[發明專利]基于隧道不同圍巖等級的BOTDA監測數據溫度補償方法

在審

• 申請號: 202211387855.5
• 申請日: 2022-11-08
• 公開（公告）號: CN115752277A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 張前進;孫亮;王永勝;夏曾銀;劉石;劉保成;姜巍;朱學柏;李秋元;夏洋;喬永偉;宮亞峰;穆懷剛;劉鑫;肖洪佳;陳明勝;姚建東;田欽漢;譚國金;孫賀
• 申請（專利權）人: 中鐵隧道局集團有限公司;中鐵隧道局集團路橋工程有限公司;吉林大學;北京中鐵隧建筑有限公司;中鐵投資集團有限公司;中鐵隧道局集團吉林工程有限公司
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01K1/20;G01K3/08;G01K11/322;G06F18/23
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

基于隧道不同圍巖等級的BOTDA監測數據溫度補償方法，BOTDA監測每一個測點的溫度與應變分布信息，由于BOTDA對測點處周圍環境溫度較為敏感，且隧道洞口到隧道中間段存在的溫度梯度可能會對監測數據產生影響，本發明針對溫度差值引起的應變進行了一定的數據處理，步驟是：布里淵光時域分析儀(BOTDA)光纖在隧道的布設；對隧道初始健康狀態下監測數據的提取；基于高斯混合模型的(GMM?TRVM)轉導支持向量機對監測數據進行分類，其中每一個簇都是由同一個圍巖等級下的監測數據所組成；再利用卡爾曼濾波算法(Kalam filtering)對監測數據進行特征分解，在此基礎上應用GMM劃分為多個簇進行不同圍巖區間各測點間的溫度補償。

技術領域

本發明涉及到在地下隧道運營期間的監測技術領域，基于BOTDA的隧道監測預警技術，本發明創新點在于沿著隧道洞口到隧道中間段的溫度差與應變之間的曲線擬合作為卡爾曼濾波算法剔除溫度影響的依據。

背景技術

隨著社會經濟的快速發展，道路擁擠情況愈加嚴重，地下隧道的建設無疑是一種可以解決地面交通的方式之一。

分布式光柵技術具有抗干擾能力強、長距離、精度高、遠距離操縱等優點，已經在工程領域越來越多的應用，目前廣泛應用于橋梁、水壩、隧道等領域的健康監測。由于BOTDA對測點的溫度、應變的變化較為敏感，因此監測數據在隧道監測期間可能會受到溫度梯度的影響，無法真實反映隧道的應變情況，影響隧道結構損傷的判斷。

發明內容

本發明的目的是解決背景技術中存在的問題，而提供一種基于隧道不同圍巖等級的BOTDA監測數據溫度補償方法，本發明能提高隧道監測數據的精確性。

基于隧道不同圍巖等級的BOTDA監測數據溫度補償方法，包括如下步驟：

1)在隧道內布設BOTDA光纖傳感器；

2)提取光纖測點應變數據，根據隧道所經過圍巖段的不同，利用GMM-TRVM算法所測的簇進行隧道段不同區間的劃分；

3)取凌晨溫度相對穩定、隧道初始健康狀態下的監測數據，根據洞口與隧道中間段存在的溫度梯度進行溫度補償；

4)利用卡爾曼濾波算法剔除隧道洞口-隧道中間區段溫度差對監測數據的影響；

5)經過溫度補償后的BOTDA測點應變可以反應實際隧道的健康狀態。

所述的GMM-TRVM算法是指高斯混合模型的轉導支持向量機算法。

所述的BOTDA是指布里淵光時域分析儀。

本發明的有益效果：

1、本發明利用GMM-TRVM算法對監測數據可以進行有效聚類，每一個簇都是滿足相同概率分布的數據，即在同一隧道區段的監測數據具有相似的圍巖特性和土壤參數，基于此進行BOTDA技術的監測數據溫度補償，根據隧道所穿過不同的圍巖等級數而進行溫度補償，更加精確的反映隧道基于圍巖等級的應變變化情況，為隧道的健康監測提供更加精確的隧道應變數據。

2、本發明適用于在隧道運營期間對隧道監測的數據預處理，不僅對監測數據進行了溫度補償預處理，提高了精度，還利用隧道的不同圍巖等級區段進行了監測數據的處理，針對隧道等復雜地質情況的數據預處理方法，可以提高隧道監測數據的精確性。

附圖說明

圖1為發明中對BOTDA所測應變數據的溫度補償示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，基于隧道不同圍巖等級的BOTDA監測數據溫度補償方法，包括如下步驟：

在隧道洞內兩側通長布設兩條BOTDA光纖并形成一條回路。

提取光纖上每一個測點的應變數據，基于高斯混合模型的轉導支持向量機(GMM-TRVM)算法將所測數據分為N個簇，N代表沿隧道方向所穿過的不同圍巖等級個數。

以穿過不同圍巖等級的相鄰隧道段監測數據中不同應變對應不同溫度引起的變形，以此為基礎進行溫度補償，具體如下：