人工智能技術(shù)在城市公路隧道中的應(yīng)用

1、精品人工智能技術(shù)在城市公路隧道中的應(yīng)用人工智能技術(shù)在城市發(fā)展規(guī)劃中的應(yīng)用人工智能技術(shù)(ArtiifeialIntelligenee)簡稱Al, 顧名思義 ,它就是模擬和擴(kuò)展人的智能的一種科學(xué)技術(shù),與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展有著密切關(guān)系是計(jì)算機(jī)科學(xué)研究中的一個(gè)分支。在人工智能技術(shù)中,計(jì)算機(jī)就是實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)的物質(zhì)手段和載體人工智能的各項(xiàng)應(yīng)用都是通過計(jì)算機(jī)軟件來實(shí)現(xiàn)的。現(xiàn)在為了延伸人類的各種智能來滿足社會(huì)發(fā)展需要人工智能的各項(xiàng)研究越來越多,人工智能技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。 在城市發(fā)展規(guī)劃中人工智能技術(shù)的應(yīng)用主要表現(xiàn)在決策支持系統(tǒng)方面。一方面在決策上 ,計(jì)算機(jī)的決策支持系統(tǒng)借助于知識(shí)、數(shù)據(jù)以及模型通過人機(jī)交互

2、進(jìn)行的方式對(duì)城市發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行半結(jié)構(gòu)或者非結(jié)構(gòu)化的決策,對(duì)城市發(fā)展規(guī)劃決策者起到輔助作用;另一方面在管理方面二央策支持系統(tǒng)作為數(shù)字城市中重要的數(shù)據(jù)分析工具能夠完成大量的復(fù)雜工作提高城市發(fā)展規(guī)劃管理水平。一、背景在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展背景下，城鎮(zhèn)化的普及，越來越多的人進(jìn)入城市，給城市空間造成巨大的壓力。為了減少壓力， 不可避免的加大對(duì)高空建筑以及地下空間的研究使用開發(fā)。特別是為了提高城市內(nèi)的交通環(huán)境和質(zhì)量，建立了許多城市隧道。據(jù)最新數(shù)據(jù)表明，我國已經(jīng)運(yùn)營的隧道達(dá)到座，通車?yán)锍踢_(dá)到，是世界上公路隧道最多的國家。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的速度加快，越來越多的人涌入城市里面，給城市的交通帶來極大的挑戰(zhàn)

3、?？紤]到城市交通的特殊性以及“自然和諧相處”的理念。近年來城市公路隧道的建設(shè)速度越來越快。隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展， 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用于控制和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)現(xiàn)。尤其是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制，由于較好地結(jié)合了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和自適應(yīng)控制的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于隧道監(jiān)控系統(tǒng)的專家預(yù)案管理，自動(dòng)根據(jù)隧道實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)庫來完成對(duì)隧道的智感謝下載載精品能化控制。智能化監(jiān)控系統(tǒng)還應(yīng)該對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的故障和穩(wěn)定性給出快速正確的反應(yīng)以保障隧道安全和高效運(yùn)行。隧道內(nèi)大量監(jiān)控設(shè)備的引入通過各種環(huán)境監(jiān)控探頭來實(shí)時(shí)采集隧道內(nèi)的環(huán)境信息， 隧道監(jiān)控人員根據(jù)這些監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)來制定隧道控制策略以保障隧道內(nèi)的環(huán)境適合人類生存。可以說大量監(jiān)控設(shè)備的

4、引入為隧道的安全有效運(yùn)營提供了極大的保障。1. 目前高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的不足由于傳統(tǒng)隧道監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用的不完全，使得現(xiàn)行隧道監(jiān)控系統(tǒng)還存在著許多不足，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：目前大多數(shù)隧道監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為落后，以集散式控制方式為主，效率較為低下，并且日常管理較為復(fù)雜，可靠性也不強(qiáng)。由于隧道監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的由大量硬件和軟件構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)。這么多硬件和軟件組成在一起使得隧道監(jiān)控系統(tǒng)變成一個(gè)不穩(wěn)定系統(tǒng)。而不同于集散式控制的隧道監(jiān)控系統(tǒng)的總線控制方式具有較大優(yōu)勢(shì)。首先總線控制方式控制較為集中，維護(hù)成本低，系統(tǒng)調(diào)度簡單和決策準(zhǔn)確。故進(jìn)來總線控制方式越來越多的被應(yīng)用于隧

