CN118094415B - 基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及桥梁养护领域，具体涉及基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策方法及***。本发明所提供桥梁网络养护决策方法，包括如下步骤：获取桥梁服役数据，所述桥梁服役数据包括桥梁在不同状态等级的平均服役时长和碳化系数；在全寿命服役周期内，设置桥梁养护参数，所述桥梁养护参数包括多个养护时间节点，并结合桥梁服役数据和多个养护时间节点，预测养护措施下桥梁在全寿命服役周期内的总碳化深度；设置碳化深度阈值，根据所述碳化深度阈值与所述总碳化深度的比较结果，调整桥梁养护参数使得在全寿命服役周期内的总碳化深度小于所述碳化深度阈值。本发明能够为城市桥梁养护管理提供有效的预防式管理策略和管理决策工具。

Description

基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策方法及***

技术领域

本发明涉及桥梁养护领域，具体涉及基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策方法及***。

背景技术

随着桥梁服役时长增加，桥梁服役条件逐渐恶化，桥梁“老龄化”程度逐渐加深，致使桥梁耐久性问题逐渐突出，安全事故日益增多。桥梁作为道路基础设施网络中的关键节点，路网的平稳运行与安全通畅很大程度取决于桥梁的安全耐久水平。

当前，桥梁养护管理策略通常为“反应式维修”策略，并且桥梁养护的预防性养护时机与效益的研究也仅是单方面考虑桥梁使用性能衰变规律或者耐久性退化规律，未能考虑桥梁使用性能衰变规律和耐久性退化规律之间的相关性。

在桥梁养护管理中，通常要求中、小型桥梁在不经大中修养护的干预，进行日常养护和小修维修，使其保证在服役年限内其技术状况满足正常使用的安全需求，因此，选择合适的时机对桥梁采取适当预防性养护措施，以保证桥梁的使用性能和耐久性状况始终处于较好状态，对于运营管理具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足以及实际应用的需求，本发明提供的一种基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策方法及***，旨在为桥梁养护管理提供有效的预防性养护策略和管理决策工具，以改善桥梁的养护管理水平，提高交通基础设施的安全耐久和可持续发展能力。

第一方面，本发明提供的基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策方法，包括如下步骤：获取桥梁服役数据，所述桥梁服役数据包括桥梁在不同状态等级的平均服役时长和碳化系数；在全寿命服役周期内，设置桥梁养护参数，所述桥梁养护参数包括多个养护时间节点，并结合所述桥梁服役数据和多个养护时间节点，预测养护措施下桥梁在全寿命服役周期内的总碳化深度；设置碳化深度阈值，根据所述碳化深度阈值与所述总碳化深度的比较结果，调整所述桥梁养护参数，使得在全寿命服役周期内的总碳化深度小于所述碳化深度阈值。

本发明所提供的基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策方法，其增益在于：本发明通过桥梁的服役数据和设置的养护参数来预测桥梁在全寿命服役周期内的碳化深度，并通过预测结果设定的碳化深度阈值调整养护参数，以保持桥梁的良好状态并降低安全风险。相比传统的“反应式维修”策略，本发明能够在全寿命服役周期内设置合适的养护时间节点，进而实现主动的“预防性养护”措施，以保证桥梁的使用性能和耐久性状况始终处于较好状态，从而降低运营管理成本，延长桥梁的安全服役时间。

可选地，所述桥梁养护参数还包括养护成本，所述调整所述桥梁养护参数，还包括如下步骤：设置养护成本阈值，汇总各个养护时间节点的养护成本，获取全寿命服役周期内桥梁的总养护成本，并根据所述养护成本阈值与所述总养护成本的比较结果，调整所述桥梁养护参数，使得在全寿命服役周期内的总养护成本小于所述养护成本阈值。本发明通过在桥梁全寿命周期内实现养护成本的控制和优化，可以有效降低运营管理的成本开支，提高资源利用效率，有助于提升实现桥梁养护管理的经济性。

可选地，获取桥梁在不同状态等级的平均服役时长，包括如下步骤：获取不同桥梁在不同状态等级的服役时长数据，并利用所述服役时长数据拟合桥梁在不同状态等级下服役时长的韦伯分布概率密度函数，并通过所述韦伯分布概率密度函数获得韦伯分布形状参数和韦伯分布规模参数；基于所述韦伯分布形状参数和所述韦伯分布规模参数，构建不同状态等级下的平均服役时长预测模型，所述平均服役时长预测模型满足如下等式：，其中，/>表示桥梁在状态等级i的平均期望服役时长，/>表示自然常数，/>表示i状态等级下服役时长的韦伯分布概率密度函数对应的韦伯分布形状参数，表示i状态等级下服役时长的韦伯分布概率密度函数对应的韦伯分布规模参数；利用所述平均服役时长预测模型，获得桥梁在不同状态等级下的平均服役时长。本发明所提供的基于韦伯分布概率密度函数的平均服役时长预测模型，能够为桥梁养护决策提供更为科学有效的数据支持，有助于优化桥梁管理和维护策略。

可选地，获取桥梁在不同状态等级的碳化系数，包括如下步骤：获取桥梁碳化深度检测数据，所述桥梁碳化深度检测数据包括不同桥梁在不同服役时长下的碳化深度数据；利用所述桥梁碳化深度检测数据，拟合不同桥梁在不同服役时长下的碳化系数，所述碳化系数满足如下拟合模型：，其中，/>表示碳化深度，/>表示碳化系数，/>表示服役时长，/>表示环境影响指数；根据桥梁在不同状态等级下的平均服役时长，结合不同桥梁在不同服役时长下的碳化系数，获取桥梁在不同状态等级下碳化系数，桥梁在任一状态等级下碳化系数为不同桥梁在对应状态等级下平均碳化系数。

