[發明專利]一種基于LSTM的盾構機故障預測方法

有效

• 申請號: 201910517455.3
• 申請日: 2019-06-14
• 公開（公告）號: CN110210169B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 徐進;段文軍;章龍管;趙振威;王明;劉綏美;馮赟杰;劉麗莎;路桂珍;張中華;李恒;廖珂;焦俊奇
• 申請（專利權）人: 中鐵高新工業股份有限公司;中鐵工程服務有限公司;西南交通大學
• 主分類號: G06F18/2431
• 分類號: G06F18/2431;G06F18/15;G06F18/2135;G06F18/214;G06N3/0442;G06N3/048;G06N3/082;G06N3/084;G06F123/02
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發明公開了一種基于LSTM的盾構機故障預測方法。本發明從實際的盾構施工實踐出發，針對盾構施工中多個子系統同時存在故障的問題，建立了基于LSTM的盾構系統故障多標簽預測模型，利用施工時序數據進行盾構系統故障的預測。該模型能夠自動識別施工時序數據中的隱含知識，挖掘盾構系統發生故障的規律，不需要人工分析施工數據之間的相互聯系，極大地簡化了故障預測過程，幫助施工人員及時預警系統故障，合理進行盾構掘進操作。

技術領域

本發明涉及一種基于LSTM的盾構機故障預測方法。

背景技術

盾構機是在可移動鋼結構護盾掩護下完成開挖、排碴、襯砌等掘進作業的光機電液一體化大型復雜裝備，因其相對安全、高效經濟，以及對外部環境影響小等特點，自其誕生以來就被廣泛應用于各類隧道和地下工程建設。由于系統構成的復雜性以及施工時所處的惡劣環境，盾構機在施工過程中經常會發生各種故障。這些故障不但會影響項目進程、造成經濟損失，嚴重時還會危及到施工人員及工地周邊的安全。

隨著大數據技術的發展，一些企業通過構建盾構大數據云平臺采集和存儲了盾構施工的全過程數據，包括盾構機本身的運行參數、故障報警數據、工程進度數據、地質水文數據等等，積累了海量的盾構施工數據。因此越來越多的專家學者開始利用盾構施工大數據進行分析，期望從施工參數中發現故障發生的規律和提高施工質量的理論和方法。

發明內容

本發明的目的是，針對上述問題，提出了一個利用長短期記憶網絡(Long-ShortTerm?Memory，LSTM)對盾構施工序列數據和盾構機施工故障之間的關系進行監督學習，利用盾構施工序列數據對將要出現盾構故障進行預測的方法。

本發明的技術方案是，一種基于LSTM的盾構機故障預測方法，包括：

(1)獲取原始盾構施工數據、外部環境數據、盾構機施工故障數據。

(2)數據預處理。該步驟如圖1所示：

2.1)數據清理

對于缺失值，若該參數的全部數據缺失，則刪除該參數。若該參數的部分數據缺失，則根據該參數的實際分布情況用相應的統計值補全空值；對于重復數據，刪除重復數據；對于異常值，考慮異常值可能與系統故障存在關聯，因此保留異常值。

2.2)施工數據集成

風險源數據和地質數據可以據根據起始和結束環號與盾構施工數據進行關聯，得到集成了多源信息的盾構施工數據，利用該數據進行盾構施工故障的預測。

2.3)盾構故障標簽標注。

首先根據盾構機施工故障數據，統計盾構施工過程中的子系統故障，對盾構子系統故障進行故障標簽編碼。然后根據時間字段，利用盾構機施工故障數據對施工數據進行盾構故障標簽標注，每個故障標簽對應的值為“1”和“0”，其中“1”表示該發生該故障，“0”表示沒有發生該故障。

2.4)平衡數據集正負標簽