[發(fā)明專利]基于大數(shù)據(jù)分析的盾構(gòu)施工地面沉降預(yù)測系統(tǒng)和方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201710303105.8 | 申請日: | 2017-05-03 |
| 公開(公告)號: | CN107092990A | 公開(公告)日: | 2017-08-25 |
| 發(fā)明(設(shè)計)人: | 孔憲光;常建濤;劉堯;王繼虎;王奇斌 | 申請(專利權(quán))人: | 西安電子科技大學(xué) |
| 主分類號: | G06Q10/04 | 分類號: | G06Q10/04;G06Q50/08;G06F17/50 |
| 代理公司: | 陜西電子工業(yè)專利中心61205 | 代理人: | 程曉霞,王品華 |
| 地址: | 710071 陜*** | 國省代碼: | 陜西;61 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 基于 數(shù)據(jù) 分析 盾構(gòu) 施工 地面沉降 預(yù)測 系統(tǒng) 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及地鐵盾構(gòu)施工領(lǐng)域的地面沉降預(yù) 測,具體是一種基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的盾構(gòu)施工地面沉降預(yù)測系統(tǒng)和方法,可用 于對盾構(gòu)施工過程中地面沉降量的預(yù)測。
背景技術(shù)
隨著地鐵建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,用于地鐵隧道施工的盾構(gòu)挖掘設(shè)備得到的大 量使用。盾構(gòu)機(jī)是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型機(jī)電液控一體化設(shè)備,同時由于盾構(gòu)施工 環(huán)境相對惡劣,地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜多變,所以在施工過程中會產(chǎn)生很多問題,其中對 地鐵施工影響較為嚴(yán)重的就是地面沉降。
地面沉降是指在盾構(gòu)施工中,由于地層物質(zhì)被挖出,隧道周圍地層土體的應(yīng) 力狀態(tài)和原本穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)將發(fā)生重分布,引起地層移動而導(dǎo)致不同程度地面 的隆起或沉降。而對地面沉降的預(yù)測就是要提前發(fā)現(xiàn)地面沉降問題,利用某種方 法及時預(yù)測出地面沉降量,將可能出現(xiàn)的重大施工事故進(jìn)行及時預(yù)警和匯報,提 高施工質(zhì)量。
關(guān)于地面沉降預(yù)測模型的建立,傳統(tǒng)方法通常是在單機(jī)、串行模式下進(jìn)行模 型訓(xùn)練,當(dāng)面對海量數(shù)據(jù)時,由于數(shù)據(jù)量巨大,數(shù)據(jù)的存儲和處理,會暴露出容 錯性差、速度慢、效率低等問題。這與盾構(gòu)地面沉降預(yù)測所要求的實時性、快速 性以及準(zhǔn)確性相悖。同時,傳統(tǒng)方法所使用的數(shù)據(jù)量較小,這對所建立預(yù)測模型 的準(zhǔn)確性具有較大影響。
隨著地鐵施工規(guī)模的不斷擴(kuò)大,日益增長的海量盾構(gòu)施工數(shù)據(jù),使傳統(tǒng)分析 方法面臨數(shù)據(jù)量巨大而帶來的難以解決的速度和效率問題,嚴(yán)重影響盾構(gòu)施工數(shù) 據(jù)的存儲能力和處理速度,進(jìn)而影響盾構(gòu)施工過程中的地面沉降量實時預(yù)測。同 時,傳統(tǒng)方法只能處理小樣本數(shù)據(jù),進(jìn)而會降低預(yù)測模型的預(yù)測準(zhǔn)確性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,提出一種具有海量數(shù)據(jù)存儲、冗余能力和實時、 高效計算能力的基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的地面沉降預(yù)測系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明是一種基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的盾構(gòu)施工地面沉降預(yù)測系統(tǒng),依據(jù)數(shù)據(jù) 走向依次包括有數(shù)據(jù)收集模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、特征提取模塊、建立預(yù)測模型 模塊和模型應(yīng)用模塊,所述數(shù)據(jù)收集模塊,包括有地質(zhì)數(shù)據(jù)收集子模塊、盾構(gòu)機(jī) 運行數(shù)據(jù)收集子模塊和地面沉降量數(shù)據(jù)收集子模塊,負(fù)責(zé)進(jìn)行地面沉降量預(yù)測所 