可选地，获取桥梁在不同状态等级的碳化系数，包括如下步骤：获取桥梁抗压强度检测数据，所述桥梁抗压强度检测数据包括不同桥梁在不同服役时长下的抗压强度数据；利用所述桥梁抗压强度检测数据，拟合不同桥梁在不同服役时长下的碳化系数，所述碳化系数满足如下拟合模型：，其中，/>表示碳化深度，/>表示第一回归参数，/>表示第二回归参数，/>表示抗压强度，/>表示环境影响指数；根据桥梁在不同状态等级下的平均服役时长，结合不同桥梁在不同服役时长下的碳化系数，获取桥梁在不同状态等级下碳化系数，桥梁在任一状态等级下碳化系数为不同桥梁在对应状态等级下平均碳化系数。

进一步可选地，其特征在于，所述获取桥梁在不同状态等级下碳化系数，还包括如下步骤：利用桥梁在不同状态等级下平均碳化系数和平均服役时长，通过碳化系数校正模型校正桥梁在不同状态等级下碳化系数，所述碳化系数校正模型满足如下等式：，其中，/>属于正整数，/>表示桥梁在全寿命服役周期内的状态等级，/>表示桥梁在状态等级1时的即时平均碳化系数，/>表示桥梁在状态等级1时的平均碳化系数，/>表示桥梁在状态等级N时的即时平均碳化系数，/>表示桥梁在状态等级N时的平均碳化系数，/>表示桥梁在状态等级j时的即时平均碳化系数，/>表示桥梁在状态等级N时的平均服役时长，/>表示环境影响指数。本发明所提供的碳化系数校正模型，能够有效校准不同状态等级下的碳化系数，有助于更准确地评估桥梁在不同状态下的碳化情况，以便制定有效的养护策略。

可选地，所述结合所述桥梁服役数据和多个养护时间节点，预测养护措施下桥梁在全寿命服役周期内的总碳化深度，包括如下步骤：在全寿命服役周期内，根据桥梁在不同状态等级的平均服役时长和碳化系数，分别获取桥梁从投入使用至第一个养护时间节点间的第一碳化深度、任两个相邻养护时间节点间的第二碳化深度以及最后一个养护时间节点至服役周期结束间的第三碳化深度；汇总所述第一碳化深度、所述第二碳化深度以及第三碳化深度，获得养护措施下桥梁在全寿命服役周期内的总碳化深度。

进一步可选地，养护措施下桥梁在全寿命服役周期内的总碳化深度，满足如下计算模型：，其中，/>表示总碳化深度，/>表示总时间节点数量，当/>时，表示桥梁从投入使用至第一个养护节点间的第一碳化深度，当/>时，表示第/>个养护时间节点至第/>个养护时间节点间的第二碳化深度，当/>时，/>表示第/>个养护时间节点至服役周期结束间的第三碳化深度。本发明所提供的全寿命服役周期内总碳化深度的计算模型，能够为养护决策提供重要依据。

进一步可选地，任两个时间节点间的碳化深度，满足如下计算模型：，/>，其中，/>表示第/>个时间节点至第/>个时间节点间的碳化深度，/>表示第/>个时间节点，/>表示第/>个时间节点，/>表示桥梁在服役时长为t时对应的碳化系数，/>表示服役时长，/>表示环境影响指数，/>表示总时间节点数量。本发明所提供的任两个时间节点间的碳化深度的计算模型，能够为养护决策提供重要依据。

第二方面，本发明所提供的基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策***，包括输入设备、处理器、存储器和输出设备，所述输入设备、所述处理器、所述存储器和所述输出设备相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策方法。

本发明所提供的基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策***，其增益在于：本发明所提供的基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策***，通过计算机程序和处理器的执行，实现了桥梁养护决策过程的自动化和智能化，提高了决策的精确性和效率，能够帮助养护管理人员制定合理的养护策略，延长桥梁的寿命，提高安全性和可靠性。

附图说明

图1为本发明实施提供的基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策方法第一流程图；

图2为本发明实施提供的全寿命服役周期内的桥梁碳化深度时变示意图；

图3为本发明实施提供的全寿命服役周期内的桥梁碳化深度时变示意图；

图4为本发明实施提供的基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策方法第二流程图；

图5为本发明实施例所提供的基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策***结构图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。

在一个实施例中，请参见图1，图1为本发明实施提供的基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策方法第一流程图。如图1所示，本发明实施提供的基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策方法，包括如下步骤：

S01、获取桥梁服役数据，所述桥梁服役数据包括桥梁在不同状态等级的平均服役时长和碳化系数。

在本实施例中，为对目标区域内的桥梁实施预防式养护措施，步骤S01中所获得的桥梁服役数据来自该目标区域的桥梁网络。

在其他的一个或者一些实施例中，为对其他目标区域内的桥梁实施预防式养护措施，步骤S01中所获得的桥梁服役数据则来自对应的目标区域的桥梁网络。

可以理解的是，所述桥梁网络是指连接各个区域或者地点的桥梁所形成的网络，所述桥梁网络中具体包括但不限于公路桥梁、城市道路桥梁、铁路桥梁、城市轨道交通桥梁、高架桥梁、人行天桥等基于钢筋混凝土构件的桥梁。

