（测试计量技术及仪器专业论文）桥梁安全评估专家系统的研究与实现.pdf

湖北工业大学硕士学位论文 摘要 目前，我国有许多现役桥梁已步入或即将步入老化阶段，对其进行安全性 和耐久性评估是一个值得特别关注的问题。安全评估成果的运用不仅可以适时 评定桥梁的健康状况及经济使用寿命，而且对正确指导桥梁的维护管理，延长 桥梁的剩余使用寿命，减少重大安全事故的发生具有十分重要的现实意义。 本文在现有桥梁安全评估的理论基础上，结合网络专家系统的理论，丌发 出了一套能够远程评估现役桥梁安全性和耐久性的专家系统。该系统具有远程 查询、知识录入、安全评估、评估曲线修改和桥梁缆索张力数据管理等功能。 在评估理论上，采用了两级模糊评估方法，对钢筋混凝土桥梁的耐久性进行了 模糊综合评估，并采用a h p 法对评估权向量进行了设置。同时，在斜拉桥缆索 张力的安全评估中，采用了频率法索力测试原理，设计和开发了缆索张力测试 系统的硬件和软件，并对索力安全评估、索力误差修正等方法进行了讨论。 在专家系统开发中，采用j 2 e e 平台和b s 架构，按照m v c ( 模型视图控 制器) 模式设计了专家系统的总体结构。并采用s t r u t s 框架和j s p 、x m l 、数据 库等软件开发技术，设计了推理机、知识库、索力数据管理和用户权限管理等 功能模块。同时，利用第三方图形开发包j f t e e c h a r t 和a p a c h e 通用日志包实现 了评估曲线的绘制以及日志记录等功能。 本文的特色和创新之处在于采用两级模糊评估方法实现了对钢筋混凝土桥 梁的耐久性评定，采用频率法实现了对斜拉桥缆索张力的安全评估，并开发出 了一套可供实际使用的桥梁安全评估专家系统。 关键词：桥梁；安全性评估；耐久性评估；模糊推理；专家系统；b s 结构 湖北工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t a tp r c s e n lc h i r mh a sm a n ya c t i v eb r i d g e sw h i c hh a v ee n t e r e do ra r ea b o u tt o e n t e rt h es t a g eo fa g m g t h o s ea s s e s s m e n t so fs a f e t ya n dd u r a b i l i t ya r eap a r t i c u l a r o d n c e r n s e c u r i t ya s s g 豁m e r l tr e s u l t sc a nb eu s e df o rn o to n l yt i m e l ya s s e s s i n gt h e s t a t u sa n dl i f eo ft h eb r i d g e ，b u ta l s ot h ec o r r e c tg u i d a n c eo fm a i n t e n a n c ea n d m a n a g e m e n t , e x t e n s i o no ft h er e m a i n i n gu s e f u ll i f e ，r e d u c et h en u m b e ro fs e c u r i t y i n c i d e n t so c c u l b a s e do nt h et h e o r yo ft h ee x i s t i n gb r i d g es a f e t ya s s e s s m e n t ，w i t han e t w o r k e x p e r ts y s t e mt h e o r y , t h i sd i s s e r t a t i o nd e v e l o p e dar e m o t ea s s e s s m e n ts e r v i c ef o r b r i d g es a f e t ya n dd u r a b i l i t y 1 1 1 i ss y s t e mh a sm a n yf u n c t i o n ss u c ha sr e m o t ei n q u i r i n g k n o w l e d g ei n p u t t i n g , s a f ee v a l u a t i o n , t h ea p p r a i s a lc u r v er e v i s i o na n ds oo n t 1 1 i s d i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e dt w o - l e v e lf u z z ya s s e s s m e n tm e t h o d sf o ra s s e s s m e n to f r e i n f o r c e dc o n c r e t eb r i d g e ，u s i n ga h pt 0s e