一种支护结构状态监测方法、系统、存储介质及程序产品与流程

本技术涉及支护结构安全监测，尤其涉及一种支护结构状态监测方法、系统、存储介质及程序产品。

背景技术：

1、支护结构在深基坑工程中发挥着至关重要的作用，其稳定运行直接关系到施工人员的生命安全以及工程项目的顺利实施。在复杂多变的地质条件和持续的外部荷载作用下，支护结构的受力状态会随时间发生动态演化。因此，对支护结构的运行状态进行科学有效的监测，已成为现代工程建设与运维领域中不可或缺的核心环节。

2、目前对支护结构进行状态监测，业界通常采用基于单点阈值比对的独立监测方案。具体而言，技术人员会在支护结构的各个关键受力部位分散布设多种类型的传感器（如应力计、应变计或位移计等），用于实时采集力学数据。技术人员根据经验或历史数据为每一个监测点预先设定一个安全阈值。在实际运行过程中，监测系统会独立接收并处理每个传感器的采集数据，将其直接与对应的安全阈值进行比对。当某一个或某几个特定监测点的力学数据超出预先设定的安全阈值时，监测系统即判定该局部区域的支护结构出现异常，并随之触发相应的安全预警信号。

3、然而，由于上述方案仅对各个监测点进行孤立分析和阈值比对，缺乏对支护结构整体受力状态的综合评估能力，因此在应对复杂受力情形时存在明显不足。当支护结构内部已经发生显著的应力转移或局部应力集中，但各个监测点的实测数值尚未达到安全阈值时，监测系统仍可能持续给出安全判定。这种以单点阈值为核心的监测方式难以及时识别结构受力失衡的早期征兆，容易掩盖整体失稳的演化趋势，从而在复杂工况下导致对支护结构潜在风险的漏判或预警滞后。

技术实现思路

1、本技术提供了一种支护结构状态监测方法、系统、存储介质及程序产品，用于提高支护结构状态监测的准确性和可靠性。

2、第一方面，本技术提供了一种支护结构状态监测方法，应用于监测系统，方法包括：获取支护结构中各个监测点在第一时刻的第一监测数据和第二时刻的第二监测数据；根据各个监测点在支护结构中的空间分布位置，计算所有监测点两两之间的空间相对距离；结合各个监测点在第一时刻的第一监测数据和空间相对距离，计算所有监测点两两之间的力学梯度比值，以构建第一时刻对应的第一空间力学耦合矩阵；结合各个监测点在第二时刻的第二监测数据和空间相对距离，计算所有监测点两两之间的力学梯度比值，以构建第二时刻对应的第二空间力学耦合矩阵；根据第一空间力学耦合矩阵与第二空间力学耦合矩阵，确定支护结构的受力差异矩阵；根据预设支护结构失稳判定规则和受力差异矩阵，确定支护结构的当前运行状态，预设支护结构失稳判定规则中包括多个差异矩阵特征值区间和对应的安全或故障状态类型。

3、通过采用上述技术方案，将单点监测数据转化为表示支护结构整体受力关联的矩阵信息，从而能够综合考量支护结构内部各个监测点之间的力学耦合关系，精准捕捉应力转移、局部应力集中等早期失稳征兆，有效避免单点监测易出现的漏判、预警滞后问题，全面提升支护结构运行状态评估的科学性、整体性与准确性，实现对支护结构安全状态的动态、可靠监测，以保障深基坑工程施工安全。

4、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，根据各个监测点在支护结构中的空间分布位置，计算所有监测点两两之间的空间相对距离，具体包括：获取支护结构的拓扑连接关系，拓扑连接关系用于表示支护结构中各个支护构件之间的物理连接方式；对所有监测点进行两两组合，得到多个监测点对；根据拓扑连接关系，确定连接监测点对中两个监测点的最短结构构件路径；将最短结构构件路径长度作为监测点对的空间相对距离。

5、通过采用上述技术方案，使得计算得到的空间相对距离能够真实反映监测点之间的力学传递关联程度，为后续力学梯度比值计算和空间力学耦合矩阵构建提供精准的空间维度依据，提升整体监测结果的可靠性。

6、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，在根据各个监测点在支护结构中的空间分布位置，计算所有监测点两两之间的空间相对距离的步骤之后，方法还包括：判断每个监测点对的空间相对距离是否处于预设有效耦合距离区间内，预设有效耦合距离区间包括预设最小耦合距离和预设最大耦合距离；若目标监测点对的目标空间相对距离不处于预设有效耦合距离区间内，则将目标监测点对在第一空间力学耦合矩阵和第二空间力学耦合矩阵中的对应位置标记为非耦合位置，并将非耦合位置的力学梯度比值赋值为预设非耦合默认值；若目标监测点对的目标空间相对距离处于预设有效耦合距离区间内，则保留对目标监测点对计算力学梯度比值。

7、通过采用上述技术方案，避免无效数据掩盖真实力学变化特征，进一步提升空间力学耦合矩阵的有效性与针对性，为后续受力差异矩阵分析和支护结构状态判定过滤冗余信息，提高监测分析效率与结果精准度。

