【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及溶洞預(yù)測，具體涉及一種盾構(gòu)穿越巖溶區(qū)溶洞預(yù)測方法。
技術(shù)介紹
1、隨著城市地下工程建設(shè)的不斷發(fā)展，盾構(gòu)隧道施工在交通、地鐵等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中變得越來越普遍。然而，在盾構(gòu)施工過程中，遇到巖溶區(qū)和溶洞等復(fù)雜地質(zhì)條件，往往會帶來安全隱患、施工難度加大及經(jīng)濟損失。因此，準(zhǔn)確預(yù)測巖溶區(qū)的溶洞分布，對于保證盾構(gòu)工程的施工安全與施工效率具有重要意義。
2、巖溶區(qū)是由可溶性巖石(如石灰?guī)r、白云巖等)在水的侵蝕作用下形成的特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)，具有明顯的空間變化和不均勻性。溶洞的存在會導(dǎo)致土體強度減弱、沉降及塌方等風(fēng)險，而傳統(tǒng)的地質(zhì)勘探方法，如鉆探和地質(zhì)雷達，通常存在成本高、周期長、難以全面覆蓋等問題，難以滿足盾構(gòu)施工的實時性和精準(zhǔn)性需求。
3、近年來，基于地震反射法探測的地質(zhì)信息獲取技術(shù)逐漸得到應(yīng)用，利用檢波器采集到的反射波信號，對反射波信號的信號成分進行分析，得到地質(zhì)信息，但是在巖溶區(qū)具有明顯的空間變化和不均勻性，從信號成分上難以完全體現(xiàn)溶洞位置，造成溶洞預(yù)測精度不高的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本專利技術(shù)提供的：一種盾構(gòu)穿越巖溶區(qū)溶洞預(yù)測方法解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的溶洞預(yù)測精度不高的問題。
2、為了達到上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為：一種盾構(gòu)穿越巖溶區(qū)溶洞預(yù)測方法，包括以下步驟：
3、s1、通過檢波器采集盾構(gòu)機工作時，巖溶區(qū)的反射波；
4、s2、分別對反射波中p波和s波分別計算瞬時頻率、瞬時幅值和
5、s3、根據(jù)p波中連續(xù)多個時刻的瞬時相位、瞬時幅值和瞬時頻率，提取相位反轉(zhuǎn)系數(shù)、幅值變化系數(shù)、頻率變化系數(shù)和能量衰減系數(shù)；
6、s4、根據(jù)s波中連接多個時刻的瞬時幅值，提取幅值變化系數(shù)和能量衰減系數(shù)；
7、s5、根據(jù)溶洞預(yù)測模型，對p波的相位反轉(zhuǎn)系數(shù)、幅值變化系數(shù)、頻率變化系數(shù)和能量衰減系數(shù)，以及s波的幅值變化系數(shù)和能量衰減系數(shù)進行處理，得到溶洞預(yù)測距離。
8、進一步地，所述s3中提取相位反轉(zhuǎn)系數(shù)包括以下步驟：
9、a1、在連續(xù)多個時刻中，將相鄰兩個時刻中后一時刻的瞬時相位與前一時刻的瞬時相位相減，并取絕對值，得到相位差，將多個相位差相加，得到相位差相加結(jié)果；
10、a2、在連續(xù)多個時刻中，將最大瞬時相位與最小瞬時相位的相減，得到最大差值；
11、a3、將最大差值和相位差相加結(jié)果進行相加，并歸一化，得到相位反轉(zhuǎn)系數(shù)。
12、進一步地，所述s3和s4中提取幅值變化系數(shù)的具體過程為：在連續(xù)多個時刻中，將相鄰兩個時刻中后一時刻的瞬時幅值與前一時刻的瞬時幅值相減，并取絕對值，得到幅值差，將多個幅值差相加，得到幅值差相加結(jié)果，對幅值差相加結(jié)果進行歸一化處理，得到幅值變化系數(shù)；
13、所述s3中提取頻率變化系數(shù)的具體過程為：在連續(xù)多個時刻中，將相鄰兩個時刻中后一時刻的瞬時頻率與前一時刻的瞬時頻率相減，并取絕對值，得到頻率差，將多個頻率差相加，得到頻率差相加結(jié)果，對頻率差相加結(jié)果進行歸一化處理，得到頻率變化系數(shù)。
14、進一步地，所述s3和s4中提取能量衰減系數(shù)的具體過程為：在連續(xù)多個時刻中，對瞬時幅值取平方值，對取平方后的瞬時幅值進行累加，得到能量，在時間長度n中，將最大能量與最小能量的比值的歸一化值作為能量衰減系數(shù)，其中，n為正整數(shù)。
15、進一步地，所述s5中溶洞預(yù)測模型包括：s波特征提取單元、p波特征提取單元、第一concat層、轉(zhuǎn)置運算層、乘法器m1、conv層、雙通道特征增強單元和全連接層；
