[發明專利]一種智能化的盾構TBM數據采集與補全方法

有效

• 申請號: 201811160309.1
• 申請日: 2018-09-30
• 公開（公告）號: CN109460401B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 孫振川;洪開榮;褚長海;李鳳遠;張合沛;高會中;周振建;任穎瑩;許華國;高攀
• 申請（專利權）人: 中鐵隧道局集團有限公司;盾構及掘進技術國家重點實驗室
• 主分類號: G06F16/215
• 分類號: G06F16/215;G06F16/22;G06F16/2458;G06Q50/08
• 代理公司: 鄭州浩翔專利代理事務所(特殊普通合伙) 41149
• 代理人: 靳錦;邊延松

本發明公開了一種盾構TBM掘進過程中對盾構TBM設備進行遠程監控的智能化的數據采集與補全方法，主要包括盾構TBM采集算法，采集參數閾值算法和關鍵數據補全方法三部分，實現了在減少盾構TBM數據采集頻率的情況下，確保采集數據有效性和完整性，解決了盾構TBM數據采集完整性和數據量的最優比，過濾了無用數據，節省了數據中心數據傳輸帶寬，硬盤存儲容量，服務器的數量，減輕了數據中心數據查詢以及大數據分析和挖掘的壓力。提高大數據分析的效率，同時使用高魯棒性的算法，來計算采集參數的閾值，剔除少量異常數據對閾值計算的干擾，對盾構TBM關鍵數據補全，提高數據的完整性和可用性。

技術領域

本發明涉及盾構TBM施工信息化領域，特別是涉及使用一種智能化的盾構TBM數據采集與補全方法來采集和處理盾構TBM設備的實時數據。

背景技術

近年來，國家基建隧道建設規模持續增加，國家一批超大、超埋深、水下高風險隧道及小間距，大坡度等復雜線性隧道也越來趨向盾構法施工。工程項目的廣泛分布給盾構TBM施工統一管理、設備及時調度、工程風險管控、企業重大決策等增加了很大的難度。但是由于盾構TBM信息化管理處于研究階段，盾構TBM數據采集受到帶寬、存儲的影響，不允許進行高頻采集，同時即時花費高昂的代價購置硬件等一系列設備來增加系統容量，也會導致大量無用數據占據數據庫，給數據的檢索、大數據的分析挖掘以及后續的智能決策帶來很大的困難，目前急需一種智能化的盾構TBM數據采集與數據補全方法，既能滿是數據完整性、有效性的要求，有不需要高昂的硬件條件。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種智能化的盾構TBM數據采集與補全方法。主要包括盾構TBM采集算法，采集參數閾值算法和關鍵數據補全方法三部分。

盾構TBM采集算法：

盾構TBM采集算法通過兩個定時器來采集清洗盾構TBM狀態參數數據。第一個定時器使用盡可能高的采集頻率讀取盾構TBM設備實時數據并緩存到一個隊列中，保證數據的完整性；第二個定時器可以使用較低的頻率定時讀取該隊列的數據，根據設定的規則來提取數據，只提取滿足客戶需求的有效數據。

設定的規則第一步是在所有采集的盾構TBM狀態參數中人工選擇哪些是關鍵參數并對其進行標識。

設定的規則第二步是先依次檢查該采集參數是否被標識，如果沒有，則選取該參數的數組中的最后一個值，如果被標識，則根據TBM狀態參數的閾值來提取數據，該參數的一組數據都沒有超出該參數的閾值范圍的情況下，選取該參數的數組中的最后一個值，超出該參數的閾值范圍的情況下，選取該參數的數組中的極限值。

通過以上算法，在第二個定時器的定時周期內，第一個定時器采集盾構TBM關鍵參數的一組數據，如果其極限值如果沒有超過該參數的報警閾值，則取得是當前時間的實時數據，反之，則取得是極限值，這樣既不會丟失重要數據，也不需要高頻的把采集的所有數據都存儲起來，既保證了數據的完整性，又減少了存儲的數據量。

盾構TBM狀態參數闕值算法：

盾構TBM狀態參數的閾值使用高魯棒性的算法，根據采集的數據來自動計算狀態參數的閾值。本方法使用中位絕對方差法（MAD），將MAD當作標準差σ 估計的一種一致估計量來計算標準差，

在統計學中，絕對中位數MAD是對單變量數值型數據的樣本偏差的一種魯棒性測量。同時也可以表示由樣本的MAD估計得出的總體參數。

絕對中位差是一種統計離差的測量。而且，MAD是一種魯棒統計量，比標準差更能適應數據集中的異常值。對于標準差，使用的是數據到均值的距離平方，所以大的偏差權重更大，異常值對結果也會產生重要影響。對于MAD，少量的異常值不會影響最終的結果。

MAD與標準差的關系

為了能將MAD當作標準差σ估計的一種一致估計量，使用

σ ^ =k?MAD