tt h ep o w e rv e c t o r a tt h es a m et i m e ， u s i n gt h ef r e q u e n c ym e t h o dt om e a s u r ec a b l et e n s i o na n dd e s i g n i n gt h ec a b l et e n s i o n t e s t i n gs y s t e m d i s c u s s i n gt h ew a yo fc a b l et e n s i o ns a f e t ya s s e s s m e n ta n dt h e m e t h o df o re l t o rc o r r e c t i o no f c a b l et e n s i o n u s i n gj 2 e ep l a t f o r ma n db sf r a m e w o r k ，a c c o r d i n gt o t h em v c ( m o d e l v i e w c o n t r o l l e r ) m o d e l t h i sd i s s e r t a t i o nd e s i g n st h ew h o l es t i c n o f t h ee x p e r ts y s t e m u s i n gs t r u t sf r a m e w o r ka n dj s p , x m l a n do t h e rs o f t w a r ed e v e l o p m e n tt e c h n o l o g yt o d e s i g ni n f e r e n c ee n g i n e 、k n o w l e d g eb a s e 、s l i n g e r so fd a t am a n a g e m e n ta n du s e r p r i v i l e g em a n a g e m e n t , a n d s oo n m e a n w h i l e ，u s i n go f t h i r d - p a r t yg r a p h i c s d e v e l o p m e n tk i t sj f r e e c h a r ta n da p a c h el o gp a c k e t st oa c h i e v ec o m m o na s s e s s m e n t c u r v em a p p i n ga n dl o gr e c o r d s i nt h i sd i s s e r t a t i o n , t h ec h a r a c t e r i s t i e sa n di n n o v a t i o na l et ou s et w o 1 e v e lf u z z y m e t h o df o rt h ed u r a b i l i t ya s s e s s m e n to fr e i n f o r c e dc o n c r e t eb r i d g e sa n dt ou s e f r e q u e n c ym e t h o dt oa c h i e v et h es a f e t ya s s e s s m e n to fc a b l et e n s i o n m o r e o v e r , i t d e v e l o p sas u i to f p r a c t i c a lu s e f u ls a f e t ya s s e s s m e n te x p e r ts y s t e m k e y w o r d ：b r i d g e s ；s a f e t ya s s e s s m e n t ；d u r a b i l i t ya s s e s s m e n t ；f u z z yr e a s o n i n g ； e x p e r ts y s t e m ；b ss t r u c t u r e i i 佩 l 工繁火港 学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取 得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：歇日期：p 吖年 月1 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关 部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖北t 业大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。 