进一步地，步骤S01中所述的获取桥梁服役数据，具体还包括如下步骤：评估不同桥梁在不同服役时长下的状态等级。其中，评估桥梁状态等级的评估标准包括但不限于现有评定标准以及根据实际情况制定评定标准。

在本实施例中，所选桥梁状态等级的评估标准基于《城市桥梁养护技术标准》（CJJ99-2017）设定。进一步地，任一座桥梁的状态等级的评估步骤如下：

S0111、根据桥面系中各个构件的表观损坏情况，评估桥面系中各个构件的第一构件技术状况指数，并结合桥面系中各个构件的第一构件技术状况指数和对应的第一构件权重，获得桥面系构件技术状况指数。

桥面系位于桥梁结构的上方，用于直接承载车辆和行人的荷载。桥面系的主要功能是提供行车和行人通行的平坦表面，并将荷载传递到桥梁的其他部分。桥面系主要包括桥面铺装、伸缩缝装置、人行道、栏杆护栏、排水***等构件。

在本实施例中，桥面系构件技术状况指数满足如下计算模型：，其中，/>表示桥梁网络中第i座桥梁的桥面系技术状况指数，/>表示桥梁网络中第i座桥梁的桥面系中的构件总数量，/>表示桥梁网络中第i座桥梁的桥面系中第j个构件的第一构件权重，/>表示桥梁网络中第i座桥梁的桥面系中第j个构件的第一构件技术状况指数。

可以理解的是，所述第一构件技术状况指数是对桥面系中每个构件的损坏情况进行评估后得出的指数。所述第一构件技术状况指数反映了桥面系中各个构件的健康状况，通常以数值形式表示，数值越高表示构件状况越好，数值越低表示构件状况越差。

S0112、根据上部结构中各个构件的表观损坏情况，评估上部结构中各个构件的第二构件技术状况指数，并结合上部结构中各个构件的第二构件技术状况指数和对应的第二构件权重，获得上部结构构件技术状况指数。

上部结构是指桥梁结构中位于桥面系之下，直接支撑和传递荷载到桥梁下部结构的部分。上部结构中各个构件主要负责承载行车荷载和其他外部荷载，并将这些荷载传递到桥梁的基础部分。上部结构主要包括主梁、横隔板和支座等构件

在本实施例中，上部结构构件技术状况指数满足如下计算模型：，其中，/>表示桥梁网络中第i座桥梁的上部结构构件技术状况指数，/>表示桥梁网络中第i座桥梁的上部结构中的构件总数量，表示桥梁网络中第i座桥梁的上部结构中第j个构件的第二构件权重，/>表示桥梁网络中第i座桥梁的上部结构中第j个构件的第二构件技术状况指数。

可以理解的是，所述第二构件技术状况指数是对上部结构中每个构件的损坏情况进行评估后得出的指数。所述第二构件技术状况指数反映了上部结构中各个构件的健康状况，同理，第二构件技术状况指数以数值形式表示，数值越高表示构件状况越好，数值越低表示构件状况越差。

S0113、根据下部结构中各个构件的表观损坏情况，评估下部结构中各个构件的第三构件技术状况指数，并结合下部结构中各个构件的第三构件技术状况指数和对应的第三构件权重，获得下部结构构件技术状况指数。

下部结构是指桥梁结构中支撑上部结构并将荷载传递到地基的部分。下部结构主要包括桥墩、桥台、墩台基础、耳背翼墙等构件。

在本实施例中，下部结构构件技术状况指数满足如下计算模型：，其中，/>表示桥梁网络中第i座桥梁的下部结构构件技术状况指数，/>表示桥梁网络中第i座桥梁的下部结构中的构件总数量，表示桥梁网络中第i座桥梁的下部结构中第j个构件的第三构件权重，/>表示桥梁网络中第i座桥梁的上部结构中第j个构件的第三构件技术状况指数。

可以理解的是，所述第三构件技术状况指数是对下部结构中每个构件的损坏情况进行评估后得出的指数。所述第三构件技术状况指数反映了下部结构中各个构件的健康状况，同理，第三构件技术状况指数以数值形式表示，数值越高表示构件状况越好，数值越低表示构件状况越差。

S0114、叠加桥面系构件技术状况指数与桥面系构件权重的乘积，上部结构构件技术状况指数与上部结构构件权重的乘积，以及下部结构构件技术状况指数与下部结构构件权重的乘积，获得全桥的桥梁技术状况指数。

在本实施例中，全桥的桥梁技术状况指数满足如下计算模型：，其中，/>表示桥梁网络中第i座桥梁的桥梁技术状况指数，/>表示桥面系构件权重，/>表示桥梁网络中第i座桥梁的桥面系技术状况指数，/>表示上部结构构件权重，/>表示桥梁网络中第i座桥梁的上部结构构件技术状况指数，/>表示下部结构构件权重，/>表示桥梁网络中第i座桥梁的下部结构构件技术状况指数。

S0115、根据桥梁养护技术标准，基于桥梁的桥梁技术状况指数评估桥梁的状态等级。

在本实施例中，桥梁技术状况指数大小与状态等级之间的对应关系，如下表所示：

如上表所示，当桥梁的桥梁技术状况指数属于[90，100]时，桥梁的状态等级为A级；当桥梁的桥梁技术状况指数属于[80，90）时，桥梁的状态等级为B级；当桥梁的桥梁技术状况指数属于[66，80）时，桥梁的状态等级为C级；当桥梁的桥梁技术状况指数属于[50，66）时，桥梁的状态等级为D级；当桥梁的桥梁技术状况指数属于[0，50）时，桥梁的状态等级为E级。

