[发明专利]一种基于5G+大数据隧道掘进机智能掘进系统和控制方法

说明书

本发明公开了一种基于5G+大数据隧道掘进机智能掘进系统，包括硬件系统和软件系统；硬件系统包括边缘终端模块、220V供电模块、5G通讯传输模块、隧道掘进机PLC控制模块、隧道掘进机主控室客户端和隧道掘进机工程大数据中心服务器模块；软件系统包括隧道掘进机主动参数优化算法模型库、隧道掘进机被动参数预警算法模型库、隧道掘进机姿态控制算法模型库、隧道掘进机模型自适应学习系统和隧道掘进机模型自适应智能匹配模块。本发明还公开了一种基于5G+大数据隧道掘进机智能掘进系统的控制方法。本发明在复杂工况的环境下保障掘进机可靠高效作业；提高掘进机安全高效的施工技术水平，降低能耗，节约能源资源，经济效益和社会效益巨大。

技术领域

本发明涉及隧道掘进机施工过程中传感信号感知、“边+云”信息互联互通、5G通讯、大数据信息深度挖掘、边缘终端综合服务轻量化处理及智能控制技术领域，具体涉及一种基于5G+大数据隧道掘进机智能掘进系统和控制方法。

背景技术

随着现代社会的不断发展与进步，特别是现代交通运输业的快速发展，给人们的出行带来了很大的便利。谈到现代交通运输业的快速发展，就不得不提到在地下隧道施工建设过程中起着关键作用的隧道掘进机，他极大地提高了隧道施工安全性和施工效率，尤其是在城市轨道交通建设施工过程中发挥着巨大的作用。

隧道掘进机作为一种先进施工装备，其研发受制于建设条件（地域、地质、风险、尺度等）的影响，因此作为装备选型与安全高效掘进一直是行业技术关注焦点。传统隧道掘进机选型普遍依靠机械机理、工程经验进行机型选择，由于机型不适应性引起的装备事故、工程事故多发；而隧道掘进机操作掘进指令目前也仅仅停留在工程经验总结阶段，指令的正确选择直接牵涉工程的安全，由于装备操作过度依赖主司机经验，而现有主司机经验的良莠不齐则直接导致装备操作不合理，工程事故频发。当前信息化技术得以飞速发展，隧道掘进机装备制造及施工基本进入信息化阶段，开展基于5G和大数据技术的隧道掘进机历史数据挖掘应用势在必行。

随着互联网、物联网及新一代信息技术的发展，智能终端的飞速发展，为隧道掘进机工程多样数据全面感知提供了条件；超级计算机、云计算及基于两者融合的新一代高性能计算体系的发展，为隧道掘进机大数据建设奠定了大脑基础；互联物联技术的成熟，为隧道掘进机工业互联网云平台建设，提供了必须的联系条件。随着智能感知技术、新一代计算体系、互联物联技术成熟，开展隧道掘进机工程大数据挖掘、智能化应用研究，条件可行。提炼隧道掘进机质优历史数据样本，归纳优选主司机经验，研发隧道掘进机主动参数优化、被动参数预测预报、姿态自动控制等大数据算法模型已成为必然趋势，为隧道掘进机智能化掘进控制提供了技术保障。

因此，提供一种能够在地下复杂工况施工环境下，既要保障隧道掘进机可靠、高效作业；同时通过边缘终端的内外网物理隔离实时智能采集在建项目隧道掘进机施工机器参数、导向参数、工程地质环境信息等，保障隧道掘进机PLC控制模块和公共网络的物理安全，基于5G通讯技术通过VPN加密传输数据至隧道掘进机工程大数据中心服务器；基于随机森林、神经网络、强化机器学习等大数据技术对海量数据样本进行深度挖掘，研究隧道掘进机主动参数优化建议、被动参数预测预警、姿态控制等算法模型。通过大数据技术搭建隧道掘进机施工历史数据样本质选和优选原则，构建隧道掘进机智能化掘进专家模型库，依靠算法模型自适应训练平台进行模型自学习，通过模型自适应匹配程序实现隧道掘进机智能化掘进控制方法。

故，基于5G+大数据隧道掘进机智能化掘进控制技术已经是一个值得研究的问题。

发明内容