[发明专利]隧道掘进机操作参数地层自适应决策方法及系统

说明书

本发明提供了一种隧道掘进机操作参数地层自适应决策方法及系统，包括：步骤1：根据隧道掘进机的运行参数建立映射关系模型；步骤2：根据映射关系模型，得到隧道掘进机的掘进速度优化方程；步骤3：根据粒子群算法，得到优化方程对应的操作参数决策结果；步骤4：根据操作参数决策结果设置隧道掘进机的操作参数。与现有技术相比，本发明通过随机森林算法和粒子群算法实现了隧道掘进机操作参数的智能决策，实现了隧道掘进机的高效安全推进，提升隧道掘进机的自动化和智能化水平。

技术领域

本发明涉及隧道掘进机操作参数决策技术领域，具体地，涉及一种隧道掘进机操作参数地层自适应决策方法及系统。

背景技术

隧道掘进机是一种大型隧道掘进装备，以其开挖速度快、自动化程度高、施工质量好的优点，广泛地应用于地铁、铁路、公路等隧道工程中。但是，隧道掘进机对地质条件的适应性较差，如果操作参数设置不合理或不能和相应地质类型匹配，就会出现掘进速度慢等问题，甚至发生严重的施工事故。因此，如何选取适应不同地层类型的操作参数，在保证施工安全的前提下，提升设备的掘进性能，成为隧道掘进机施工领域的重点问题之一。

传统的隧道掘进机领域己有的掘进优化决策方法主要是通过历史施工数据和实验结果总结经验，建立专家系统指导掘进参数选择。采用专家系统的掘进参数优化方法主要依靠人为经验，难以准确体现性能指标与操作参数间的映射关系，同时未能定义明确的掘进参数优化目标，影响了参数优化的效果和决策模型的普适性。

专利文献CN102147826B公开了一种隧道掘进机在不同地质下最优掘进速度的计算方法，以掘进效能为优化目标，为施工中的掘进速度参数选定提供科学数据。计算方法分为以下几步：(1)确定推力计算模型中的待定系数；(2)确定扭矩计算模型中的待定系数；(3)基于推力和扭矩的表达式确定目标工程对应的比能表达式；(4)通过比能函数计算掘进速度范围，确定选定地质条件下的最优掘进速度。但该方法并未有效地解决操作参数设置不合理或不能和相应地质类型匹配的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种隧道掘进机操作参数地层自适应决策方法及系统。

根据本发明提供的一种隧道掘进机操作参数地层自适应决策方法，包括如下步骤：

步骤1：根据隧道掘进机的运行参数建立映射关系模型；

步骤2：根据映射关系模型，得到隧道掘进机的掘进速度优化方程；

步骤3：根据粒子群算法，得到优化方程对应的操作参数决策结果；

步骤4：根据操作参数决策结果设置隧道掘进机的操作参数。

优选地，映射关系模型包括掘进速度预测模型和刀盘转矩预测模型。

优选地，步骤1包括：

步骤101：从运行参数中提取与隧道掘进机的掘进速度和刀盘转矩相关的操作参数，以及确定与操作参数对应的地质标签；

步骤102：根据操作参数和地质标签，确定对应的掘进速度和刀盘转矩；

步骤103：将操作参数、地质标签和掘进速度输入随机森林模型，得到掘进速度预测模型；

步骤104：将操作参数、地质标签和刀盘转矩输入随机森林模型，得到刀盘转矩预测模型。

优选地，步骤2，包括：

步骤201：根据映射关系模型，构建以最大掘进速度为目标，以操作参数为控制变量的掘进速度优化方程。

优选地，操作参数包括以下至少一种：刀盘转速、螺旋输送机转速、总推力和土仓压力。

根据本发明提供的一种隧道掘进机操作参数地层自适应决策系统，包括：