通常情况下，桥梁网络中的桥梁技术状况会根据需求定期或者不定期地进行评估，并将评估结果通过纸质记录或者电子记录等记录方式存储到对应的存储装置。可以理解的是，所述评估结果即为本发明所需的桥梁服役数据。

进一步地，在本实施例中，步骤S01中获得桥梁在不同状态等级下的平均服役时长，包括如下步骤：

S0121、利用所述桥梁服役数据，拟合桥梁在不同状态等级下服役时长的韦伯分布概率密度函数，并通过所述韦伯分布概率密度函数获得韦伯分布形状参数和韦伯分布规模参数。

其中，所述韦伯分布概率密度函数满足如下模型：，其中，/>表示桥梁网络中i状态等级下服役时长的韦伯分布概率密度函数，/>表示i状态等级下服役时长的韦伯分布概率密度函数对应的韦伯分布形状参数，/>表示i状态等级下服役时长的韦伯分布概率密度函数对应的韦伯分布规模参数，/>表示桥梁在状态等级i内的服役时长数据。

S0122、基于所述韦伯分布形状参数和所述韦伯分布规模参数，构建不同状态等级下的平均服役时长预测模型。

进一步地，所述平均服役时长预测模型满足如下等式：，其中，/>表示桥梁在状态等级i的平均服役时长，/>表示桥梁在状态等级i内的服役时长数据，/>表示自然常数，/>表示i状态等级下服役时长的韦伯分布概率密度函数对应的韦伯分布形状参数，/>表示i状态等级下服役时长的韦伯分布概率密度函数对应的韦伯分布规模参数。

S0123、利用所述平均服役时长预测模型，获得桥梁在不同状态等级下的平均服役时长。

在其他的一个或者一些实施例中，步骤S01中获得桥梁在不同状态等级下的平均服役时长，通过如下步骤实现：从桥梁网络中选取标志桥梁；根据所述标志桥梁的桥梁服役数据，获得所述标志桥梁在不同状态等级内的服役时长；利用所述标志桥梁在不同状态等级内的服役时长，表征桥梁网络中的各座桥梁在不同状态等级对应的服役时长。

在其他的又一个或者一些实施例中，步骤S01中获得桥梁在不同状态等级下的平均服役时长，通过如下步骤实现：根据桥梁网络中的各座桥梁的桥梁服役时长数据，获得桥梁网络中的各座桥梁在不同状态等级内的服役时长；汇总各座桥梁在不同状态等级内的服役时长，并分别平均汇总结果内不同状态等级内的服役时长，获得桥梁网络中的桥梁在不同状态等级对应的服役时长。

进一步地，在本实施例中，步骤S01中获取桥梁在不同状态等级的碳化系数，包括如下步骤：

S0131、获取桥梁碳化深度检测数据，所述桥梁碳化深度检测数据包括不同桥梁在不同服役时长下的碳化深度数据。

通常情况下，可通过在桥梁钢筋混凝土构件上打孔，根据一个孔洞中的混凝土碳化深度或者多个孔洞中混凝土碳化深度的平均值，作为桥梁在检测时的桥梁碳化深度检测数据。

S0132、利用所述桥梁碳化深度检测数据，拟合不同桥梁在不同服役时长下的碳化系数。

根据桥梁在检测时的服役时长以及对应的桥梁碳化深度检测数据，可以拟合不同桥梁在不同服役时长的碳化系数。

在本实施例中，所述碳化系数满足如下拟合模型：，其中，/>表示碳化深度，/>表示碳化系数，/>表示服役时长，/>表示环境影响指数。

进一步地，若桥梁的钢筋混凝土构件未产生裂缝，则环境影响指数取值小于0.5；若桥梁的钢筋混凝土构件已产生裂缝，则环境影响指数取值大于0.5；若桥梁的钢筋混凝土构件处于均匀的孔结构和外界环境不变的理想情况时，则环境影响指数取值0.5。

进一步地，拟合碳化系数可以通过包括但不限于Excel、MATLAB等数据处理软件以及Python等相关编程工具，结合对应的拟合模型和桥梁碳化深度检测数据实现。

S0133、结合不同桥梁在不同服役时长下的碳化系数和状态等级，获取桥梁在不同状态等级下碳化系数，桥梁在任一状态等级下碳化系数为不同桥梁在对应状态等级下平均碳化系数。

在其他的一个或者一些实施例中，为避免进一步打孔对桥梁钢筋混凝土构件产生损害，步骤S01中所述的获取桥梁在不同状态等级下碳化系数，通过如下步骤实施：

S00131、获取桥梁抗压强度检测数据，所述桥梁抗压强度检测数据包括不同桥梁在不同服役时长下的抗压强度数据。

钢筋混凝土的抗压强度是反映混凝土力学性能的主要指标，不仅能够综合反映混凝土的水灰比，水泥品种、骨料品种、水泥用量、施工质量及养护条件等不同因素对混凝土品值的共同影响，并且相比桥梁碳化深度更容易测得。