学位论文作者签名：略娠岩 日期：啼月1 日= 嘉1 一 湖北工业大学硕士学位论文 第1 章引言 1 1 课题来源及研究意义 本课题来源于湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队项目“现役桥梁结构 损伤安全综合评定关键技术的研究”( 鄂教科 2 0 0 4 1 7 号) 。 桥梁投人使用后，其结构安全性和耐久性是一个特别关注的问题。科学地、 客观地评价桥梁的现行工作状态，及时采取维护保养措施以保证大桥的良好运行 具有极大的社会经济效益。专家系统在桥梁养护维修中的应用很多，桥梁评估专 家系统主要应用于现状评价和修复等，由于目前我国有许多现役桥梁已步入或即 将步入老化阶段，专家系统评估成果的运用可以适时评定桥梁结构的健康状况及 经济使用寿命，对正确指导桥梁的维护管理，合理延长桥梁的剩余使用寿命，减 少重大安全事故的发生具有十分重要的现实意义。 1 2 国内外研究概况 1 2 1 国内研究 在我国，1 9 9 6 年颁布的公路养护技术规范中，对桥梁技术状况评定标准及 裂缝宽度评定级别等做出了规赳”。清华大学、同济大学、大连理工大学、中国科 学院初中国水利水电研究院共同承担的国家自然科学基金项目“重大土木与水利 工程安全性与耐久性的基础研究”，对安全性与耐久性开展系列研究，涉及结构耐 久性的内容有耐久性综合监测系统、影响结构耐久性的各种数学物理模型，测试 及模拟试验方法，现有结构剩余寿命的预测和结构维修方法及耐久性设置标准等， 建立了钢筋锈蚀与混凝土冻融破坏的预测模型、混凝土碳化模型、碱一骨料反应 的数学物理模型2 1 。李清富提出了基于模糊数学理论的混凝土结构耐久性评估模型 p 】。西南交通大学研制的铁路桥梁承载力评估及对策专家系统( r b c a i ) 包括建立 桥梁数据库、数据库管理系统和建立桥梁损伤等级评估及对策专家系统。交通部 湖北工业大学硕士学位论文 公路科学研究所与北京市公路局共同开发建立了北京市公路桥梁基本数据库，并 在此基础上继续合作完成了公路桥梁使用功能评定方法【4 】。袁万城、崔飞和张 启伟结合桥梁的结构特性与工作环境提出了桥梁健康监测与状态评估的方法f 5 1 。史 家钧、陈兆能和胡熊提出了大型拉索桥梁安全性与耐久性的评估方法【6 1 1 7 1 。 1 2 2 国外研究现状 k o s t e mc n 于1 9 8 6 年开发了公路桥梁评价专家系统，它实际上是一个用常规 软件方法编制的桥梁分类程序的界面，目的是提高其可用性，这个程序还设置了 数据库与有限元程序之问的接口删。f u r a t a h 等1 9 于1 9 9 1 年基于模糊推理机制开发 了用于桥梁损伤评估的基于知识的专家系统，可对钢筋砼板桥的损伤及其剩余寿 命进行评估，以基于规则的原理编制，使用模糊集进行知识库查询与解释。f u r u t a h 等【i o l 于1 9 9 6 年开发了桥梁损伤评估的模糊专家系统，采用遗传基因与神经网络 理论，可用于钢筋砼桥梁的耐久性评价。m e l h e mh g 等【1 于1 9 9 6 年开发了桥梁 现状评估专家系统，利用多维决策模型与模糊集合理论来评价桥梁的现状。c a t t a n j 0 2 1 等于1 9 9 7 年研究了神经网络系统在桥梁现状评估中的应用( 特别是在输人数据 中含有离散的相关系数组合参数时) ，表明可以对网络进行成功的训练。m i k a m ii 【”】 等于1 9 9 4 年开发了修复钢桥的具有学习能力的专家系统，采用一种新型的推理机， 可根据用户的反映进行学习。w i l s o nj l f 1 4 1 等于1 9 9 7 年开发了桥梁全寿命工程决 策支持系统，可对桥梁设计、施工、运营、养护、维修各个阶段进行评估，提出 了关于桥梁的功能、可维修性、运营造价、安全及在其预期寿命内环境影响的评 价方法、计算模型、多参数数据库和具有分布交互能力的知识系统。 1 3 本文的主要工作 本文在通过对国内外有关桥梁安全性评定的理论方法的收集与整合的基础上， 针对整合后的方法进行的系统知识库的设计，并根据系统的知识库进行推理机的 设计，细化整个桥梁损伤安全评估专家系统的系统构架，逐步细化分析整个评定 2 湖北工业大学硕士学位论文 系统的功能，采用j a v a 语言，依据j 2 e e 的标准设计构建基于w e b 的桥梁安全性 评定专家系统。 本文分为六个章节： 第1 章，提出本文研究的背景和意义，阐述了专家系统的相关方面，主要是 桥梁安全评估专家系统的发展情况和国内外的研究情况。 第2 章，主要是从专家系统的原理开始，在了解了专家原理的基础上就模糊 推理系统做了进一步的理论阐释，并就系统的主要开发平台做了详细的介绍。 第3 章，主要是关于整个系统两层模糊推理的理论部分，首先介绍了钢筋混 凝土桥梁耐久性的评估模型，接着介绍了两层模糊评估的基本步骤和方法，并介 绍了一个评估实例。 第4 章，主要是关于桥梁缆索张力测试系统的实现和斜拉桥索力安全评估方 法的实现。在桥梁缆索张力测试系统的实现过程中包括该系统的硬件设计和软件 设计，硬件部分主要采用了便携式p c m c i a 数据采集卡和笔记本电脑，软件部分 采用l a b w i n d o w s c v i 开发了该系统。 