16、所述s波特征提取單元的輸入端用于輸入s波的幅值變化系數(shù)和能量衰減系數(shù)；所述p波特征提取單元的輸入端用于輸入p波的相位反轉(zhuǎn)系數(shù)、幅值變化系數(shù)、頻率變化系數(shù)和能量衰減系數(shù)；所述第一concat層的輸入端分別與s波特征提取單元的輸出端和p波特征提取單元的輸出端連接，其輸出端分別與轉(zhuǎn)置運算層的輸入端和乘法器m1的第一輸入端連接；所述乘法器m1的第二輸入端與轉(zhuǎn)置運算層的輸出端連接，其輸出端與conv層的輸入端連接；所述雙通道特征增強單元的輸入端與conv層的輸出端連接，其輸出端與全連接層的輸入端連接；所述全連接層的輸出端作為溶洞預(yù)測模型的輸出端。
17、進一步地，所述s波特征提取單元包括：幅值處理通道和能量處理通道；
18、在s波特征提取單元中，幅值處理通道用于處理s波的幅值變化系數(shù)，能量處理通道用于處理s波的能量衰減系數(shù)；
19、所述p波特征提取單元包括：相位處理通道、幅值處理通道、頻率處理通道和能量處理通道；
20、在p波特征提取單元中，相位處理通道用于處理p波的相位反轉(zhuǎn)系數(shù)，所述幅值處理通道用于處理p波的幅值變化系數(shù)，所述頻率處理通道用于處理p波的頻率變化系數(shù)，所述能量處理通道用于處理p波的能量衰減系數(shù)。
21、進一步地，所述相位處理通道、幅值處理通道、頻率處理通道和能量處理通道均包括：tanh激活層、sigmoid激活層和乘法器m2；
22、所述tanh激活層用于對輸入相位處理通道、幅值處理通道、頻率處理通道或能量處理通道的系數(shù)賦予權(quán)重和偏置，得到第一特征值；所述sigmoid激活層用于對輸入相位處理通道、幅值處理通道、頻率處理通道或能量處理通道的系數(shù)賦予權(quán)重和偏置，得到第二特征值；所述乘法器m2用于將第一特征值和第二特征值相乘，得到通道輸出。
23、進一步地，所述第一concat層用于將s波特征提取單元的輸出特征和p波特征提取單元的輸出特征進行拼接，得到拼接向量a，所述轉(zhuǎn)置運算層用于對拼接向量a進行轉(zhuǎn)置運算，得到運算結(jié)果at，所述乘法器m1用于將運算結(jié)果at與拼接向量a相乘，得到融合矩陣a，a＝ata，其中，t為轉(zhuǎn)置運算。
24、進一步地，所述雙通道特征增強單元包括：gap層、gmp層、均值特征增強層、顯著特征增強層和第二concat層；
25、所述gap層和gmp層的輸入端均作為雙通道特征增強單元的輸入端；
26、所述均值特征增強層的輸入端與gap層的輸出端連接；
27、所述顯著特征增強層的輸入端與gmp層的輸出端連接；
28、所述第二concat層的輸入端分別與均值特征增強層的輸出端和顯著特征增強層的輸出端連接，其輸出端作為雙通道特征增強單元的輸出端。
29、進一步地，所述均值特征增強層用于對gap層輸出的均值特征進行增強處理；
30、所述顯著特征增強層用于對gmp層輸出的最大值特征進行增強處理。
31、本專利技術(shù)的有益效果為：本專利技術(shù)通過檢波器在盾構(gòu)機工作過程中采集巖溶區(qū)的反射波，分別對p波和s波進行瞬時頻率、瞬時幅值和瞬時相位的計算，體現(xiàn)每個時刻頻率、幅值和相位的變化。在溶洞中，p波表現(xiàn)出明顯的頻率降低和相位反轉(zhuǎn)，原因在于溶洞內(nèi)部通常充滿空氣或水，與周圍巖石形成顯著的聲阻抗差，這種差異導(dǎo)致高反射系數(shù)，從而使得溶洞邊界返回的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種盾構(gòu)穿越巖溶區(qū)溶洞預(yù)測方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)穿越巖溶區(qū)溶洞預(yù)測方法，其特征在于，所述S3中提取相位反轉(zhuǎn)系數(shù)包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)穿越巖溶區(qū)溶洞預(yù)測方法，其特征在于，所述S3和S4中提取幅值變化系數(shù)的具體過程為：在連續(xù)多個時刻中，將相鄰兩個時刻中后一時刻的瞬時幅值與前一時刻的瞬時幅值相減，并取絕對值，得到幅值差，將多個幅值差相加，得到幅值差相加結(jié)果，對幅值差相加結(jié)果進行歸一化處理，得到幅值變化系數(shù)；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)穿越巖溶區(qū)溶洞預(yù)測方法，其特征在于，所述S3和S4中提取能量衰減系數(shù)的具體過程為：在連續(xù)多個時刻中，對瞬時幅值取平方值，對取平方后的瞬時幅值進行累加，得到能量，在時間長度N中，將最大能量與最小能量的比值的歸一化值作為能量衰減系數(shù)，其中，N為正整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)穿越巖溶區(qū)溶洞預(yù)測方法，其特征在于，所述S5中溶洞預(yù)測模型包括：S波特征提取單元、P波特征提取單元、第一Concat層、轉(zhuǎn)置運算層、乘法器M1、Conv層、雙通道特征增
