[發(fā)明專利]一種硬巖TBM掘進控制參數(shù)智能決策方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710937469.1
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107632523B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發(fā)明（設計）人: 李建斌;荊留杰;李鵬宇;徐受天;楊晨;焦妮
• 申請（專利權）人: 中鐵工程裝備集團有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識產(chǎn)權代理有限公司 41125
• 代理人: 張紹琳;栗改

1.一種硬巖TBM掘進控制參數(shù)智能決策方法，其特征在于，其步驟如下：

步驟一：建立包含圍巖狀態(tài)數(shù)據(jù)庫和掘進參數(shù)數(shù)據(jù)庫的工程數(shù)據(jù)庫；

步驟二：根據(jù)圍巖狀態(tài)參數(shù)得到連續(xù)的圍巖等級W；利用三層神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量機和最小二乘回歸的方法對工程數(shù)據(jù)庫中的圍巖狀態(tài)參數(shù)和掘進控制參數(shù)進行數(shù)據(jù)挖掘和機器學習，通過數(shù)學計算獲取巖機互饋模型和智能控制決策模型；

步驟三：巖機互饋模型根據(jù)TBM上位機在線實時獲取的掘進參數(shù)對當前掘進環(huán)境的圍巖狀態(tài)參數(shù)進行預估，智能控制決策模型根據(jù)獲得的圍巖狀態(tài)參數(shù)對最佳掘進控制參數(shù)進行預估，將累積平均預估參數(shù)和當前預估參數(shù)顯示在TBM上；

步驟四：利用累積平均預估參數(shù)和當前預估參數(shù)對TBM的當前掘進參數(shù)進行自動或手動調(diào)整；

步驟五：將TBM實時掘進參數(shù)和其他TBM工程數(shù)據(jù)庫傳送至工程數(shù)據(jù)庫，進入步驟二對巖機互饋模型和智能控制決策模型進行自學習自更新；

所述圍巖狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中包含的數(shù)據(jù)有：單刀推力Ft、單刀扭矩Tn、貫入度P、刀盤轉(zhuǎn)速n、推進速度V；所述掘進參數(shù)數(shù)據(jù)庫中包含的數(shù)據(jù)有：巖石單軸飽和抗壓強度Rc、單位巖體體積的節(jié)理數(shù)Jv、圍巖等級W；

所述巖機互饋模型的獲取方法為：

步驟一：利用工程數(shù)據(jù)庫中的圍巖狀態(tài)數(shù)據(jù)庫求取圍巖狀態(tài)參數(shù)矩陣N＝[Rc，Jv，W]；提取掘進參數(shù)數(shù)據(jù)庫中對掘進循環(huán)有用的前10％掘進參數(shù)數(shù)據(jù)組成上升段掘進參數(shù)矩陣M1＝[Ft，Tn，P，n，V]；

步驟二：建立一個三層神經(jīng)網(wǎng)絡，將上升段掘進參數(shù)矩陣M1作為輸入，圍巖狀態(tài)參數(shù)矩陣N作為輸出，對初始神經(jīng)網(wǎng)絡進行有監(jiān)督的學習；選取掘進參數(shù)數(shù)據(jù)庫中70％的數(shù)據(jù)進行訓練，30％的數(shù)據(jù)進行測試，得到一個成熟的神經(jīng)網(wǎng)絡Net1，獲得圍巖狀態(tài)參數(shù)預測結果Ynet1；

步驟三：利用支持向量機將上升段掘進參數(shù)矩陣M1作為輸入，圍巖狀態(tài)參數(shù)矩陣N作為輸出，對其進行數(shù)據(jù)回歸；選取掘進參數(shù)數(shù)據(jù)庫中70％的數(shù)據(jù)進行訓練，30％的數(shù)據(jù)進行測試，得到一個成熟的回歸學習機svm1，獲得圍巖狀態(tài)參數(shù)預測結果Ysvm1；

步驟四：利用最小二乘回歸的方法將上升段掘進參數(shù)矩陣M1作為輸入，圍巖狀態(tài)參數(shù)矩陣N作為輸出得到數(shù)學模型如下：

獲得圍巖狀態(tài)參數(shù)預測結果Yreg1；

步驟五：將步驟二-四得到的圍巖狀態(tài)參數(shù)預測結果Ynet1、Ysvm1和Yreg1進行數(shù)學平均：獲得的巖機互饋模型Y1。

2.根據(jù)權利要求1所述的硬巖TBM掘進控制參數(shù)智能決策方法，其特征在于，所述根據(jù)圍巖狀態(tài)參數(shù)得到連續(xù)的圍巖等級W的方法是：

步驟一：將單位巖體體積的節(jié)理數(shù)Jv轉(zhuǎn)化為完整程度指標Kv的節(jié)點處進行插值，通過擬合得到擬合值Kv'＝e^{(-0.05Jv-0.11)}；

步驟二：根據(jù)工程巖體分級標準，利用單軸飽和抗壓強度Rc和擬合值Kv’求取巖體基本質(zhì)量指標BQ的值；

步驟三：將巖體基本質(zhì)量指標BQ轉(zhuǎn)化為圍巖等級W的節(jié)點處進行插值，通過擬合得到圍巖等級：W＝7-0.01*BQ，得到連續(xù)的圍巖等級。