第5 章，主要是关于桥梁安全评估系统的实现，详细介绍了本系统的总体设 计，首先分析系统将要完成的系统功能，根据系统的功能结构设计系统的整体架 构，接着按照整体架构对系统进行功能模块的划分，主要的分为三大功能模块： 索力信息管理模块、钢筋混凝土桥梁评估模块和用户管理模块。通过j b u i l d e r 2 0 0 0 和s q l s e r v e r 2 0 0 0 开发了b s 架构的桥梁安全评估专家系统。 第6 章，对全文的研究工作进行总结，并确定下一步的研究方向。 湖北工业大学硕士学位论文 第2 章专家系统及其开发平台概述 2 。1 专家系统的定义 专家系统( e x p e r ts y s t e m , e s ) 是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序 系统。专家系统内部含有大量的某个领域的专家水平的知识和经验，能够运用人 类专家的知识和解决问题的方法进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，来 解决该领域的复杂问题【1 5 l 。 专家系统早期先导者之一、斯坦福大学的e d w a r df e i g c n b a u m 教授把专家系统 定义为“一种智能的计算机程序，它运用知识和推理来解决只有专家j 能解决的 复杂问题”。也就是说，专家系统可视为一类具有专门知识的计算机智能程序系统， 它能运用特定领域一位或多位专家提供的专门知识和经验，采用人工智能中的推 理技术来求解和模拟通常由专家才能解决的各种复杂问题，达到与专家具有回答 解决问题的能力，它可使专家的特长不受时间和空间的限制。 2 2 专家系统的一般结构 专家系统的结构是指专家系统各组成部分的构造方法和组织形式。选择什么 结构最为合适，要根据系统的应用环境和所执行的任务特点来确定。系统结构选 择恰当与否，直接关系到专家系统的适用性和效率1 6 1 。 专家系统一般的系统结构框图如图2 1 所示，其组成部分及其主要功能说明如 下： 1 7 1 4 图2 1 专家系统的基本构成 1 知识库 知识库( k n o w l e d g e b a s e ) 以某种存储结构存储领域专家的知识，包括事实 和可行的操作于规则等。为了建立知识库，首先要解决知识获取与知识表示的问 题。知识获取是指知识工程师如何从领域专家那里获得将纳入知识库的知识。知 识表示要解决的问题是如何使用计算机能够理解的形式来表示和存储知识的问 题。 2 全局数据库 全局数据库( g l o b a ld a t a b a s e ) 亦称为总数据库，它用于存储求解问题的初 始数据和推理过程中得到的中间数据 3 推理机 推理机( r e a s o n i n gm a c h i n e ) 根据全局数据库的当前内容，从知识库中选择 可匹配的规则，并通过执行规则来修改数据库中的内容，再通过不断的推理导出 问题的结论。推理机中包含如何从知识库中选择规则的策略和当有多个可用规则 时如何消解规则冲突的策略。 4 鳃释器 解释器( e x p o s i t o r ) 用于向用户解释专家系统的行为，包括解释“系统是怎样 得出这一结论的”、“系统为什么要提出这样的问题来询问用户”等用户需要解释 的问题。 湖北工业大学硕士学位论文 5 人机接口 人机接口( i n t e r f a c e ) 是系统与用户进行对话的界面。用户通过人机接口输入 必要的数据、提出问题和获取推理结果及系统作出的解释；系统通过人机接口要 求用户回答系统的询问，回答用户的问题和解释。 2 3 专家知识的获取 拥有知识是专家系统有别于其他计算机软件系统的重要标志，而知识的质量 和数量又是决定专家系统的关键因素。知识获取就是要解决如何使专家系统获得 高质量的知识。 知识获取是一个与领域专家、知识工程师以及专家系统自身都密切相关的复 杂问题，由于各方面的原因，至今仍然是一件相当困难的工作，被公认为是专家 系统建造中的一个“瓶颈”问题。虽然已有许多人工智能学者在开展这方面的研 究工作，希望实现知识的自动获取，即由建造的专家系统自动完成知识的获取， 并且也取得了一些成果，但是距离知识的完全自动获取还相距甚远，还需要解决 许多理论上技术上的困难问题。目前，知识获取通常是由知识工程师与专家系统 中的知识获取模块共同完成的，知识工程师负责通过领域专家抽取知识，并用适 当的知识表示方式把知识表示出来。专家系统中的知识获取模块负责把知识转换 为计算机可存储的内部形式，把它们存入知识库。在知识存储的过程中，要对知 识进行一致性、完整性的检测 知识获取的基本任务是为了专家系统获取知识，建立起健全、完善、有效的 知识库，以满足求解领域问题的需要。按知识获取的自动化程度划分，知识获取 可分为非自动知识获取和自动知识获取两种方式。 2 4 模糊集合与模糊推理系统 2 4 1 模糊性与模糊集合 模糊性又称非明晰性。它的出现是由于概念本身模糊，一个对象是否符合这 6 湖北工业大学硕士学位论文 个概念难以确定，在质上没有明确含义，在量上没有明确界限。这种边界不清的 性质，不是由人的主观认识造成的，而是事物的一种客观属性。概念外延的不确定 性质，可以用模糊数学作为工具来研烈瑚。 