[發明專利]一種基于仿蟻體尋跡技術的隧道節理面自生長式建模方法

在審

• 申請號: 202211034584.5
• 申請日: 2022-08-26
• 公開（公告）號: CN115481469A
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 張琦;馬艷寧;李建春;張國柱;鄭彥龍;郭笑康;沈益鑫;易文杰
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06N3/00;G06T17/05
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 王美章

1.一種基于仿蟻體尋跡技術的隧道節理面自生長式建模方法，其特征在于，基于仿蟻體尋跡技術中仿蟻體爬行時始終選擇最短路徑，最終選擇的最短路徑最大可能地會經過隧道節理面的原理，將仿蟻體播撒在獲取的含有豐富地質構造信息的地球物理勘探數據資料、含有隧道開挖面跡線信息的三維點云數據、以及超前地質鉆孔獲得的鉆孔點位信息共同組成的離散數據中，通過仿蟻體的爬行和信息素的釋放實現基于仿蟻體尋跡技術的隧道節理面自生長式建模；

具體包括如下步驟：

S1，初始化仿蟻體，設置仿蟻體參數，包括仿蟻體數量N，最大迭代次數T_max，信息素強度因子q，信息素揮發因子ρ以及啟發因子β共5個參數；

S2，初始化仿蟻體的信息素矩陣，使得每一條路徑和每一節點處的初始信息素濃度相等，信息素矩陣中包含地質構造信息、節理面跡線信息，以及超前地質鉆孔獲得的鉆孔點位信息；

S3，仿蟻體開始爬行，并計算爬行路徑中任意相鄰兩個離散數據節點Qi(x_i，y_i，z_i)與Qj(x_j，y_j，z_j)之間的相對起伏度，計算公式如下：

判斷該節點處所有路徑是否滿足預設節理面條件，即相對起伏度絕對值小于既定閾值，仿蟻體在此條滿足預設節理面條件的路徑上釋放信息素進行標記，并繼續爬行，并對所有滿足預設節理面條件的路徑識別匯集成整條最短路徑，記錄第一次尋跡結果；

S4，更新信息素矩陣，開始迭代，再次進行最短路徑的尋跡和識別，判斷是否到達最大迭代次數，當達到最大迭代次數，整理分析每一次迭代后記錄的最短路徑，將這些最短路徑擬合，生長出最終的隧道節理面模型。

2.根據權利要求1所述的一種基于仿蟻體尋跡技術的隧道節理面自生長式建模方法，其特征在于，所述步驟S4中，當未到達最大迭代次數時，重新更新信息素矩陣，并再次迭代。

3.根據權利要求1所述的一種基于仿蟻體尋跡技術的隧道節理面自生長式建模方法，其特征在于，所述步驟S1中，采用交叉對比的方法確定仿蟻體尋跡技術的相關參數，首先將信息素強度因子q，信息素揮發因子ρ以及啟發因子β三個參數組合并逐一調整選擇最優區間，然后加入仿蟻體數量N和最大迭代次數T_max兩個對結果影響明顯的參數一一調整進行選擇。

4.根據權利要求1所述的一種基于仿蟻體尋跡技術的隧道節理面自生長式建模方法，其特征在于，所述步驟S3中，預設節理面條件通過控制相對起伏度閾值實現。

5.根據權利要求1所述的一種基于仿蟻體尋跡技術的隧道節理面自生長式建模方法，其特征在于，所述步驟S4中，最大迭代次數由離散數據體規模決定。

6.根據權利要求1所述的一種基于仿蟻體尋跡技術的隧道節理面自生長式建模方法，其特征在于，所述步驟S3中，仿蟻體在尋跡過程中信息素決定路徑選擇的概率計算公式如下：

式中，τ_ij表示信息素矩陣中任意相鄰兩個離散數據節點Qi(x_i，y_i，z_i)與Qj(x_j，y_j，z_j)之間的信息素量，P_ij表示仿蟻體在節點處的轉換概率，n是仿蟻體需要爬行的所有節點數量。

7.根據權利要求1或2中所述的一種基于仿蟻體尋跡技術的隧道節理面自生長式建模方法，其特征在于，所述S4步驟中，信息素矩陣更新規則如下：

τ_ij(t+1)＝(1-ρ)τ_ij(t)+Δτ_ij

式中，Δτ_ij表示信息素的增量，Δτ_ij^k表示第k只仿蟻體某一次循環中在相鄰兩個離散數據節點Qi(x_i，y_i，z_i)與Qj(x_j，y_j，z_j)之間釋放的的信息素量，m是所有仿蟻體的數量。