[發(fā)明專利]一種基于GRU的地下工程支護(hù)智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010553299.9
• 申請(qǐng)日: 2020-06-17
• 公開（公告）號(hào): CN111831632B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐衛(wèi)亞;徐偉;寧宇;王如賓;朱國(guó)金;王環(huán)玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué);中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司
• 主分類號(hào): G06F16/215
• 分類號(hào): G06F16/215;G06F17/18;G06K9/62;G06N3/08;G01D21/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種基于GRU的地下工程支護(hù)智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括支護(hù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)、GRU智能分析系統(tǒng)、預(yù)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)；通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集布置在支護(hù)系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)儀器的數(shù)據(jù)傳輸至信號(hào)處理系統(tǒng)、GRU智能分析系統(tǒng)，GRU智能分析系統(tǒng)基于GRU門控循環(huán)單元方法對(duì)隧洞支護(hù)系統(tǒng)位移、應(yīng)力、滲壓等參數(shù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能處理和分析，將分析結(jié)果傳輸給預(yù)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、智能的預(yù)測(cè)預(yù)警，提高監(jiān)測(cè)預(yù)警的實(shí)用性、可靠性和準(zhǔn)確性，為實(shí)際工程服務(wù)。本發(fā)明實(shí)施簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、可操作性強(qiáng)，可以供廣大工程施工人員或技術(shù)人員使用，不需要使用者具備淵博的學(xué)識(shí)和豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，易于掌握和使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖土工程、地下工程及地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)警中的人工智能深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域，具體涉及一種基于GRU的地下工程支護(hù)智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)需要，工程建設(shè)中面臨著各式各樣的挑戰(zhàn)。在復(fù)雜的工程地質(zhì)條件環(huán)境下，使用監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置掌握施工過(guò)程中、工程運(yùn)營(yíng)中支護(hù)系統(tǒng)的工作狀態(tài)對(duì)于工程的施工和安全運(yùn)營(yíng)具有重要意義。例如，對(duì)于深埋軟巖隧洞，軟巖是一種特殊的巖體，流變持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)，常常表現(xiàn)出顯著的大變形和非線性流變特性，軟巖隧道工程由于埋深大、洞程長(zhǎng)、地質(zhì)條件復(fù)雜，在修筑過(guò)程中，會(huì)發(fā)生一系列特殊的災(zāi)害地質(zhì)問(wèn)題，如高地應(yīng)力軟巖隧道在開挖過(guò)程中遇到的大變形問(wèn)題、隧洞開挖施工引起巖體應(yīng)力釋放并重新分布、軟巖變形速率快、收斂慢等，如果支護(hù)不及時(shí)或支護(hù)不當(dāng)，極易發(fā)生坍塌等失穩(wěn)事故。軟巖洞室二次支護(hù)時(shí)間過(guò)早，則圍巖應(yīng)力釋放較小，對(duì)巖體的支護(hù)要求較高，二次支護(hù)時(shí)間過(guò)晚，洞室變形過(guò)大，影響了洞室的正常使用。若在這類工程中使用實(shí)用、有效的監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置將會(huì)對(duì)工程的安全產(chǎn)生顯著影響。

目前的監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置都比較傳統(tǒng)，自動(dòng)化程度不高，很依賴人力物力，需要人親力親為進(jìn)行操作和分析，可操作性有待提高。因此，開發(fā)一種基于門控循環(huán)單元(GatedRecurrent Unit，GRU)的地下工程支護(hù)智能監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置及方法用于提高監(jiān)測(cè)預(yù)警工作的自動(dòng)化程度、實(shí)用性、可靠性和安全性，降低人力成本，更好地滿足實(shí)際工程需要是很有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于GRU的地下工程支護(hù)智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)及方法，能提高監(jiān)測(cè)預(yù)警的實(shí)用性、可靠性和準(zhǔn)確性，為實(shí)際工程服務(wù)。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種基于GRU的地下工程支護(hù)智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，包括支護(hù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)、GRU智能分析系統(tǒng)、預(yù)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)；所述支護(hù)系統(tǒng)由支護(hù)裝置和監(jiān)測(cè)儀器構(gòu)成，對(duì)隧洞進(jìn)行支護(hù)和加固，對(duì)隧洞的變形、應(yīng)力、滲壓等進(jìn)行監(jiān)測(cè)；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于采集監(jiān)測(cè)儀器的數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳輸給信號(hào)處理系統(tǒng)；所述信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)支護(hù)系統(tǒng)傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理，可將位移、應(yīng)力、滲壓等參數(shù)進(jìn)行初步分析和處理，并將數(shù)據(jù)傳輸給GRU智能分析系統(tǒng)使用；所述GRU智能分析系統(tǒng)對(duì)信號(hào)處理系統(tǒng)傳輸過(guò)來(lái)的位移、應(yīng)力、滲壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、預(yù)測(cè)隧洞支護(hù)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，預(yù)測(cè)參數(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)；所述預(yù)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)與GRU智能分析系統(tǒng)相連，接收GRU智能分析系統(tǒng)傳輸過(guò)來(lái)的信息，并向工作人員實(shí)時(shí)傳輸支護(hù)系統(tǒng)的安全狀態(tài)信息。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)線為光纖數(shù)據(jù)線。

進(jìn)一步地，所述的監(jiān)測(cè)儀器主要包括位移計(jì)、應(yīng)力計(jì)、滲壓計(jì)。

本發(fā)明還提供一種基于GRU的地下工程支護(hù)智能監(jiān)測(cè)預(yù)警方法，包括以下步驟：

(1)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行缺失值、噪聲、內(nèi)容、邏輯錯(cuò)誤等清洗；

(2)將接收的字符型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字型數(shù)據(jù)，并將處理好的數(shù)據(jù)劃分為訓(xùn)練集、驗(yàn)證集、測(cè)試集；

(3)通過(guò)Linux平臺(tái)下基于Pytorch框架或者Python編程建立GRU模型；

(4)通過(guò)更新門和重置門對(duì)GRU模型進(jìn)行訓(xùn)練；