S00132、利用所述桥梁抗压强度检测数据，拟合不同桥梁在不同服役时长下的碳化系数。

在本实施例中，所述碳化系数满足如下拟合模型：，其中，/>表示碳化深度，/>表示第一回归参数，/>表示第二回归参数，/>表示抗压强度，/>表示环境影响指数。

进一步地，针对模型的第一回归参数以及第二回归参数/>，可以利用已有的桥梁碳化深度检测数据，结合对应的桥梁抗压强度检测数据以及检测时的服役时长，通过如下拟合模型获得：/>，其中，/>表示碳化深度，/>表示第一回归参数，/>表示第二回归参数，/>表示抗压强度，/>表示服役时长，/>表示环境影响指数。

S00133、结合不同桥梁在不同服役时长下的碳化系数和状态等级，获取桥梁在不同状态等级下碳化系数，桥梁在任一状态等级下碳化系数为不同桥梁在对应状态等级下平均碳化系数。

在其他的一个或者一些实施例中，基于碳化系数的时变特征，步骤S01中所述的获取桥梁在不同状态等级下碳化系数，还包括如下步骤：利用桥梁在不同状态等级下平均碳化系数和平均服役时长，通过碳化系数校正模型校正桥梁在不同状态等级下的碳化系数，所述碳化系数校正模型满足如下等式：，其中，/>属于正整数，/>表示桥梁在全寿命服役周期内的状态等级，/>表示桥梁在状态等级1时的即时平均碳化系数，/>表示桥梁在状态等级1时的平均碳化系数，/>表示桥梁在状态等级N时的即时平均碳化系数，/>表示桥梁在状态等级N时的平均碳化系数，/>表示桥梁在状态等级j时的即时平均碳化系数，/>表示N状态等级的桥梁在状态等级i时的平均服役时长，/>表示环境影响指数。

具体地，在全寿命服役周期内的状态等级包括A级、B级、C级、D级以及E级，A级对应的桥梁功能完好，B级、C级、D级以及E级对应的桥梁损坏程度逐步递增。当桥梁的状态等级为A级时，其即时平均碳化系数为：，其中，/>表示桥梁在状态等级A时的即时平均碳化系数。

当桥梁的状态等级为B级时，其即时平均碳化系数为：，其中，/>表示桥梁在状态等级A时的即时平均碳化系数，/>表示桥梁在状态等级B时的即时平均碳化系数，/>表示桥梁在状态等级B时的平均碳化系数，/>表示B状态等级的桥梁在状态等级i时的平均服役时长，/>表示B状态等级的桥梁在状态等级A时的平均服役时长。

当桥梁的状态等级为C级时，其即时平均碳化系数为：，其中，/>表示桥梁在状态等级j时的即时平均碳化系数，/>表示桥梁在状态等级C时的平均碳化系数，/>表示C状态等级的桥梁在状态等级i时的平均服役时长。

当桥梁的状态等级为D级时，其即时平均碳化系数为：，其中，/>表示桥梁在状态等级j时的即时平均碳化系数，/>表示桥梁在状态等级D时的平均碳化系数，/>表示D状态等级的桥梁在状态等级i时的平均服役时长。

当桥梁的状态等级为E级时，其即时平均碳化系数为：，其中，/>表示桥梁在状态等级j时的即时平均碳化系数，/>表示桥梁在状态等级E时的平均碳化系数，/>表示E状态等级的桥梁在状态等级i时的平均服役时长。

请参见图2，图2中（1）图为桥梁在无养护措施下在全寿命服役周期内的桥梁碳化深度时变示意图，其中，横坐标为服役时长，纵坐标为碳化深度。

如图2中（1）图所示，任一个状态等级对应一段服役时长：A表示桥梁在A状态等级下的平均服役时长，B表示桥梁在B状态等级下的平均服役时长，C表示桥梁在C状态等级下的平均服役时长，D表示桥梁在D状态等级下的平均服役时长，E表示桥梁在E状态等级下的平均服役时长。

进一步地，任一个状态等级对应的碳化深度时变线对应唯一斜率，该斜率即为该状态等级下桥梁的即时平均碳化系数。在其他的一个或者多个实施例中，任一个状态等级对应的碳化深度时变曲线的斜率也可以根据服役时长变化。

S02、在全寿命服役周期内，设置桥梁养护参数，所述桥梁养护参数包括多个养护时间节点，并结合所述桥梁服役数据和多个养护时间节点，预测养护措施下桥梁在全寿命服役周期内的总碳化深度。

可以理解的是，所述全寿命服役周期是指桥梁网络中的桥梁的整个使用寿命期间，即从桥梁建成投入使用开始，到达其设计寿命或者需要进行大规模维修、重建或者更换为止的整个时间段。通常情况下，所述全寿命服役周期为50—100年。

进一步地，桥梁养护参数是指用于指导和管理桥梁养护工作的各项参数或指标。在本实施例中，养护时间节点具体是指在全寿命服役周期内的一个时间节点，如从投入使用开始的第10年。

当桥梁在养护时间节点进行预防式养护后，桥梁的碳化系数会相应改善。通常情况下，养护措施成本越高，养护后桥梁的碳化系数越小，即碳化速度变缓慢。进一步地，初始的多个养护时间节点可以由相关领域人员根据经验或者其他方式进行设定。