5、道監(jiān)控中。隧道智能交通控制系統(tǒng)的智能化程度需要進(jìn)一步提高，特別是隨著近年來人工智能的發(fā)展， 智能控制的研究和應(yīng)用更加成熟和廣泛的今天，隧道智能控制可以進(jìn)一步研究。隧道現(xiàn)行的控制大多是通過隧道監(jiān)控人員觀察決策后手動(dòng)控制。隧道監(jiān)控系統(tǒng)包含許多軟件和硬件設(shè)備，各個(gè)設(shè)備的故障檢測(cè)手段較為簡單，而為了隧道的長期安全高效運(yùn)營，隧道的故障檢測(cè)需進(jìn)一步提高和高效。2. 本文研究的目的和意義當(dāng)前的隧道監(jiān)控系統(tǒng)在隧道的各個(gè)設(shè)備的故障檢測(cè)方面涉及較少，隧道智能監(jiān)控系統(tǒng)不是僅僅能實(shí)現(xiàn)隧道智能控制，隧道智能監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)隧道內(nèi)的環(huán)境信息采集和可控設(shè)感謝下載載精品備控制還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到使隧道安全、高效、經(jīng)濟(jì)以及環(huán)保運(yùn)行的效果。一

6、個(gè)完整的隧道智能監(jiān)控系統(tǒng)包括，對(duì)隧道內(nèi)的環(huán)境信息釆集、對(duì)隧道內(nèi)的可控設(shè)備控制、對(duì)隧道內(nèi)的火災(zāi)和環(huán)境等報(bào)警信息進(jìn)行及時(shí)報(bào)警、對(duì)隧道內(nèi)的軟硬件設(shè)備進(jìn)行及時(shí)、高效的故障檢測(cè)機(jī)制。而故障檢測(cè)機(jī)制是隧道監(jiān)控系統(tǒng)長期、安全、高效運(yùn)營的保障。二、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與故障樹分析法的基本理論神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理大量的簡單神經(jīng)元組成一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)神經(jīng)元有數(shù)個(gè)輸入以及唯一的輸出。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)神經(jīng)元之間由可以變化的權(quán)值連接。其數(shù)學(xué)模型如圖所示：輸入向量與輸出向量具有如下關(guān)系：可以把由大量神經(jīng)元構(gòu)成的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)看做一個(gè)有向圖，各個(gè)神經(jīng)元連接對(duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)數(shù)，即連接權(quán)系數(shù)，或稱為權(quán)重。權(quán)值的集合可以作為一個(gè)長期的記憶

7、并且是動(dòng)態(tài)感謝下載載精品變化的，在對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練的時(shí)候各個(gè)神經(jīng)元之間的連接權(quán)值是在訓(xùn)練過程中不斷改變的。 其改變的最終目的就是使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整體誤差達(dá)到最小或者允許范圍。連接權(quán)值分為正負(fù)兩種情況。當(dāng)它為正的時(shí)候表示該神經(jīng)元處于興奮狀態(tài)。當(dāng)它為負(fù)的時(shí)候表示該神經(jīng)元處于抑制狀態(tài)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練主要體現(xiàn)在連接權(quán)值的改變。而連接權(quán)值也描述著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特征。某些時(shí)候神經(jīng)元具有某個(gè)實(shí)數(shù)值稱為神經(jīng)元的狀態(tài)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)神經(jīng)元都對(duì)下層網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)元有一個(gè)輸出，輸出值根據(jù)兩個(gè)神經(jīng)元之間的連接權(quán)值和輸出神經(jīng)元的狀態(tài)。這種依賴性通過輸出激勵(lì)函數(shù)處理。三、基于故障樹的隧道故障檢測(cè)的研究1、隧道控制系統(tǒng)的硬件介紹及故障