1 9 6 5 年，美国学者l - a z a d e h 创建了模糊集合论，提出了模糊信息的处理方 法。模糊集合论的贡献在于引入了集合中元素对该集合的“隶属度”，从而将经典集 合论里的特征函数取值范围由二值 o ，1 推广到区间【o ，l 】，将经典二值逻辑推广至 多值逻辑，使得模糊性可以用【o ，l 】上的区间来度量【1 9 】例。 设u 表示一些对象的集合，称之为论域。对于u 的一个子集a ，可以用它的 特征函数来表示，令 胁，= 比；三 舭是定义于u 上取值于 o ，1 1 拘1 5 数，称为集合a 的特征函数。舭明确表 示了集合a 。对于u ，若加b u ) = 1 ，则说是a 中的元素；若舭( ) = 0 ，则 说不是a 中的元素。由此出发，可以给出模糊集合的定义。 定义设u 是论域，u 上的一个模糊集合a 由u 上的一个实值函数 z 月：u 一【o ，l 】表示。 对于u ，儿) 称为对于a 的隶属度，而z 称为a 的隶属度函数。 对于我们来说，模糊集合a 是一个抽象的东西，而函数。则是具体的，我们 只能通过来认识和掌握a 。 过去，我们常用的集合的表达，是枚举所有元素，或者给出元素的代表及其 属性( 判断性质) ，前者是对于外延的表达，后者是对于内涵的刻画。总之，我们称 其为集合的元素表达。而集合的另一种表达是隶属度函数表达，实际上这是一种 对于外延的表达，对于一个模糊集合来说，只有隶属函数的表达。 这样，对于论域u 的一个元素和u 上的一个子集a ，我们不再简单地问是 “绝对”属于还是不属于a ，而是问z 在多大程度上属于还是不属于a 。隶属度 a ( ) 正是z 属于a 的程度的数量指标。若a ( ) = o ，则认为完全不属于a ；若 a ( 产l 则认为完全属于a ；若o a ( g ) 1 ，则说z 在a ( ) 程度上属于a 。这 7 湖北工业大学硕士学位论文 是在完全属于a 和完全不属于a 的元素之间，呈现出一种中间过渡状态，或叫做 连续变化状态。这也是我们所说的，a 的外延表现出不分明的变化层次，表现出 模糊性。 当论域u 为有限点集，即u = 伽：以 时，u 上的模糊集可以用向量 a = “2 以) ，来表示，这里麒= a c u , ) ，i - l ，n 。 一般地，若一个向量的每个坐标都在 o ，1 】之中，则其称为模糊向量。 2 4 2 模糊i f - t h e n 规则 模糊规则是对自然或人工语言中的单词和句子定量建模的有效工具。如果将 模糊规则理解为恰当的模糊关系，可以研究不同的模糊推理方案，用基于复合推 理规则的推理过程，从一组模糊规则和己知事实中推得结论。 定义模糊i f - t h e n 规则 模糊i f - t h e n 规则( 也称为模糊规则、模糊隐含、模糊条件句) 的形式为 i f x 是at h e n y 是b 其中a 和b 分别是论域x 和y 上的模糊集合定义的语言值。通常，称“x 是 a ”为前件或前提，“y 是b ”为后件或结论。 2 4 3 模糊推理系统 模糊推理系统是建立在模糊集合理论，模糊i f - t h e n 规则和模糊推理等概念基 础上的先进的计算框架踟。它在诸如自动控制、数据分析、决策分析、专家系统、 时间序列预测、机器人和模式识别等众多领域中得到了成功地应用。由于其多学 科性质，模糊推理系统还有许多其它的叫法，如基于模糊规则的系统，模糊专家 系统、模糊模型、模糊逻辑控制器，以及只是简单地( 而且含糊的) 被称作模糊系统。 模糊推理系统的基本结构有三个重要部件组成：一个规则库，包含一系列的模糊 规则；一个数据库( 或词典) ，它定义模糊规则中用到的隶属函数；和一个推理机制， 它按照规则和所给事实进行推理过程，求得合理的输出或结论。 下图2 2 所示为具有精确输出的模糊推理系统，其中长划线表示具有模糊输出的 湖北工业大学硕士学位论文 基本模糊推理系统，去模糊化模块覆辙将输出的模糊集合转换成一个精确的数值。 精确 - x 图2 2 模糊推理系统的框图 2 5b s 结构的专家系统开发方法 y 专家系统作为一种求解特定领域问题得智能计算机程序已经渗透到各个领域 中。在桥梁中，如前所述，k o s t e mc n ( 1 9 8 6 ) 、f u r u t ah ( 1 9 9 1 ) 、f u r u t ah ( 1 9 9 6 ) 、 m e l h e m h g ( 1 9 9 6 ) 等人开发了各式各样的正对桥梁养护与维修应用的专家系统， 但由于当时网络系统并不健全，大多采用的是c s 模式开发的专家系统，传统的 专家系统在商业上的成功以及i n t e m e t 所具有的高度资源共享和不受时问、地理位 置的灵活访问的特点，使专家系统从单机平台转向i n t e m e t 成为必然的趋势。w e b 技术作为一项重要的技术，在i n t e r a c t 中得到了广泛应用。因此，研究专家系统与 w e b 技术的集成，开发基于i n t e m e t 的专家系统，是专家系统开发的需要【2 lj 。 首先，我们先分析一下传统专家系统存在的问题：尽管传统专家系统在商业 上取得了很大成功，但是仍存在以下比较明显的问题。