8、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，根据预设支护结构失稳判定规则和受力差异矩阵，确定支护结构的当前运行状态，预设支护结构失稳判定规则中包括多个差异矩阵特征值区间和对应的安全或故障状态类型，具体包括：统计受力差异矩阵中非耦合位置数量占受力差异矩阵中全部位置总数量的比值，得到非耦合占比；根据非耦合占比与预设占比-修正系数对应关系，确定对应的阈值修正系数；利用阈值修正系数，对预设支护结构失稳判定规则中差异矩阵特征值区间的边界值进行修正，得到修正后特征值区间；计算受力差异矩阵的特征值，并将特征值与修正后特征值区间进行比对，确定支护结构的当前运行状态。

9、通过采用上述技术方案，使得预设支护结构失稳判定规则与支护结构的实际有效力学耦合范围相适配，让后续支护结构的状态判定更贴合其真实受力特性，有效提升不同耦合工况下支护结构状态识别的适应性与准确性。

10、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，计算受力差异矩阵的特征值，并将特征值与修正后特征值区间进行比对，确定支护结构的当前运行状态，具体包括：对受力差异矩阵进行特征值分解，得到受力差异矩阵的所有特征值，并从所有特征值中提取最大特征值；将最大特征值与修正后特征值区间进行逐一比对；若最大特征值落入修正后特征值区间中对应安全状态类型的区间内，则判定支护结构的当前运行状态为安全运行状态；若最大特征值落入修正后特征值区间中对应故障状态类型的区间内，则判定支护结构的当前运行状态为失稳故障状态。

11、通过采用上述技术方案，可直接区分安全运行与失稳故障状态，精准识别支护结构整体失稳风险，解决了多维数据难以快速判定整体状态的问题，大幅提升支护结构安全与故障状态判定的效率和直观性。

12、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，在将最大特征值与修正后特征值区间进行逐一比对的步骤之后，方法还包括：若最大特征值落入修正后特征值区间中对应预警状态类型的区间内，则统计受力差异矩阵中有效耦合位置处力学梯度比值变化量超过预设梯度变化阈值的位置数量，得到异常耦合位置数量，并计算异常耦合位置数量与全部有效耦合位置总数量的比值，得到异常耦合占比；若异常耦合占比大于预设异常占比阈值，则判定支护结构的当前运行状态为局部失稳预警状态；若异常耦合占比不大于预设异常占比阈值，则判定支护结构的当前运行状态为整体受力偏移状态。

13、通过采用上述技术方案，实现了支护结构预警状态的精细化分级判定，为运维人员提供精准的风险定位，助力针对性采取防控措施，有效降低局部失稳引发整体事故的概率。

14、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，结合各个监测点在第一时刻的第一监测数据和空间相对距离，计算所有监测点两两之间的力学梯度比值，具体包括：根据最短结构构件路径和支护结构的荷载传递方向，确定每个监测点对中两个监测点之间的力传递方向属性，力传递方向属性用于表示监测点对中的上游监测点和下游监测点；对每个监测点对，以上游监测点的第一监测数据与下游监测点的第一监测数据之间的差值除以空间相对距离，得到沿力传递方向的有向梯度比值。

15、通过采用上述技术方案，使得力学梯度比值能够真实反映力流传递过程中监测点之间的力学变化率，精准表征支护结构内部应力传递的动态差异，为空间力学耦合矩阵注入具有力学方向属性的有效数据，保障真实还原支护结构内部力传递关联，提升后续受力分析与状态判定的科学性和真实性。

16、第二方面，本技术实施例提供了一种监测系统，该监测系统包括：一个或多个处理器和存储器；该存储器与该一个或多个处理器耦合，该存储器用于存储计算机程序代码，该计算机程序代码包括计算机指令，该一个或多个处理器调用该计算机指令以使得该监测系统执行如第一方面以及第一方面中任一可能的实现方式描述的方法。

17、第三方面，本技术实施例提供一种包含指令的计算机程序产品，当上述计算机程序产品在监测系统上运行时，使得上述监测系统执行如第一方面以及第一方面中任一可能的实现方式描述的方法。

18、第四方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当上述指令在监测系统上运行时，使得上述监测系统执行如第一方面以及第一方面中任一可能的实现方式描述的方法。

19、可以理解地，上述第二方面提供的监测系统，第三方面提供的计算机程序产品和第四方面提供的计算机存储介质均用于执行本技术实施例所提供的方法。因此，其所能达到的有益效果可参考对应方法中的有益效果，此处不再赘述。

20、本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

21、1、通过采用上述技术方案，将单点监测数据转化为表示支护结构整体受力关联的矩阵信息，从而能够综合考量支护结构内部各个监测点之间的力学耦合关系，精准捕捉应力转移、局部应力集中等早期失稳征兆，有效避免单点监测易出现的漏判、预警滞后问题，全面提升支护结构运行状态评估的科学性、整体性与准确性，实现对支护结构安全状态的动态、可靠监测，以保障深基坑工程施工安全。

22、2、通过采用上述技术方案，使得预设支护结构失稳判定规则与支护结构的实际有效力学耦合范围相适配，让后续支护结构的状态判定更贴合其真实受力特性，有效提升不同耦合工况下支护结构状态识别的适应性与准确性。

23、3、通过采用上述技术方案，实现了支护结构预警状态的精细化分级判定，为运维人员提供精准的风险定位，助力针对性采取防控措施，有效降低局部失稳引发整体事故的概率。