8、信息隧道的修建極大的緩解了城市交通的壓力，但是修好的隧道并不是建好就可以一直運(yùn)營的，隧道在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生許多隧道本身的問題，例如隧道內(nèi)光線比較差，能見度很低， 特別是在較長的隧道中，隨著車輛的大量進(jìn)入和隧道的長時(shí)間運(yùn)營會(huì)產(chǎn)生大量的 CO 和其他有害氣體使隧道不在適合人類生存，故在隧道中需要安裝大量的傳感器來檢測(cè)隧道內(nèi)的環(huán)境信息，安裝可控設(shè)備來改善隧道內(nèi)的環(huán)境。一個(gè)典型的隧道要安裝的設(shè)備一般分為信息采集設(shè)備和可控設(shè)備。信息采集設(shè)備分為：車檢器、溫度濕度傳感器、光強(qiáng)傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、火災(zāi)報(bào)警器?？煽卦O(shè)備分為：風(fēng)機(jī)、車道燈、白熾燈鈉燈等等。其中車檢器是負(fù)責(zé)采集隧道車輛數(shù)量和車速，一個(gè)隧道可能

9、安裝數(shù)個(gè)車檢器。車檢器故障一般分為：斷電、通信故障、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。溫度濕度傳感器是負(fù)責(zé)采集隧道內(nèi)的溫度和濕度信息， 一般一個(gè)隧道內(nèi)安裝至少2 個(gè)該傳感器， 它的故障信息一般分為：斷電、通信故障、檢測(cè)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。光強(qiáng)傳感器是負(fù)責(zé)采集隧道內(nèi)的光強(qiáng)度以便與外光強(qiáng)對(duì)比，它的故障信息一般分為：斷電、通信故障、檢測(cè)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。風(fēng)速風(fēng)向傳感器負(fù)責(zé)釆集隧感謝下載載精品道內(nèi)的風(fēng)速和風(fēng)向信息，它的故障信息一般包括：斷電、通信故障、數(shù)據(jù)采集錯(cuò)誤。火災(zāi)報(bào)警器是負(fù)責(zé)檢測(cè)隧道內(nèi)的火災(zāi)安全情況，它的故障一般包括：斷電、通信故障、誤報(bào)率過高等等故障信息。風(fēng)機(jī)主要是降低隧道內(nèi)CO 濃度和提高能見度，并能在火災(zāi)發(fā)生的時(shí)候排放隧道內(nèi)的濃煙

10、，它的故障一般分為：斷電、通信故障、產(chǎn)風(fēng)量下降等等。照明主要為隧道內(nèi)提供照明信息，它的故障信息一般包括：斷電、通信故障。車道燈為隧道內(nèi)的交通信號(hào)，故障一般包括：斷電、通信故障。隧道內(nèi)的這些傳感器和可控設(shè)備是通過PLC 和觸摸屏進(jìn)行控制并通過工業(yè)總線連接至組態(tài)王， 所有的隧道環(huán)境信息和可控設(shè)備信息匯總到組態(tài)王。在信息釆集和傳輸過程中故障的發(fā)生是不可避免的，但是通過故障樹建立一個(gè)形象明了的故障信息表有利于我們對(duì)隧道內(nèi)故障信息的檢測(cè)、故障原因的判斷和故障的修復(fù)。2、基于故障樹的隧道故障樹建立根據(jù)隧道內(nèi)的硬件信息建立隧道異常的故障樹，其過程大概如下所示：第一步以隧道智能監(jiān)控系統(tǒng)異常為頂事件，由于隧道監(jiān)

11、控系統(tǒng)異常由車檢器異常、CO/VI 檢測(cè)異常、火災(zāi)感應(yīng)器異常、FX/FS 檢測(cè)異常、風(fēng)機(jī)異常、照明異常和車道燈異常一共為 7 個(gè)直接原因。故有從頂事件隧道智能監(jiān)控系統(tǒng)異常通過或門引出7 個(gè)中間事件如圖所示。第二步車檢器異常由車檢器無數(shù)據(jù)和車檢器數(shù)據(jù)異常兩個(gè)直接原因。該兩個(gè)事件通過或門連接為中間事件。數(shù)據(jù)異?？梢酝ㄟ^下節(jié)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)判斷是否異常。而中間事件感謝下載載精品車檢器無數(shù)據(jù)由電源故障、線路故障以及通信異常為三個(gè)直接原因，從頂事件車檢器無數(shù)據(jù)通過或門引出3 個(gè)基本事件如圖所示。第三步 CO/VI 異常由 CO/VI無數(shù)據(jù)和 CO/VI數(shù)據(jù)異常兩個(gè)直接原因。 該兩個(gè)事件通過或門連接為中間事件。