进一步地，步骤S02中所述的结合所述桥梁服役数据和多个养护时间节点，预测养护措施下桥梁在全寿命服役周期内的总碳化深度，包括如下步骤：

S021、在全寿命服役周期内，根据桥梁在不同状态等级的平均服役时长和碳化系数，分别获取桥梁从投入使用至第一个养护时间节点间的第一碳化深度、任两个相邻养护时间节点间的第二碳化深度以最后一个养护时间节点至服役周期结束间的第三碳化深度。

在本实施例中，将桥梁投入使用的时间节点作为初始的时间节点，将全寿命服役周期结束的时间节点作为最终的时间节点。

进一步地，养护措施下桥梁在全寿命服役周期内的总碳化深度，满足如下计算模型：，其中，/>表示总碳化深度，/>表示总时间节点数量，当/>时，/>表示桥梁从投入使用至第一个养护节点间的第一碳化深度，当/>时，/>表示第/>个养护时间节点至第/>个养护时间节点间的第二碳化深度，当/>时，表示第/>个养护时间节点至服役周期结束间的第三碳化深度。

其中，任两个时间节点间的碳化深度，满足如下计算模型：，/>，其中，/>表示第/>个时间节点至第/>个时间节点间的碳化深度，/>表示第/>个时间节点，/>表示第/>个时间节点，/>表示桥梁在服役时长为t时对应的碳化系数，/>表示服役时长，/>表示环境影响指数，/>表示总时间节点数量。

S022、汇总所述第一碳化深度、所述第二碳化深度以及第三碳化深度，获得养护措施下桥梁在全寿命服役周期内的总碳化深度。

基于步骤S021和步骤S022，在一个具体的实施例中，请参见图2中（2）图，图2中（2）图为桥梁在第一养护措施下在全寿命服役周期内的桥梁碳化深度时变示意图。为保证桥梁网络的桥梁始终处于A状态等级，当桥梁性能衰减到B状态等级时进行养护，并使得桥梁的状态等级始终保持在A状态等级。

由于桥梁网络中的桥梁在A状态等级的服役时长为年，因此，每隔/>年对桥梁进行养护，对应的养护时间节点设置为第/>年，第/>年，……，第/>年，第/>年，其中，/>表示养护时间节点总数量，/>表示正整数，/>，表示全寿命服役周期的时长。

基于A状态等级内的碳化系数以及养护节点的维持时长，在全寿命服役周期内总碳化深度满足如下计算公式：，其中，/>表示总碳化深度，/>表示桥梁从投入使用至第一个养护节点/>间的碳化深度，/>表示养护时间节点总数量，/>表示A状态等级下桥梁的碳化系数，/>表示环境影响指数。

在本实施例中，如图2中（2）图所示，全寿命服役周期为100年，桥梁网络的桥梁在A状态等级的服役时长为13年，对应的养护节点①至养护节点⑦为分别第14年，第27年，第40年，第53年、第66年、第79年，以及第92年。进一步地，养护节点数量为7个，环境影响指数取值0.5，在全寿命服役周期内总碳化深度为13.26毫米。

基于步骤S021和步骤S022，在又一个具体地实施例中，请参见图3中（1）图，图3中（1）图为桥梁在第二养护措施下在全寿命服役周期内的桥梁碳化深度时变示意图。为保证桥梁网络的桥梁的状态等级始终不低于B状态等级，当桥梁性能衰减到C状态等级时进行养护，并使得桥梁的状态等级始终保证在B状态等级。

由于桥梁网络中的桥梁在A状态等级的服役时长为年，在B状态等级的服役时长为/>年，因此，当桥梁在/>年时进行养护，后续每隔/>年对桥梁进行养护，对应的养护节点设置为第/>年，第/>年，……，第/>年，第年，其中，/>表示养护时间节点总数量，/>表示正整数，，/>表示全寿命服役周期。

基于B状态等级内的碳化系数以及养护时间节点的维持时长，在全寿命服役周期内总碳化深度满足如下计算公式：，其中，/>表示总碳化深度，/>表示桥梁从投入使用至时间节点/>之间的碳化深度，/>表示时间节点/>间至时间节点/>之间的碳化深度，/>表示养护节点数量，/>表示B状态等级下桥梁的碳化系数，/>表示环境影响指数。

在本实施例中，如图3中（1）图所示，全寿命服役周期为100年，桥梁网络的桥梁在B状态等级的服役时长为15年，对应的养护节点①至养护节点⑤为第29年，第44年，第59年，第74年以及第89年。进一步地，养护节点数量为5个，环境影响指数取值0.5，在全寿命服役周期内总碳化深度为15.83毫米。

基于步骤S021和步骤S022，在又一个具体地实施例中，请参见图3中（2）图，图3中（2）图为桥梁在第三养护措施下在全寿命服役周期内的桥梁碳化深度时变示意图，为保证桥梁网络的桥梁的状态等级始终不低于C状态等级，当桥梁性能衰减到D状态等级时进行养护，并使得桥梁的状态等级始终保证在C状态等级。

由于桥梁网络中的桥梁在A状态等级的服役时长为年，在B状态等级的服役时长为/>年，在C状态等级的服役时长为/>年，因此，当桥梁在第/>年时进行养护，后续每隔/>年对桥梁进行养护，对应的养护节点设置为第/>年，第年，……，第/>年，第/>年，其中，表示养护节点总数量，/>表示正整数，/>，/>表示全寿命服役周期。