专家系统修改或升级后的 软件分发问题。由于传统专家系统大多数是建立在单机平台上，一旦修改或升级， 开发者必须将修改结果及有关文档物理地分发给所有用户，给专家系统的维护和 管理带来很多不便 2 2 彩】。因而采用b s 结构来对专家系统进行丌发，是一种比较 好的解决方法。 本系统采用了j s p 、s e r v e l t 、j a v a b e a n 等主流开发技术来构建b s 结构的专家 9 湖北工业大学硕士学位论文 系统，采用了目i j i 比较流行的s t r u t s 框架来作为系统开发的框架，采用了 s q l s e r v e r 2 0 0 0 作为系统的数据库平台。以下我们将对j s p 、s e r v e l t 、j a v a b e a n 、 j d b c 等主流的w e b 开发技术一一做个介绍。 2 5 1j a v aw e b 应用概述 本系统是采用j a v a 语言编写的网络应用程序。j a v a 语言是从1 9 9 5 年的暑假开 始在计算机业界受到了高度注意的，特别是在i n t e m e t 和多媒体( m u l t i m e d i a ) 相关 产品类方面。它是由美国s u n 计算机公百q ( s u nm i c r o s y s t e m s ，i n c ) 所研究而成的语 言。 j a v a w e b 应用的核心是j a v a s e r v e r p a g e 和s e r v l e t 。此外，开发一个完整的j a v a w e b 应用还涉及以下概念及技术：j a v a b e a n 组件、e j b 组件、自定义j s p 标签、 x m l 、w e b 服务器和应用服务器。图2 3 显示了j a v aw e b 应用结构闭： 图2 3j a v aw e b 应用结构 2 5 2d s p s e r vle t j a v a b e a n 1 j s p j s p ( j a v a s e r v e rp a g e s ) 是由s u n 公司倡导、许多别的公司参与一起建立的一种 动态网页技术标准，类似其他技术标准，如a s p 、p h p 或是c o l d f u s i o n 等等。 j a v a s e r v e rp a g e s 技术是一个纯j a v a 平台的技术，它主要用来产生动态网页内 容，包括：h t m l 、d h t m l 、x h t m l 和x m l 。j a v a s e r v e rp a g e s 技术能够让网页 1 0 湖北工业大学硕士学位论文 人员轻易建立起功能强大、有弹性的动念内容1 ”1 。 2 s e r v l e t s e r v l e t 组件在w e b 应用中担任重要角色。s e r v l e t 运行于s e r v l e t 容器中，可 以被s e r v l e t 容器动态加载，来扩展服务器的功能，并提供特定的服务。s e r v l e t 按 照请求响应的方式工作。在j s p 技术尚未问世之前，s e r v l e t 和a p p l e t 分别是j a v a 在服务器端( s e r v e r - s i d e ) 和客户端( c l i 锄t - s i d e ) 所推广的解决方案【2 8 】。 3 j a v a b e a n j a v a b e a n 是一种可重复使用、且跨平台的软件组建。j a v a b e a n 可分为两种： 一种是由用户界面( u i ，u s e r i n t e r f a c e ) 的j a v a b e a n ；还有一种是没有用户界面，主 要负责处理事务( 如数据运算，操作数据库) 的j a v a b e a n 。j s p 通常访问的是后一种 j a v a b e a n 2 9 1 。 2 5 3j d b c 与数据访问对象d a o 1 j d b c j d b c 是j a v ad a t a b a s ec o n n e c t i v i t y 的缩写，是s u n 提供的一套数据库编程接 口a p i 函数，由j a v a 语言编写的类、界面组成。用j d b c 写的程序能够自动地将 s q l 语句传送给相应的数据库管理系统。不但如此，使用j a v a 编写的应用程序可 以在任何支持j a v a 的平台上运行，不必在不同的平台上编写不同的应用【3 0 l 。 整个j d b c 包被分成两个包：j a v a s q l 和j a v a x s q l 。j a v a s q l 是核心包，起初是 为了1 9 9 7 年i ；i 后发布的j d b c l 0 版创建的。j d b c 2 0 版包括了对j d b c 包的一系 列扩展，这些扩展单独放在j a v a x s q l 包中。 j a v a s q l 包提供了j d b ca p i ，程序员可以通过它编写访问数据库的程序。在 j a v a s q l 包里定义了访问数据库的接口和类。