[发明专利]一种面向双隧道施工安全的数据仓库

权利要求书

1.一种面向双隧道施工安全的数据仓库，其特征在于：包括以下步骤：

S1：数据采集：通过应用基于web的数据管理系统，执行数据采集的递归采集、提取和转换过程。

S2：确定地面沉降槽模型。

S3：数据仓库利用确定的地面沉降槽模型进行多维建模。

2.根据权利要求1所述的一种面向双隧道施工安全的数据仓库，其特征在于：步骤S1数据采集,通过应用基于web的数据管理系统，执行数据采集的递归采集、提取和转换过程。包括以下步骤：

S101：数据收集，设计师、承包商、测量师和驻地工程师为地铁建设提供大量基础和具体数据，并被授权以电子文档的形式将数据上传至在线数据库。这些文件包括设计师的建筑施工图，结构施工图，电气施工图，给排水施工图，采暖通风与空气调节，装饰施工图等图纸和地质报告、承包商的施工进度表、测量师的地面沉降、隧道顶部位移、隧道收敛、相邻设施沉降等相关仪器和安装数据以及驻地工程师的检查报告。

S102：数据提取，施工图和开工报告，施工合同，监测报告，竣工报告等文本报告被归类为非结构化数据，没有预定义的数据模型。因此，需采用文本分析技术对图纸中土壤厚度，监测报告中的结论等很难由计算机程序自动识别隐含的细节进行以结构化的形式提取和表示。事实表存储描述事实事件的物理信息，所有仪器数据，包括地面沉降、隧道顶部位移、隧道收敛、相邻设施沉降等，均作为事实数据存储在不同的事实表中。维度表提供了事实数据的上下文和含义以便于从多个角度探索数据，包括时空维度与隧道几何结构和水文地质条件等被视为数据仓库中的上下文维度。

S103：数据转换，不同的参与者在报告中可能有不同的命名标准和度量单位。因此，对所有数据进行分析转换，将命名不同但指代相同事物的标注为同一事物，并全部修改为统一名称存储于数据仓库中，并修改所有长度单位为mm，时间单位为h。日期格式为xxxx年xx月xx日xx时(24时制)。

3.根据权利要求2所述的一种面向双隧道施工安全的数据仓库，其特征在于：步骤S2确定的数据仓库中仪器数据在空间维度上的模型为双高斯模型。

当前一隧道刚刚通过时，地面沉降采用高斯函数拟合，即前一隧道引起的沉降槽。然后，通过以下隧道通过后，从最终沉降中减去该部分沉降，即可获得额外沉降。然后用另一个高斯函数拟合附加沉降。最后，将两条曲线叠加，以显示整个地面沉降槽。用双高斯模型来表示地面沉降槽，如下所示：

S＝s₁exp(a₁x²)+s₂exp[a₂(x-u)²]

其中为S地面总沉降量。S₁和S₂可被视为北向隧道及南向隧道引起的最大地面扰动。x是横向上与北向隧道中心线的水平距离。a₁和a₂为原始参数(即沉降槽的形状参数)。U为数据库中记录的两条隧道之间的距离。

槽宽参数ī被视为可用作安全风险区域范围的测定，因为大多数地面沉降发生在双隧道上方每个横截面上3ī的距离内，i值越大，地面沉降槽越宽。i可通过以下公式求得：

a₁和a₂为原始参数(即沉降槽的形状参数)。u为数据仓库中记录的两条隧道之间的距离。

但i被视为静态风险的度量，除此之外引入了地层损失V_l来更全面的表示沉降槽的宽度与深度。

式中，i₁和i₂分别为两条隧道的槽宽参数值得注意的是，米(m)用作i₁和i₂的单位，毫米(mm)用作S₁和S₂的单位。因此，积分结果应除以1000得到m²的单位。

V_l的一阶导数反映了V_l的增长率，着反映了安全风险的演变。V_l增长率最高的时刻表示最高的安全风险，可通过V_l的二阶导数轻松确定。此外，通过将稳定地面沉降槽的V_l除以双隧道的开挖面积，可以得出地层损失率，地层损失率每增大1％，会使该处沉降值增加约1mm。

4.根据权利要求3所述的一种面向双隧道施工安全的数据仓库，其特征在于：步骤S3数据仓库利用确定的地面沉降槽模型进行多维建模在于基于一种非线性最小二乘法的优化方法(即LM法)将所提出的模型应用于数据仓库中的仪器数据。

目标函数F将为：

S_j是在第j个沉降标志处观测到的地面沉降。因此，r_j(s₁,a₁,s₂,a₂)是第j个数据点与拟合曲线的偏差。

r＝[r₁r₂…r_m]^T

r是每个地面阵列中沉降标记的剩余向量。LM方法使用P_k迭代最小化并找到未知参数s₁,a₁,s₂,a₂。P_k是线性方程组的解，如下所示：

其中k为迭代步骤，J为雅可比矩阵，如下所示：

标量λ_k是阻尼因子，控制每次主要迭代的振幅和方向。如果下降速度很快，则可以使用较小的λ_k，但如果迭代的下降速度不够，则可以增加λ_k，并且P_k倾向于向更陡峭的下降方向移动。在这项工作中，初始阻尼系数λ_k为0.001。

用LM法可以将所提出的模型应用于数据仓库中的仪器数据，完成多维度数据仓库的建模。