[发明专利]基于多元线性自回归的泥水盾构机掘进关键参数预测方法

说明书

本发明公开了一种基于多元线性自回归的泥水盾构机掘进关键参数预测方法，包括如下步骤：1、提取历史运行数据,形成数据集data1；2、在数据集data1中选取正常掘进段数据，形成数据集data2；3、对数据集data2进行去噪和归一化处理，形成数据集data3；4、对数据集data3进行属性间相关性等初步数据分析，提取与待预测指标明显线性相关的属性列数据，形成数据集data4；5、将数据集data4的数据以整环为单位划分为训练集和测试集，确定模型拟合参数；6、提取泥水盾构机的实时掘进数据，代入学习的多元线性自回归模型，计算出预测指标的值。本发明将机器学习方法应用于盾构工程施工数据的处理中，建立泥水盾构机中掘进关键参数的关联模型，预测泥水盾构机掘进过程中关键参数值，为泥水盾构机的操控提供指导。

技术领域

本发明属于泥水盾构机施工技术领域，特别涉及一种基于多元线性自回归的泥水盾构机掘进关键参数预测方法。

背景技术

泥水盾构机在机械式盾构的前部设置密封隔板，与刀盘之间形成泥水舱，泥水仓中的高压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液)也通过刀盘开口渗入开挖面形成不透水的泥膜，泥膜的张力保持水压力以平衡作用于开挖面的土压力和水压力。在掘进过程中，随着刀盘旋转不断切削岩土并通过刀盘开口进入泥水舱，经搅拌装置搅拌后形成高浓度泥水，用流体输送方式送到地面泥水分离系统，将碴土、水分离后重新送回泥水仓，这就是泥水加压平衡式盾构法的主要特征。因为泥水盾构机依靠泥水压力使掘削面保持稳定平衡，故称之为泥水加压平衡盾构机，简称泥水盾构机。

泥水盾构机具有耐高水压、适用地层范围广、开挖面稳定性高、对地层扰动小等优点，主要适用于地下水压大、土体渗透系数大的地质状况，广泛用于越江隧道、海底隧道和埋深大、施工环境复杂的城市隧道的施工。

泥水盾构机在施工过程中，由于地层结构的多变性，操作人员需要不断调整掘进参数，如刀盘转速、总推进力、进浆流量、排浆流量等，以维持盾构机处在安全、稳定的掘进状态。如何合理地调整泥水盾构机的掘进参数，是盾构工程施工中需要解决的重要问题。

国内外有些技术人员通过研究盾构掘进参数与地层之间的关联性，基于模型试验或机械系统受力分析来建立各掘进参数间数学预测模型，从而对工程中盾构的参数调节做出指导性的建议。可是，由于盾构机结构复杂，分析推导过程中需要大量简化各种复杂的约束条件，因此，这样所得到的预测模型只适合于理想的环境，仅能部分地解决掘进参数预测问题。

近期，中国专利公开号为CN110069893A，公开了一种基于多项式回归的盾构机掘进参数的预测方法，将基于机器学习的大数据处理方法应用于盾构工程数据的处理中，通过将盾构工程大数据经过清洗和统计处理后经过机器学习方法进行特征学习的方法，借助于机器学习算法的数据高层特征抽取能力，对运行参数和运行效率高效建模，从而对工程中盾构的参数调节做出指导性的建议，具有人工智能的特性。但是，该专利申请的预测方法只适用于土压盾构而不适用于泥水盾构。

综上所述，如何提供一种能够有效的数学模型，是目前本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是，针对上述问题，提出了一种基于多元线性自回归的泥水盾构机掘进关键参数预测方法，可以从施工历史数据中学习出参考模型，然后根据当前泥水盾构机运行数据和地质条件，计算出总推进力、刀盘扭矩、进浆流量、排浆流量等关键参数的预测值，为泥水盾构机的操作提供指导。盾构机在每环施工时都经历启动和掘进、停机等阶段，掘进时具有一定的惯性，表现为掘进时的施工数据有自相关性。本发明的方案是基于多元线性自回归，最大优点是既考虑了系统的惯性，又考虑到了多个参数之间的相关性。

一种基于多元线性自回归的泥水盾构机掘进关键参数预测方法，包括如下步骤：

步骤A：提取与施工作业同类型的泥水盾构机在类似地质条件下的历史施工数据作为样本数据集data1；

步骤B：将数据集data1中的每一环都分成启动段和正常掘进段，提取正常掘进段的数据，形成数据集data2；