j d b c a p i 并不能直接访问数据库，它 依赖于数据库厂商提供的j d b cd r i v e r ( j d b c 驱动程序) 。 2 数据访问对象d a o ( d a t a a c c e s so b j e c t ) 数据访问对象( d a o ) 封装数据库访问的细节，提供对数据库中表的粗粒度或者 一尺一条记录的访问。值对象封装了被访问的数据结构，有效地表示了被访问的 湖北工业大学硕士学位论文 记录1 3 1 1 。d a o 的目的是封装数据库访问和提供为业务对象屏蔽访问细节的方法。 2 5 4j 2 e e 应用服务器 1 j a k a r t at o m c m 服务器 j a k a r at o m c a t 服务器是在s u n 公司的j s w d r d j a v a s e r v e rw e bd e v d o p m e n t k i t ) 的基础上发展起来的一个优秀的s e r v l e t j s p 容器，它是a p a c h e j a k a r a 软件组织的 一个子项目。它不但支持运行s e r v l e t 和j s p ，而且还具备了作为商业j a v aw e b 应 用容器的特征。 2 w e b l o g i c 应用服务器 w e b l o g i c 是美国b e a 公司出品的一个w e bs e r v e r 确且的说是一个基于j 2 e e 架构的中间件，w e b s e r v e r 是用来构建网站的必要软件用来解析发布网页等功能， 它是用纯j a v a 开发的。b e a w e b l o g i c 是用于开发、集成、部署和管理大型分布式 w e b 应用、网络应用和数据库应用的j a v a 应用服务器。将j a v a 的动态功能和j a v a e n t e r p r i s e 标准的安全性引入大型网络应用的开发、集成、部署和管理之中。 2 5 5m v c 模式与s t r u t s 框架 1 m v c 模式 m v c ( m o d e l v i e w - c o n t r o l l e r , 模型视图一控制器) 是一种在交互式应用中广为使 用的设计模式，它将一个复杂的应用按功能划分为三个不同的模块：模型( m o d e l ) 、 视图( e w ) 和控制器( c o n n o l l e r ) 【硐。各个模块的功能说明参见下表2 1 ： 表2 1m v c 的三个模块 m v c 模块描述 模型( m o d e l ) ： 视图( e w ) ： 控制器( c o n 仃0 l l e r ) 代表系统的业务逻辑和数据，是整 个系统的核心 将模型的内容以可视化的方式表现 给用户，还负责将用户的请求发送到控 制器。 是视图与模型联系的中介，它把用户 和视图的交互映射到模型的动作，并将 1 2 湖北工业大学硕士学位论文 模型动作的结果转发给相应的视图以反 馈给用户。 各个模块间的相互作用情况如下图2 5 所示。客户可以从视图提供的客户界面 上浏览数据或发出请求，客户的请求由控制器处理，它根据客户的请求调用模型 的方法，完成数据更新，然后调用视图的方法将响应结果展示给客户。视图也可 以直接访问模型，查询数据信息，当模型中数据发生变化时，它会通知视图刷新 界面，显示更新后的数据。 图2 5m v c 的设计模式 2 s t r u t s 框架 s t r u t s 最早是作为a p a c h ej a k a r t a 项目的组成部分问世运作。项目的创立者希 望通过对该项目的研究，改进和提高j a v as e r v ep a g e ( j s p ) 、s e r v l e t 、标签库以及面 向对象的技术水准。s t r u t s 是一个开发源代码的w e b 应用框架，基于m v c 设计模 式，使用s e r v l e ! t 和j s p a p i 建立，可以用来构建复杂的w e b 应用。它允许我们分 解一个应用程序的商业逻辑、控制逻辑和表现逻辑的代码，使它的可重用性和维 护性更好。 湖北工业大学硕士学位论文 s t r u t s 把m v c 设计模式运用到w e b 应用中，它由一组相互协作的类、s e r v l e t 及j s pt a gl i b r a r y 组成。基于s t r u t s 框架的w e b 应用程序基本上符合j s pm o d e 2 的设计标准，可以说是m v c 设计模式的一种变化类型。 2 6 本章小结 本章主要介绍了专家系统构成的理论知识以及基于b s 结构软件系统构筑的 关键技术。在本章中，分类详细介绍了专家系统基本原理及其基本构成，还介绍 了模糊集合理论，以及以此为理论基础的i f - t h e n 规则和模糊推理系统。另外，还 详细叙述了基于j a v a 的b s 结构方面的知识，以及本系统所采用的核心技术 j s p s e r v l e t j a v a b e a n 、m v c 模式、s t r u t s 框架等等。 1 4 湖北工业大学硕士学位论文 第3 章钢筋混凝土桥梁安全性的模糊综合评估 3 1 钢筋混凝土桥梁的评估模型 在参考有关参考文献【3 2 。