[發(fā)明專利]隧道掘進機操作參數(shù)地層自適應決策方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210134013.2
• 申請日: 2022-02-14
• 公開（公告）號: CN114542099A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設計）人: 陶建峰;劉明陽;劉成良;覃程錦;余宏淦
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學
• 主分類號: E21D9/10
• 分類號: E21D9/10;E21D9/12
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發(fā)明提供了一種隧道掘進機操作參數(shù)地層自適應決策方法及系統(tǒng)，包括：步驟1：根據(jù)隧道掘進機的運行參數(shù)建立映射關(guān)系模型；步驟2：根據(jù)映射關(guān)系模型，得到隧道掘進機的掘進速度優(yōu)化方程；步驟3：根據(jù)粒子群算法，得到優(yōu)化方程對應的操作參數(shù)決策結(jié)果；步驟4：根據(jù)操作參數(shù)決策結(jié)果設置隧道掘進機的操作參數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過隨機森林算法和粒子群算法實現(xiàn)了隧道掘進機操作參數(shù)的智能決策，實現(xiàn)了隧道掘進機的高效安全推進，提升隧道掘進機的自動化和智能化水平。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及隧道掘進機操作參數(shù)決策技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種隧道掘進機操作參數(shù)地層自適應決策方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隧道掘進機是一種大型隧道掘進裝備，以其開挖速度快、自動化程度高、施工質(zhì)量好的優(yōu)點，廣泛地應用于地鐵、鐵路、公路等隧道工程中。但是，隧道掘進機對地質(zhì)條件的適應性較差，如果操作參數(shù)設置不合理或不能和相應地質(zhì)類型匹配，就會出現(xiàn)掘進速度慢等問題，甚至發(fā)生嚴重的施工事故。因此，如何選取適應不同地層類型的操作參數(shù)，在保證施工安全的前提下，提升設備的掘進性能，成為隧道掘進機施工領(lǐng)域的重點問題之一。

傳統(tǒng)的隧道掘進機領(lǐng)域己有的掘進優(yōu)化決策方法主要是通過歷史施工數(shù)據(jù)和實驗結(jié)果總結(jié)經(jīng)驗，建立專家系統(tǒng)指導掘進參數(shù)選擇。采用專家系統(tǒng)的掘進參數(shù)優(yōu)化方法主要依靠人為經(jīng)驗，難以準確體現(xiàn)性能指標與操作參數(shù)間的映射關(guān)系，同時未能定義明確的掘進參數(shù)優(yōu)化目標，影響了參數(shù)優(yōu)化的效果和決策模型的普適性。

專利文獻CN102147826B公開了一種隧道掘進機在不同地質(zhì)下最優(yōu)掘進速度的計算方法，以掘進效能為優(yōu)化目標，為施工中的掘進速度參數(shù)選定提供科學數(shù)據(jù)。計算方法分為以下幾步：(1)確定推力計算模型中的待定系數(shù)；(2)確定扭矩計算模型中的待定系數(shù)；(3)基于推力和扭矩的表達式確定目標工程對應的比能表達式；(4)通過比能函數(shù)計算掘進速度范圍，確定選定地質(zhì)條件下的最優(yōu)掘進速度。但該方法并未有效地解決操作參數(shù)設置不合理或不能和相應地質(zhì)類型匹配的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種隧道掘進機操作參數(shù)地層自適應決策方法及系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種隧道掘進機操作參數(shù)地層自適應決策方法，包括如下步驟：

步驟1：根據(jù)隧道掘進機的運行參數(shù)建立映射關(guān)系模型；

步驟2：根據(jù)映射關(guān)系模型，得到隧道掘進機的掘進速度優(yōu)化方程；

步驟3：根據(jù)粒子群算法，得到優(yōu)化方程對應的操作參數(shù)決策結(jié)果；

步驟4：根據(jù)操作參數(shù)決策結(jié)果設置隧道掘進機的操作參數(shù)。

優(yōu)選地，映射關(guān)系模型包括掘進速度預測模型和刀盤轉(zhuǎn)矩預測模型。

優(yōu)選地，步驟1包括：

步驟101：從運行參數(shù)中提取與隧道掘進機的掘進速度和刀盤轉(zhuǎn)矩相關(guān)的操作參數(shù)，以及確定與操作參數(shù)對應的地質(zhì)標簽；

步驟102：根據(jù)操作參數(shù)和地質(zhì)標簽，確定對應的掘進速度和刀盤轉(zhuǎn)矩；

步驟103：將操作參數(shù)、地質(zhì)標簽和掘進速度輸入隨機森林模型，得到掘進速度預測模型；

步驟104：將操作參數(shù)、地質(zhì)標簽和刀盤轉(zhuǎn)矩輸入隨機森林模型，得到刀盤轉(zhuǎn)矩預測模型。

優(yōu)選地，步驟2，包括：

步驟201：根據(jù)映射關(guān)系模型，構(gòu)建以最大掘進速度為目標，以操作參數(shù)為控制變量的掘進速度優(yōu)化方程。

優(yōu)選地，操作參數(shù)包括以下至少一種：刀盤轉(zhuǎn)速、螺旋輸送機轉(zhuǎn)速、總推力和土倉壓力。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種隧道掘進機操作參數(shù)地層自適應決策系統(tǒng)，包括：