需數(shù)據(jù)的收集;其特征在于,還設(shè)有大數(shù)據(jù)平臺模塊,大數(shù)據(jù)平臺模塊包括 Hadoop平臺子模塊和Spark平臺子模塊,Spark平臺子模塊是基于Hadoop平臺 子模塊,大數(shù)據(jù)平臺模塊中的Hadoop平臺子模塊分別與數(shù)據(jù)收集模塊、數(shù)據(jù)預(yù) 處理模塊、特征提取模塊、建立預(yù)測模型模塊和模型應(yīng)用模塊之間進(jìn)行雙向數(shù)據(jù) 存儲交互;大數(shù)據(jù)平臺模塊中的Spark平臺子模塊分別與數(shù)據(jù)收集模塊、數(shù)據(jù)預(yù) 處理模塊、特征提取模塊、建立預(yù)測模型模塊和模型應(yīng)用模塊之間具有滿足Spark 編程范式的并行計算通道;所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊,在Spark平臺并行計算框架下, 對數(shù)據(jù)集中的屬性進(jìn)行缺失值填補(bǔ)、離群點檢測和歸一化處理;所述特征提取模 塊在Spark平臺并行計算框架下,采用PCA降維算法進(jìn)行特征提取;所述建立預(yù) 測模型模塊是基于Hadoop子模塊中的海量數(shù)據(jù)并在符合Spark平臺子模塊的計 算框架下,利用多節(jié)點誤差平均值去觸發(fā)誤差反饋過程,用連接權(quán)值向量的平均 值向量作為最終預(yù)測模型的連接權(quán)值,形成預(yù)測模型,其中建立模型所需的輸入 數(shù)據(jù)為地質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)和盾構(gòu)機(jī)運行數(shù)據(jù),輸出數(shù)據(jù)為盾構(gòu)監(jiān)測點沉降量數(shù)據(jù);所 述模型應(yīng)用模塊是在大數(shù)據(jù)平臺模塊的基礎(chǔ)上,將建立預(yù)測模型模塊建立的預(yù)測 模型進(jìn)行功能封裝,并以API的形式提供模型接口,在盾構(gòu)施工過程,盾構(gòu)施工 人員調(diào)用該模型接口,實現(xiàn)對盾構(gòu)施工過程中地面沉降量的預(yù)測。
本發(fā)明還是一種基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的盾構(gòu)施工地面沉降預(yù)測方法,在權(quán)利 要求1-5所述的任一基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的盾構(gòu)施工地面沉降預(yù)測系統(tǒng)上實現(xiàn), 其特征在于,包括有如下步驟:
(1)搭建大數(shù)據(jù)平臺:確定大數(shù)據(jù)平臺模塊中的節(jié)點拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),節(jié)點數(shù)量 根據(jù)數(shù)據(jù)量大小進(jìn)行確定,在各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上按照需要配置相關(guān)環(huán)境,包含linux 操作系統(tǒng)安裝、節(jié)點網(wǎng)絡(luò)配置、ssh無密碼登錄設(shè)置、安裝java程序,在以上配 置環(huán)境基礎(chǔ)上,在各節(jié)點搭建Hadoop平臺形成Hadoop平臺子模塊和搭建Spark 平臺形成Spark平臺子模塊,大數(shù)據(jù)平臺為地面沉降預(yù)測提供海量數(shù)據(jù)存儲與計 算基礎(chǔ),提高預(yù)測實時性;
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G06Q 專門適用于行政、商業(yè)、金融、管理、監(jiān)督或預(yù)測目的的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或方法;其他類目不包含的專門適用于行政、商業(yè)、金融、管理、監(jiān)督或預(yù)測目的的處理系統(tǒng)或方法
G06Q10-00 行政;管理
G06Q10-02 .預(yù)定,例如用于門票、服務(wù)或事件的
G06Q10-04 .預(yù)測或優(yōu)化,例如線性規(guī)劃、“旅行商問題”或“下料問題”
G06Q10-06 .資源、工作流、人員或項目管理,例如組織、規(guī)劃、調(diào)度或分配時間、人員或機(jī)器資源;企業(yè)規(guī)劃;組織模型
G06Q10-08 .物流,例如倉儲、裝貨、配送或運輸;存貨或庫存管理,例如訂貨、采購或平衡訂單
G06Q10-10 .辦公自動化,例如電子郵件或群件的計算機(jī)輔助管理
- 數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中繼設(shè)備、數(shù)據(jù)中繼方法、數(shù)據(jù)系統(tǒng)、接收設(shè)備和數(shù)據(jù)讀取方法
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