12、數(shù)據(jù)異?？梢酝ㄟ^下節(jié)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)判斷是否異常。而中間事件 CO/VI無數(shù)據(jù)由電源故障、 線路故障以及通信異常為三個(gè)直接原因，從頂事件 CO/VI無數(shù)據(jù)通過或門引出3 個(gè)基本事件如圖所示。第四步火災(zāi)感應(yīng)器異常由火災(zāi)感應(yīng)器無數(shù)據(jù)和火災(zāi)感應(yīng)器誤報(bào)率高兩個(gè)直接原因。該兩個(gè)事件通過或門連接為中間事件。數(shù)據(jù)誤報(bào)率高可以通過下節(jié)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)判斷是否異常。而中間事件火災(zāi)感應(yīng)器無數(shù)據(jù)由電源故障、線路故障以及通信異常為三個(gè)直接原因，從頂事件火災(zāi)感應(yīng)器無數(shù)據(jù)通過或門引出3 個(gè)基本事件如圖所示。感謝下載載精品第五步 FS/FX 感應(yīng)器異常由FS/FX 感應(yīng)器無數(shù)據(jù)和FS/FX 數(shù)據(jù)異常兩個(gè)直接原因。該兩個(gè)事件通過或門連接

13、為中間事件。數(shù)據(jù)異?？梢酝ㄟ^下節(jié)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)判斷是否異常。而中間事件FS/FX 無數(shù)據(jù)由電源故障、線路故障以及通信異常為三個(gè)直接原因，從頂事件 FS/FX 無數(shù)據(jù)通過或門引出3 個(gè)基本事件如圖所示。第六步風(fēng)機(jī)、 照明異常由兩個(gè)可控設(shè)備不可控和可控但效果達(dá)不到預(yù)期兩個(gè)直接原因。該兩個(gè)事件通過或門連接為中間事件。中間事件不可控又有電源故障、線路故障以及通信異常構(gòu)成。 故通過或門從不可控引出三個(gè)基本事件。而風(fēng)機(jī)和照明效果達(dá)不到預(yù)期可以通過下節(jié)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來判斷是否異常如圖所示。感謝下載載精品第七步車道燈異常由電源故障、線路故障以及通信故障三個(gè)基本事件構(gòu)成，中間事件車道燈異?？梢酝ㄟ^或門引出三個(gè)基本事件如圖

14、所示。第八步將所有的異常分支連接成完整的隧道智能監(jiān)控系統(tǒng)的故障樹。如圖所示：感謝下載載精品3、隧道智能監(jiān)控系統(tǒng)故障樹的分析根據(jù)隨著智能監(jiān)控系統(tǒng)故障樹利用下行法進(jìn)行分析，得到最小割集（MCS ）為：車檢器電源故障、車檢器線路故障、車檢器 組態(tài)王通信故障、車檢器數(shù)據(jù)異常、CO/VI感應(yīng)器電源故障、CO/VI感應(yīng)器線路故障、CO/VI感應(yīng)器 組態(tài)王通信故障、CO/VI數(shù)據(jù)異常、 火災(zāi)感應(yīng)器電源故障、火災(zāi)感應(yīng)器線路故障、火災(zāi)感應(yīng)器 組態(tài)王通信故障、火災(zāi)誤報(bào)率高、 FS/FX 感應(yīng)器電源故障、FS/FX 感應(yīng)器線路故障、FS/FX 感應(yīng)器 組態(tài)王通信故障、 FS/FX 感應(yīng)器數(shù)據(jù)異常、風(fēng)機(jī)電源故障、風(fēng)機(jī)線路故障、風(fēng)機(jī) 組態(tài)王通信故障、風(fēng)機(jī)達(dá)不到預(yù)期效果、照明電源故障、 照明線路