[發(fā)明專利]一種面向雙隧道施工安全的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111154884.2
• 申請(qǐng)日: 2021-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113947294A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李洪江;曹元均;楊海清;高士亮;阮超;倪江華;孫偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中鐵十四局集團(tuán)青島工程有限公司;重慶大學(xué);中鐵十四局集團(tuán)第五工程有限公司
• 主分類號(hào): G06Q10/06
• 分類號(hào): G06Q10/06;G06Q50/08;G06F30/20;G06F16/25;G06F16/28
• 代理公司: 重慶晟軒知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 50238
• 代理人: 孔玲瓏

1.一種面向雙隧道施工安全的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，其特征在于：包括以下步驟：

S1：數(shù)據(jù)采集：通過(guò)應(yīng)用基于web的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，執(zhí)行數(shù)據(jù)采集的遞歸采集、提取和轉(zhuǎn)換過(guò)程。

S2：確定地面沉降槽模型。

S3：數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)利用確定的地面沉降槽模型進(jìn)行多維建模。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向雙隧道施工安全的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，其特征在于：步驟S1數(shù)據(jù)采集,通過(guò)應(yīng)用基于web的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，執(zhí)行數(shù)據(jù)采集的遞歸采集、提取和轉(zhuǎn)換過(guò)程。包括以下步驟：

S101：數(shù)據(jù)收集，設(shè)計(jì)師、承包商、測(cè)量師和駐地工程師為地鐵建設(shè)提供大量基礎(chǔ)和具體數(shù)據(jù)，并被授權(quán)以電子文檔的形式將數(shù)據(jù)上傳至在線數(shù)據(jù)庫(kù)。這些文件包括設(shè)計(jì)師的建筑施工圖，結(jié)構(gòu)施工圖，電氣施工圖，給排水施工圖，采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)，裝飾施工圖等圖紙和地質(zhì)報(bào)告、承包商的施工進(jìn)度表、測(cè)量師的地面沉降、隧道頂部位移、隧道收斂、相鄰設(shè)施沉降等相關(guān)儀器和安裝數(shù)據(jù)以及駐地工程師的檢查報(bào)告。

S102：數(shù)據(jù)提取，施工圖和開(kāi)工報(bào)告，施工合同，監(jiān)測(cè)報(bào)告，竣工報(bào)告等文本報(bào)告被歸類為非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，沒(méi)有預(yù)定義的數(shù)據(jù)模型。因此，需采用文本分析技術(shù)對(duì)圖紙中土壤厚度，監(jiān)測(cè)報(bào)告中的結(jié)論等很難由計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)識(shí)別隱含的細(xì)節(jié)進(jìn)行以結(jié)構(gòu)化的形式提取和表示。事實(shí)表存儲(chǔ)描述事實(shí)事件的物理信息，所有儀器數(shù)據(jù)，包括地面沉降、隧道頂部位移、隧道收斂、相鄰設(shè)施沉降等，均作為事實(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的事實(shí)表中。維度表提供了事實(shí)數(shù)據(jù)的上下文和含義以便于從多個(gè)角度探索數(shù)據(jù)，包括時(shí)空維度與隧道幾何結(jié)構(gòu)和水文地質(zhì)條件等被視為數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中的上下文維度。

S103：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，不同的參與者在報(bào)告中可能有不同的命名標(biāo)準(zhǔn)和度量單位。因此，對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析轉(zhuǎn)換，將命名不同但指代相同事物的標(biāo)注為同一事物，并全部修改為統(tǒng)一名稱存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中，并修改所有長(zhǎng)度單位為mm，時(shí)間單位為h。日期格式為xxxx年xx月xx日xx時(shí)(24時(shí)制)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種面向雙隧道施工安全的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，其特征在于：步驟S2確定的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中儀器數(shù)據(jù)在空間維度上的模型為雙高斯模型。

當(dāng)前一隧道剛剛通過(guò)時(shí)，地面沉降采用高斯函數(shù)擬合，即前一隧道引起的沉降槽。然后，通過(guò)以下隧道通過(guò)后，從最終沉降中減去該部分沉降，即可獲得額外沉降。然后用另一個(gè)高斯函數(shù)擬合附加沉降。最后，將兩條曲線疊加，以顯示整個(gè)地面沉降槽。用雙高斯模型來(lái)表示地面沉降槽，如下所示：

S＝s₁exp(a₁x²)+s₂exp[a₂(x-u)²]

其中為S地面總沉降量。S₁和S₂可被視為北向隧道及南向隧道引起的最大地面擾動(dòng)。x是橫向上與北向隧道中心線的水平距離。a₁和a₂為原始參數(shù)(即沉降槽的形狀參數(shù))。U為數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄的兩條隧道之間的距離。

槽寬參數(shù)ī被視為可用作安全風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域范圍的測(cè)定，因?yàn)榇蠖鄶?shù)地面沉降發(fā)生在雙隧道上方每個(gè)橫截面上3ī的距離內(nèi)，i值越大，地面沉降槽越寬。i可通過(guò)以下公式求得：

a₁和a₂為原始參數(shù)(即沉降槽的形狀參數(shù))。u為數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中記錄的兩條隧道之間的距離。

但i被視為靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的度量，除此之外引入了地層損失V_l來(lái)更全面的表示沉降槽的寬度與深度。

式中，i₁和i₂分別為兩條隧道的槽寬參數(shù)值得注意的是，米(m)用作i₁和i₂的單位，毫米(mm)用作S₁和S₂的單位。因此，積分結(jié)果應(yīng)除以1000得到m²的單位。

V_l的一階導(dǎo)數(shù)反映了V_l的增長(zhǎng)率，著反映了安全風(fēng)險(xiǎn)的演變。V_l增長(zhǎng)率最高的時(shí)刻表示最高的安全風(fēng)險(xiǎn)，可通過(guò)V_l的二階導(dǎo)數(shù)輕松確定。此外，通過(guò)將穩(wěn)定地面沉降槽的V_l除以雙隧道的開(kāi)挖面積，可以得出地層損失率，地層損失率每增大1％，會(huì)使該處沉降值增加約1mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種面向雙隧道施工安全的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，其特征在于：步驟S3數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)利用確定的地面沉降槽模型進(jìn)行多維建模在于基于一種非線性最小二乘法的優(yōu)化方法(即LM法)將所提出的模型應(yīng)用于數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中的儀器數(shù)據(jù)。

目標(biāo)函數(shù)F將為：

S_j是在第j個(gè)沉降標(biāo)志處觀測(cè)到的地面沉降。因此，r_j(s₁,a₁,s₂,a₂)是第j個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與擬合曲線的偏差。

r＝[r₁r₂…r_m]^T

r是每個(gè)地面陣列中沉降標(biāo)記的剩余向量。LM方法使用P_k迭代最小化并找到未知參數(shù)s₁,a₁,s₂,a₂。P_k是線性方程組的解，如下所示：

其中k為迭代步驟，J為雅可比矩陣，如下所示：

標(biāo)量λ_k是阻尼因子，控制每次主要迭代的振幅和方向。如果下降速度很快，則可以使用較小的λ_k，但如果迭代的下降速度不夠，則可以增加λ_k，并且P_k傾向于向更陡峭的下降方向移動(dòng)。在這項(xiàng)工作中，初始阻尼系數(shù)λ_k為0.001。

用LM法可以將所提出的模型應(yīng)用于數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中的儀器數(shù)據(jù)，完成多維度數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的建模。