基于C状态等级内的碳化系数以及养护节点的维持时长，在全寿命服役周期内总碳化深度满足如下计算公式：，其中，/>表示总碳化深度，/>表示桥梁从投入使用至时间节点/>之间的碳化深度，/>表示时间节点至时间节点/>之间的碳化深度，/>表示时间节点/>至时间节点之间的碳化深度，/>表示养护节点总数量，/>表示桥梁在C状态等级内碳化系数，/>表示环境影响指数。

在本实施例中，如图3中（2）图所示，全寿命服役周期为100年，桥梁网络的桥梁在A状态等级的服役时长为13年，在B状态等级的服役时长为15年，在B状态等级的服役时长为21年，对应的养护节点①至养护节点③为第50年，第71年以及第92年。进一步地，养护节点数量为3个，环境影响指数取值0.5，在全寿命服役周期内总碳化深度为36.66毫米。

同理，在其他实施例中，还可以根据具体需求，在全寿命服役周期内设置不同养护时间节点，并实施具有不同养护成本和养护效益的养护措施，以保证桥梁在全寿命服役周期保持或者达到预定状态等级，同时可获得在对应养护规划下，预测桥梁在全寿命服役周期内的总碳化深度。

S03、设置碳化深度阈值，根据所述碳化深度阈值与所述总碳化深度的比较结果，调整所述桥梁养护参数，使得在全寿命服役周期内的总碳化深度小于所述碳化深度阈值。

可以理解的是，碳化深度阈值指在桥梁的全寿命服役周期内，设定允许的最大碳化深度值。具体地，碳化深度阈值根据桥梁材料和设计要求确定的。

进一步地，步骤S03中所述的所述碳化深度阈值与所述总碳化深度的比较结果为：桥梁在全寿命服役周期内的总碳化深度未超过所设置的碳化深度阈值；或者桥梁在全寿命服役周期内的总碳化深度超过所设置的碳化深度阈值。

当桥梁在全寿命服役周期内的总碳化深度超过所设置的碳化深度阈值时，则进一步调整桥梁养护参数，使得在全寿命服役周期内的总碳化深度小于所述碳化深度阈值。在本实施例中，所述调整桥梁养护参数具体是指调整养护时间节点、总养护时间节点的数量以及养护时间节点对应的养护措施。

在一个实施例中，请参见图4，图4为本发明实施提供的基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策方法第二流程图。如图4所示，本发明实施例所提供的基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策方法，还包括如下步骤：

S04、设置养护成本阈值，汇总各个养护时间节点的养护成本，获取全寿命服役周期内桥梁的总养护成本，并根据所述养护成本阈值与所述总养护成本的比较结果，调整所述桥梁养护参数，使得在全寿命服役周期内的总养护成本小于所述养护成本阈值。

具体地，总养护成本为全寿命服役周期内的所有养护成本之和。进一步地，养护成本阈值与所述总养护成本的比较结果为：总养护成本未超过所设置的养护成本阈值；或者总养护成本超过所设置的养护成本阈值。

当桥梁在全寿命服役周期内的总养护成本超过所设置的养护成本阈值时，则进一步调整桥梁养护参数，使得在全寿命服役周期内的总养护成本小于所述养护成本阈值。在本实施例中，所述调整桥梁养护参数具体是指调整养护时间节点、总养护时间节点的数量以及养护时间节点对应的养护措施。

在一个实施例中，请参见图5，图5为本发明实施例所提供的基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策***结构图。如图5所示，本发明实施例所提供的基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策***包括输入设备、处理器、存储器和输出设备。

在本实施例中，所述输入设备、所述处理器、所述存储器和所述输出设备相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策方法。

进一步地，所述输入设备用于接收用户输入的数据、参数和条件，以供***进行桥梁网络养护决策。具体地，所述输入设备可以是键盘和鼠标、触摸屏、传感器、语音识别设备、扫描仪等硬件设备。

进一步地，所述处理器用于负责执行计算机程序中的指令。具体的，所述处理器可以是CPU、GPU、专用处理器、云端处理器、边缘计算处理器中一种类型或者多种类型现有处理器基于本发明方法对应集成或者设置的处理设备。

进一步地，所述存储器用于存储计算机程序、数据和中间结果，提供对信息的持久性存储。具体地，所述存储器可以是RAM、HDD、SDD、云存储***等可以用于存储数据的一种或多种类型现有存储设备基于本发明方法对应集成或者设置的处理设备。

进一步地，所述输出设备用于将计算结果通过图表、文字报告等方式展示给用户或输送到其他***。具体地，所述输出设备可以是显示器、打印机、报警器、数据导出接口等一种或者多种类型的现有输出设备基于本发明对应集成或设计的输出设备。

需要说明的是，图5所示的结构并不构成对本实施例中基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策***的限定，在实际应用中基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策***可以包括比图5所示的更多或更少的部件，或者组合某些部件。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取桥梁服役数据，所述桥梁服役数据包括桥梁在不同状态等级的平均服役时长和碳化系数，获取桥梁在不同状态等级的平均服役时长，包括如下步骤：

获取不同桥梁在不同状态等级的服役时长数据，并利用所述服役时长数据拟合桥梁在不同状态等级下服役时长的韦伯分布概率密度函数，并通过所述韦伯分布概率密度函数获得韦伯分布形状参数和韦伯分布规模参数；

基于所述韦伯分布形状参数和所述韦伯分布规模参数，构建不同状态等级下的平均服役时长预测模型，所述平均服役时长预测模型满足如下等式：，其中，/>表示桥梁在状态等级i的平均期望服役时长，/>表示自然常数，/>表示i状态等级下服役时长的韦伯分布概率密度函数对应的韦伯分布形状参数，/>表示i状态等级下服役时长的韦伯分布概率密度函数对应的韦伯分布规模参数；

