[发明专利]一种用于监测隧道岩体塌方的报警系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩体位移监测报警系统，尤其涉及一种基于差异进化支持向量机的隧道岩体塌方监测信息预测方法的报警系统。

背景技术

随着我国基础建设的进行，水利、交通、矿山、建筑等各行业的地下工程正方兴未艾。很多情况下，隧道围岩处于破碎带和软弱带等复杂的地质条件，容易发生塌方事故。对这种恶劣条件下围岩的位移监测和塌方的预报显得非常重要。传统的围岩位移一般通过人工定期去读取位移数据，然后由技术人员进行分析，一方面恶劣地质条件和塌方的可能性对于读测人员具有很大的危险性，另一方面数据的读取与分析具有一定滞后性。上述问题不利于保证隧道和人员的安全，容易造成事故。因此，研究更好的监测围岩位移的时间序列预报算法并设计具有在线和自动报警的装置具有重要的意义。

发明内容

本发明针对克服破碎带和软弱带围岩隧道传统监测方法对监测人员的人身安全和数据分析滞后等方面的问题，而研制一种围岩位移的差异进化支持向量机预测方法和在线自动监测和塌方语音报警的报警系统。本发明采用的技术手段如下：

一种用于监测隧道岩体塌方的报警装置，包括安装在围岩的监测位置上对围岩的位移信息进行检测的位移传感器，用于显示围岩位移信息的显示单元；

其特征在于还包括：

用于对围岩位移信息进行预测和围岩安全状态进行判断的处理单元；

用于对装置进行信息设定的数值设定单元；

用于存储围岩位移采样信息的数据存储单元；

用于围岩位移信息和/或危险状态报警信息进行语音播报的语音输出单元；

用于对围岩状态进行显示的警示灯输出单元；

所述位移传感器将围岩位移信息传送到处理单元进行分析和预测处理，后处理单元将预测的围岩位移信息同围岩状态判别信息进行比较，得到围岩未来状态信息后处理单元再将不同的围岩状态信息转化为不同灯光的控制信号发送到警示灯输出单元进行围岩未来状态的灯光显示；当预测的围岩位移信息超过设定警戒值则处理单元向语音输出单元发出控制指令进行语音报警。

一种基于差异进化支持向量机的岩体监测信息预测的方法，其特征在于包括以下步骤：

A、根据采集的位移时间序列构造样本；

B、对差异进化支持向量机算法进行初始化设置，包括设置差异进化初始参数，待优化变量数为2，种群数量，缩放因子F，杂交概率常数CR；随机给出初始种群，不同的个体对应不同的支持向量机参数：核参数σ和惩罚因子C；

C、按照差异进化的算法进行变异操作和交叉操作；

D、每个个体对应的参数决定一个支持向量机模型，用它对测试样本进行预测，计算每个个体的适应值S(x)，以反映本支持向量机模型的推广预测能力，适应值函数如下：

S(x)=min(max({|xi-xi′|xi′},i=1,2,...,n))]]>

式中，xi为第i个测试样本的位移预测值；xi′为第i个测试样本的实测值；i＝1，2，…n，n为测试样本的个数；采用贪婪搜索原则进行差异进化算法的选择操作；

E、判断选择个体的适应值是否满足要求，如不满足要求，再进行新一轮的计算，返回步骤C；如果适应值满足要求，计算结束；

F、利用获得支持向量机模型进行围岩位移变化的预报。

其中，步骤D中的预测值是利用进化支持向量机方法进行序列样本的学习，从而对位移时间序列实行预测的；同时还采用滚动预测的方法获得预测值，其步骤如下：