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的盾構(gòu)穿越巖溶區(qū)溶洞預(yù)測方法，其特征在于，所述S波特征提取單元包括：幅值處理通道和能量處理通道；
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的盾構(gòu)穿越巖溶區(qū)溶洞預(yù)測方法，其特征在于，所述相位處理通道、幅值處理通道、頻率處理通道和能量處理通道均包括：Tanh激活層、Sigmoid激活層和乘法器M2；
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的盾構(gòu)穿越巖溶區(qū)溶洞預(yù)測方法，其特征在于，所述第一Concat層用于將S波特征提取單元的輸出特征和P波特征提取單元的輸出特征進行拼接，得到拼接向量a，所述轉(zhuǎn)置運算層用于對拼接向量a進行轉(zhuǎn)置運算，得到運算結(jié)果aT，所述乘法器M1用于將運算結(jié)果aT與拼接向量a相乘，得到融合矩陣A，A＝aTa，其中，T為轉(zhuǎn)置運算。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的盾構(gòu)穿越巖溶區(qū)溶洞預(yù)測方法，其特征在于，所述雙通道特征增強單元包括：GAP層、GMP層、均值特征增強層、顯著特征增強層和第二Concat層；
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的盾構(gòu)穿越巖溶區(qū)溶洞預(yù)測方法，其特征在于，所述均值特征增強層用于對GAP層輸出的均值特征進行增強處理；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種盾構(gòu)穿越巖溶區(qū)溶洞預(yù)測方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)穿越巖溶區(qū)溶洞預(yù)測方法，其特征在于，所述s3中提取相位反轉(zhuǎn)系數(shù)包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)穿越巖溶區(qū)溶洞預(yù)測方法，其特征在于，所述s3和s4中提取幅值變化系數(shù)的具體過程為：在連續(xù)多個時刻中，將相鄰兩個時刻中后一時刻的瞬時幅值與前一時刻的瞬時幅值相減，并取絕對值，得到幅值差，將多個幅值差相加，得到幅值差相加結(jié)果，對幅值差相加結(jié)果進行歸一化處理，得到幅值變化系數(shù)；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)穿越巖溶區(qū)溶洞預(yù)測方法，其特征在于，所述s3和s4中提取能量衰減系數(shù)的具體過程為：在連續(xù)多個時刻中，對瞬時幅值取平方值，對取平方后的瞬時幅值進行累加，得到能量，在時間長度n中，將最大能量與最小能量的比值的歸一化值作為能量衰減系數(shù)，其中，n為正整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)穿越巖溶區(qū)溶洞預(yù)測方法，其特征在于，所述s5中溶洞預(yù)測模型包括：s波特征提取單元、p波特征提取單元、第一concat層、轉(zhuǎn)置運算層、乘法器m1、conv層、雙通道特征增強單元和...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：唐東，李應(yīng)戰(zhàn)，陳然，康浪風(fēng)，毛碩，林岳，韋宗立，陳華強，杜江，董聰慧，官兵或，
申請(專利權(quán))人：中鐵八局集團有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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