑信息模型BIM中储存和处理数据，并识别影响因素C＝{C

S13，基于FME的模糊化与隶属度函数，构建BPAs m(A)＝{m

S2：融合多源证据；

S3：基于BIM评估风险；

S31，将进行了多源数据融合后的数据输入BIM程序中进行检验，判断是否所有证据均被融合；

S32，若判定所有证据均被融合，则融合结束，输出结果；若判定并未将所有证据融合，则返回步骤S2重新建立证据集，进行二次融合，直至证据全部融合。

进一步的，所述步骤S2具体包括：

S21，根据所述步骤S13构建的BPAs建立D-S证据集E＝{E

S22，计算冲突系数K，并置阈值ξ以检测证据冲突；

S23，若检测到高冲突，即K>ξ，则采用加权平均法融合高冲突证据；否则采用Dempster法(D-S法)进行证据融合。

进一步的，在步骤S12中，若定义Θ是识别框架，将任意对象视为系统，则Θ＝{θ

其中，对于

进一步的，为了更有效地整合信息，建立一系列质量函数，通过Dempster法融合多源信息，两个证据主体的Dempster法定义如式(3)所示：

其中，m

进一步的，在步骤S23中，所述加权平均法的定义如式(4)所示：

其中，ω

m

m

m

进一步的，所述FME中，定义关系S＝(A,C,X)被定义为三元素集，其中A是物元，C为识别影响因素，是A的特征；X是C的值；C反映了物质元素A的一个特定方面，因此A可以有C

其中，G

进一步的，所述物元A被分成M个离散状态，那么X在不同状态下的测量就成为一个模糊问题，S

其中，S

进一步的，考虑涉及多个变量C

其中，f

其中，R表示下界，L表示上界，x

进一步的，计算得到的x

其中，m

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)本发明基于FME构建BPAs，并以此建立D-S证据集，利用模糊隶属度，充分考虑了施工过程中所涉及的多源异质风险因素指标之间存在模糊相关性。

(2)本发明中m(A)反映了证据体对A的支持程度，但它不是A的任何特定子集，因此表明了A本身的确切可靠性。

(3)本发明为了更有效地整合信息，D-S证据理论建立了一系列质量函数。尽管在不确定性推理方面表现出色，传统的Dempster法在进行证据融合时不可避免地存在缺陷，且通常有违反直觉的情况发生。一般而言，冲突系数K<1；然而，当冲突系数K非常接近1时，Dempster法将导致反直觉问题。当K1,2＝1，证据主体完全冲突，这意味着Dempster法失效。为了解决反直觉问题，本文的方法和系统采用了混合FME的证据融合法。设置阈值ξ以检测证据冲突。如果检测到高冲突(即K>ξ)，则采用加权平均规则融合高冲突证据，否则采用Dempster规则进行证据融合。

(5)本发明将进行了多源数据融合后的数据输入BIM程序中进行检验，充分利用了BIM在信息集成上的作用，为后续BIM平台风险可视化动态分析开辟了道路。

(6)本发明个人风险因素被进一步划分为从I到V五个范围，各指标等级的具体数值范围根据施工现场规范划分，并进行进行了归一化处理。避免了由于工程建设时环境的复杂性，导致的各种影响因素区间识别上的模糊。解决传统方法指标不兼容的问题。

(7)本发明通过信息收集，在BIM中进行数据的储存和处理，并识别影响因素C＝{C

(8)本发明根据构建的BPAs建立D-S证据集E＝{E

附图说明

图1是基于FME和证据融合的桥梁建造风险流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合示例性实施例来详细说明本发明。

参考图1，本发明的一种用于桥梁施工风险D-S证据融合的基于FME构建BPAs的方法，所述方法具体包括如下步骤：

S1：基于FME构建BPAs；

具体的，步骤S1的具体流程如下：

S11，收集在桥梁工程建设中的多源异构数据信息；

S12，在建筑信息模型BIM中储存和处理数据，并识别影响因素C＝{C

S13，基于FME的模糊化与隶属度函数，构建BPAs m(A)＝{m

S2：融合多源证据；

S3：基于BIM评估风险；

具体的，步骤S3的具体流程如下：

S31，将进行了多源数据融合后的数据输入BIM程序中进行检验，判断是否所有证据均被融合；

S32，若判定所有证据均被融合，则融合结束，输出结果；若判定并未将所有证据融合，则返回步骤S2重新建立证据集，进行二次融合，直至证据全部融合。

在一种实施例中，所述步骤S2具体包括：

S21，根据所述步骤S13构建的BPAs建立D-S证据集E＝{E

S22，计算冲突系数K，并置阈值ξ以检测证据冲突；

S23，若检测到高冲突，即K>ξ，则采用加权平均法融合高冲突证据；否则采用Dempster法(D-S法)进行证据融合。

在一种实施例中，在步骤S12中，若定义Θ是识别框架，将任意对象视为系统，则Θ＝{θ

其中，对于

在一种实施例中，为了更有效地整合信息，建立一系列质量函数，通过Dempster法融合多源信息，两个证据主体的Dempster法定义如式(3)所示：

其中，m

在一种实施例中，在步骤S23中，所述加权平均法的定义如式(4)所示：

其中，ω

m

m

m

在一种实施例中，所述FME中，定义关系S＝(A,C,X)被定义为三元素集，其中A是物元，C为识别影响因素，是A的特征；X是C的值；C反映了物质元素A的一个特定方面，因此A可以有C

其中，G

在一种实施例中，对于具体对象，可根据实际需要将物元A离散为不同状态。特别是在风险评估中，在不同的风险条件下确定不同的标准至关重要。例如，风险的严重性由轻到重可分为I、II、III、IV、V五个等级。从这个意义上讲，如果一个物质元素A被分成M个离散状态，那么X在不同状态下的测量就成为一个模糊问题。因此，S

具体的，所述物元A被分成M个离散状态，那么X在不同状态下的测量就成为一个模糊问题，S

其中，S

在一种实施例中，考虑涉及多个变量C

其中，f

其中，R表示下界，L表示上界，x

在一种实施例中，计算得到的x

其中，m

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。