利用所述平均服役时长预测模型，获得桥梁在不同状态等级下的平均服役时长；

获取桥梁在不同状态等级下碳化系数，包括如下步骤：

利用桥梁在不同状态等级下平均碳化系数和平均服役时长，通过碳化系数校正模型校正桥梁在不同状态等级下的碳化系数，所述碳化系数校正模型满足如下等式：，其中，/>属于正整数，/>表示桥梁在全寿命服役周期内的状态等级，/>表示桥梁在状态等级1时的即时平均碳化系数，/>表示桥梁在状态等级1时的平均碳化系数，/>表示桥梁在状态等级N时的即时平均碳化系数，/>表示桥梁在状态等级N时的平均碳化系数，/>表示桥梁在状态等级j时的即时平均碳化系数，/>表示桥梁在状态等级N时的平均服役时长，/>表示环境影响指数；

在全寿命服役周期内，设置桥梁养护参数，所述桥梁养护参数包括多个养护时间节点，并结合所述桥梁服役数据和多个养护时间节点，预测养护措施下桥梁在全寿命服役周期内的总碳化深度；

设置碳化深度阈值，根据所述碳化深度阈值与所述总碳化深度的比较结果，调整所述桥梁养护参数，使得在全寿命服役周期内的总碳化深度小于所述碳化深度阈值。

2.根据权利要求1所述的基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策方法，其特征在于，所述桥梁养护参数还包括养护成本，所述调整所述桥梁养护参数，还包括如下步骤：

设置养护成本阈值，汇总各个养护时间节点的养护成本，获取全寿命服役周期内桥梁的总养护成本，并根据所述养护成本阈值与所述总养护成本的比较结果，调整所述桥梁养护参数，使得在全寿命服役周期内的总养护成本小于所述养护成本阈值。

3.根据权利要求1所述的基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策方法，其特征在于，获取桥梁在不同状态等级的碳化系数，包括如下步骤：

获取桥梁碳化深度检测数据，所述桥梁碳化深度检测数据包括不同桥梁在不同服役时长下的碳化深度数据；

利用所述桥梁碳化深度检测数据，拟合不同桥梁在不同服役时长下的碳化系数，所述碳化系数满足如下拟合模型：，其中，/>表示碳化深度，/>表示碳化系数，/>表示服役时长，/>表示环境影响指数；

根据桥梁在不同状态等级下的平均服役时长，结合不同桥梁在不同服役时长下的碳化系数，获取桥梁在不同状态等级下碳化系数，桥梁在任一状态等级下碳化系数为不同桥梁在对应状态等级下平均碳化系数。

4.根据权利要求1所述的基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策方法，其特征在于，获取桥梁在不同状态等级的碳化系数，包括如下步骤：

获取桥梁抗压强度检测数据，所述桥梁抗压强度检测数据包括不同桥梁在不同服役时长下的抗压强度数据；

利用所述桥梁抗压强度检测数据，拟合不同桥梁在不同服役时长下的碳化系数，所述碳化系数满足如下拟合模型：，其中，/>表示碳化深度，/>表示第一回归参数，/>表示第二回归参数，/>表示抗压强度，/>表示环境影响指数；

根据桥梁在不同状态等级下的平均服役时长，结合不同桥梁在不同服役时长下的碳化系数，获取桥梁在不同状态等级下碳化系数，桥梁在任一状态等级下碳化系数为不同桥梁在对应状态等级下平均碳化系数。

5.根据权利要求1所述的基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策方法，其特征在于，所述结合所述桥梁服役数据和多个养护时间节点，预测养护措施下桥梁在全寿命服役周期内的总碳化深度，包括如下步骤：

在全寿命服役周期内，根据桥梁在不同状态等级的平均服役时长和碳化系数，分别获取桥梁从投入使用至第一个养护时间节点间的第一碳化深度、任两个相邻养护时间节点间的第二碳化深度以及最后一个养护时间节点至服役周期结束间的第三碳化深度；

汇总所述第一碳化深度、所述第二碳化深度以及第三碳化深度，获得养护措施下桥梁在全寿命服役周期内的总碳化深度。

6.根据权利要求5所述的基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策方法，其特征在于，养护措施下桥梁在全寿命服役周期内的总碳化深度，满足如下计算模型：，其中，/>表示总碳化深度，/>表示总时间节点数量，当/>时，/>表示桥梁从投入使用至第一个养护节点间的第一碳化深度，当/>时，/>表示第/>个养护时间节点至第/>个养护时间节点间的第二碳化深度，当/>时，/>表示第/>个养护时间节点至服役周期结束间的第三碳化深度。

7.根据权利要求6所述的基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策方法，其特征在于，任两个时间节点间的碳化深度，满足如下计算模型：，/>，其中，/>表示第/>个时间节点至第/>个时间节点间的碳化深度，/>表示第/>个时间节点，/>表示第/>个时间节点，/>表示桥梁在服役时长为t时对应的碳化系数，/>表示服役时长，/>表示环境影响指数，/>表示总时间节点数量。

8.基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策***，其特征在于，包括输入设备、处理器、存储器和输出设备，所述输入设备、所述处理器、所述存储器和所述输出设备相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如权利要求1至7任一项所述的基于桥梁服役时长的桥梁网络养护决策方法。