[發(fā)明專利]一種基于巖石構(gòu)成的TBM自適應(yīng)加工參數(shù)的調(diào)整系統(tǒng)及方法

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• 申請日: 2022-07-19
• 公開（公告）號: CN115097798A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓佳霖;高宏力;王力權(quán);劉學(xué);由智超;郭亮;李世超;鄧斌;王紹宇;吳向東
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 成都正象知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51252
• 代理人: 高小敏

本發(fā)明公開了一種基于巖石構(gòu)成的TBM自適應(yīng)加工參數(shù)的調(diào)整系統(tǒng)，包括TBM主控室上位機(jī)、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器與智能決策，TBM主控室上位機(jī)包含客戶端、PLC數(shù)據(jù)實(shí)時采集、便捷式能量色散X射線衍射分析儀，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器包含大數(shù)據(jù)集群、工程數(shù)據(jù)庫、巖石類型數(shù)據(jù)庫，智能決策包含PLC控制器與TBM掘進(jìn)過程，TBM主控室上位機(jī)與數(shù)據(jù)中心服務(wù)之間設(shè)置有數(shù)據(jù)通信接口。一種于巖石構(gòu)成的TBM自適應(yīng)加工參數(shù)的調(diào)整系統(tǒng)的方法，包括步驟一，數(shù)據(jù)收集；步驟二，數(shù)據(jù)分析；步驟三，參數(shù)比對；步驟四，執(zhí)行確定值；本發(fā)明通過對智能控制系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行分析﹐預(yù)測值波動較小，預(yù)測結(jié)果穩(wěn)定可靠，減少了停機(jī)檢修時間，從而加快了施工進(jìn)度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及隧道工程建設(shè)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于巖石構(gòu)成的TBM自適應(yīng)加工參數(shù)的調(diào)整系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

TBM目前廣泛應(yīng)用于中國鐵道、水電、交通、礦山、市政等隧洞工程中，在2020年我國首臺敞開式TBM——“北江號”也投入了工程應(yīng)用當(dāng)中，但是當(dāng)前TBM在掘進(jìn)過程中往往會遇到巖土組成發(fā)生變化的狀況，如果不及時對掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的修改，那么會極大的影響掘進(jìn)效率。

現(xiàn)有常見的方法有以下幾種：

1、通過掘進(jìn)過程中自身的掘進(jìn)狀態(tài)來判斷當(dāng)前巖石組分，再實(shí)時利用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行相應(yīng)的掘進(jìn)參數(shù)調(diào)整。

2、利用視覺系統(tǒng)選取合適巖渣，然后將巖渣直接實(shí)時進(jìn)行相關(guān)巖土信息的檢測，將分析結(jié)果與已建立好的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對。

3、通過人工現(xiàn)場取樣，再進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)獲取巖石的組成信息，將分析得到的結(jié)果反饋到TBM操作人員，現(xiàn)場調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)等等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于巖石構(gòu)成的TBM自適應(yīng)加工參數(shù)的調(diào)整系統(tǒng)及方法，利用便攜式能量色散X射線衍射分析儀直接對巖土進(jìn)行組分分析，然后進(jìn)行結(jié)果分析，接著在已經(jīng)建立好的數(shù)據(jù)庫中選擇匹配度最高的一組數(shù)據(jù)，最后再反饋給TBM進(jìn)行自主參數(shù)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)真正的自動化，利用光譜分析結(jié)合數(shù)據(jù)庫檢索來判斷巖石組分并實(shí)時調(diào)整TBM掘進(jìn)參數(shù)的系統(tǒng)，目的是真正實(shí)現(xiàn)TBM實(shí)時掘進(jìn)的自動化，能夠有效提升掘進(jìn)效率，解放生產(chǎn)力，最終提高工程的完成速度與質(zhì)量雙保證，為國家建設(shè)添磚加瓦，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于巖石構(gòu)成的TBM自適應(yīng)加工參數(shù)的調(diào)整系統(tǒng)，包括TBM主控室上位機(jī)、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器與智能決策，TBM主控室上位機(jī)包含客戶端、PLC數(shù)據(jù)實(shí)時采集、便捷式能量色散X射線衍射分析儀，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器包含大數(shù)據(jù)集群、工程數(shù)據(jù)庫、巖石類型數(shù)據(jù)庫，智能決策包含PLC控制器與TBM掘進(jìn)過程，TBM主控室上位機(jī)與數(shù)據(jù)中心服務(wù)之間設(shè)置有數(shù)據(jù)通信接口。

一種基于巖石構(gòu)成的TBM自適應(yīng)加工參數(shù)的調(diào)整系統(tǒng)的方法，包括步驟一，數(shù)據(jù)收集；步驟二，數(shù)據(jù)分析；步驟三，參數(shù)比對；步驟四，執(zhí)行確定值；

其中上述步驟一中，收集已經(jīng)建成或正在建立的TBM施工隧道項(xiàng)目的工程信息，并存儲在大數(shù)據(jù)中心，形成工程數(shù)據(jù)庫，并將其存儲在PLC控制系統(tǒng)中，此數(shù)據(jù)庫包含巖體狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫和對應(yīng)的TBM加工參數(shù)數(shù)據(jù)庫；

其中上述步驟二中，在獲取到的巖渣中抓取任一巖渣并放入巖渣樣本分析裝置中，即利用能量色散X射線衍射分析儀對巖渣樣本進(jìn)行分析，進(jìn)而得到實(shí)時的掘進(jìn)環(huán)境中巖石的狀態(tài)信息；

其中上述步驟三中，將采集到的巖石狀態(tài)信息使用LMS算法進(jìn)行濾波，LMS算法即自適應(yīng)濾波算法，是wiener算法的擴(kuò)展，具體公式為：

在實(shí)際應(yīng)用中，我們使用瞬時梯度代替J(W)的數(shù)學(xué)期望：

于是得到LMS算法的更新公式：

W(n+1)＝W(n)+2μX(n)e(n)