3 明的基础上，采用了以下的评估机理来对桥梁进行综合 评估。 影响钢筋混凝土桥梁耐久性的因素很多，如采用单级模糊评估不仅难度大， 而且会使问题不易得到解决。本系统中采用两级模糊评估吲。 第一级评估：由部件的状况评估出其耐久性等级； 第二级评估：由各级部件的耐久性等级评估出钢筋混凝土桥梁体系的耐久性等 级。 基于桥梁体系的可分性和相对独立性的基本假设，在评估模型中将钢筋混凝 土桥梁分解为上部钢筋混凝土承重部件、桥墩( 台) 及基础、其他部件三个相对独立 的部分，按各自的准则及指标进行分块评估，再针对统一的标准聚合成钢筋混凝 土桥梁体系耐久性的综合评估。该评估模型具有分解适当、界限清楚、模型结构 简单的特点，便于工程技术人员接受和使用： 钢 筋 锈 蚀 混 凝 十 碳 化 氯 离 了 龠 量 混 凝 七 攒 伤 冻 融 破 坏 混 凝 十 质 量 图3 1 桥梁耐久性评估模型图 支 座熊| | | 物ll ( 护) li 杆 ll 坡l 萁 他 部 件 湖北工业大学硕士学位论文 3 2 模糊综合评估方法的基本步骤 1 确定评估对象因素集u u = u l ，u 2 ，u 3 ，u i l 2 确定评估等级v 、k v l v 2 ，v s ，v 。 3 进行单因素评估，建立模糊关系矩阵r 模糊关系矩阵r 又称模糊变换器，其形式如下： r = l 2 r 2 1r 2 2 l2 r , ir 2 ( o 1 ；1 - i 玎；1 ，4 ) 其中，r 0 ( j = l ，2 ，3 ，4 ) 为u 中因素u i 对应v 中等级v j 的隶属度关系，即从因素 u i 着眼被评估对象时，被评估对象能被评为v j 的隶属关系，因而( j 2 1 234 ) 是第 j 个因素u i 对该事物的单因素评估，它构成了模糊综合评估的基础。r 日的值可以 由隶属函数求得。 在模糊评估集 v i ，v 2 ，v 3 、，4 ) 中，任给v j 中( i i ) ，从而确定了一个从u 到 ，( 善) ) 的映射：咋： 托：u 一 以( x ) 吩= k 雷椭 任一从u 到 以( x ) ) 的映射 都唯一地确定了一个子集 一= 缸i 以( x ) 。以) 1 6 湖北x - 业大学硕士学位论文 v j 以_ ( x ) 为其特征函数，即隶属函数。v j 的隶属函数在x 处的取值_ ( x ) 即 为x 对于v j 的隶属程度。当x 完全属于v j 时，t _ = l ；当x 完全不属于v j 时，_ = 0 ； 当x 处于中间状态时，肛。= 虬( 力。 4 确定评估因素权向量集a a 量u 中各个因素对被评估事务的隶属度关系，它取决于进行模糊综合评价 的着眼点，即评估时着重与于哪些因素。a = a l ，a 2 ，a 3 ，a 4 。 5 选择模糊合成算子，将a 与r 合成得到评估结果b 模糊综合评估的基本模型为： b = a 。r 即： b = 【6 lb 吒】= k 。a ：a n 】d 1 l 2 ，2 l 嘞 l奶 r ir 2 上式表示，评估因素与被评估事物间的模糊关系通过模糊变换器r 形成了被评估 事务与评估等级间的模糊关系b 。式中“”代表模糊合成算子，也可表示为 屯= ( q 0 ) v ( 口2a r 2 ，) v v ( ) 其中“a ”为广义模糊“与”运算，“v ”为广义模糊“或运算”。广义模糊“与” 运算是在全面考虑各种因素时，对原来的单因素模糊评估的r l j 进行修正，广义模 糊“或”运算则是对修正后的隶属度进行合成处理，以求得到一个综合评估向量。 对钢筋混凝土桥梁耐久性评估采用以下运算式： 屯= m j l l q ，1 ) i f f i l 式中i 为因素数，i = l ，2 ，3 ，i l ；j 为评估等级数，j = l ，2 ，3 ，n ；a l 为因素u i 的权数；r i j 为因素u i 隶属于v i 等级的程度b ；b l 为评估结果隶属于v i 等级的程度。 这种模糊综合评估模型的优点是在决定各因素的评估对等级v i 的隶属度b i 时， 1 7 湖北工业大学硕士学位论文 保留了单因素评估的全部信息，对所有因素的影响均加以考虑，而不只是考虑b i 影响最大的因素，所以比较适用于对钢筋混凝土桥梁耐久性评估的要求。 6 对模糊综合评估结果b 进行分析处理。 该步骤可使评估结果的信息得以清晰化，从而最终确定被评估对象的等级归 属。 模糊综合评估结果b 为一个模糊子集，是与评估等级集对应的一组隶属度数 值，它反跌了结构耐久性在模糊等级v 中所处的等级情况，它并不严格地属于哪 一个级别，而是在各个级别中都有分值分布，各分值表明该结构耐久性隶属于各 个级别的程度大小。 利用模糊综合评估结果b 确定评估结果时，最常用的是最大隶属度原则，即 如果 j j 1 ，2 ，3 ，m 使得 一( u 。) = m 野e ( u o ) 。 f j ， 则说明评估对象在v 中相对属于v i 。 最大隶属度原则虽然简便易行，但丢失信息多，而且当两个以上等级的隶属 度均为最大值时，按最大隶属度原则难以作出确切的评估。 采用贴近度法对模糊综合评估结果b 进行分析，从而确