【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及盾構機掘進軸線偏差預警，具體為一種基于數據分析的盾構機掘進軸線偏差預警方法。
技術介紹
1、盾構機掘進軸線是整個盾構隧道施工過程中的核心參考線，其是根據設計要求規劃的理想軌跡，決定了盾構機在地下的行駛路徑，準確的軸線可以確保隧道按照設計位置和深度順利施工，盾構機在掘進過程中如果偏離軸線，可能會穿透低強度區域、地表建筑物或其他設施，導致安全事故或工程損失，因此提前識別偏差并進行修正，可以有效降低事故發生的可能性，保障施工人員及設備的安全。
2、當前許多預警系統仍然依賴人工設置參數和手動分析，缺乏針對偏差的有效處理方案和實時調整建議，導致降低了盾構機施工的安全性。
技術實現思路
1、(一)解決的技術問題
2、針對現有技術的不足，本專利技術提供了一種基于數據分析的盾構機掘進軸線偏差預警方法，具備通過傳感監測系統收集盾構機掘進位置、傾斜角、偏離角、推進力以及推進速度數據，將收集到的數據去除噪聲，刪除異常數據并統一數據格式，根據統一格式后的數據計算盾構機理論掘進路線與盾構機掘進軸線偏差值，實時監測盾構機的實際掘進情況，并對盾構機掘進軸線偏差值進行分析研判，判斷是否超出預設偏差范圍，根據實時偏差判斷結果，建立預警規則，確定預警級別并輸出預警信息與建議，根據預警結果進行實時調整盾構機的運行參數，通過數據分析的方式計算盾構機掘進軸線的偏差，進行偏差預警，避免了人工設置參數可能帶來的錯誤，并針對偏差的預警級別提出有效的處理方案和實時調整建議，提高了盾構機施工的安
3、(二)技術方案
4、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種基于數據分析的盾構機掘進軸線偏差預警方法，包括以下步驟：
5、s1、通過傳感監測系統收集盾構機掘進位置、傾斜角、偏離角、推進力以及推進速度數據；
6、s2、將收集的s1中的所有數據去除數據噪聲，刪除異常數據并統一數據格式；
7、s3、根據統一格式后的數據計算盾構機理論掘進路線與盾構機掘進軸線偏差值；
8、s4、實時監測盾構機的實際掘進情況，并對盾構機掘進軸線偏差值進行分析研判，判斷是否超出預設偏差范圍；
9、s5、根據實時偏差判斷結果，建立預警規則，確定預警級別并輸出預警信息與建議；
10、s6、根據預警結果進行實時調整盾構機的運行參數。
11、優選的，所述s2去除收集數據噪聲的公式如下所示：
12、
13、公式中，ma(di)表示去除噪聲后的數據，k表示去噪窗口大小，決定了計算移動平均時隔多少個數據點，di+j表示當前點及其鄰近點的數據，用于計算當前點的移動平均，j表示計數下標，表示對第一個數據求和累加到第k-1個數據，用于對求和后的數值進行除法。
14、優選的，所述s2刪除收集的異常數據的公式如下所示：
15、
16、公式中，|zx|表示數據點與平均值之間的偏差程度，用來判斷數據是否是異常數據，di表示數據集中第i個數據點，n表示數據點的總數，i表示計數下標，表示對采集數據的第一個數據累加求和到第n個數據，這個公式用于求數據均值，表示是將所有偏差平方后的結果相加，得到總的平方偏差和，將這個數值開根號是為了用于得到標準差，當|zx|大于2，則認為該數據點是異常數據。
17、優選的，所述s2統一收集數據的格式的公式如下所示：
18、one-hot-vector＝0ne-hot-encode(category)
19、公式中，one-hot-vector表示接收轉換格式后的數據，one-hot-encode(category)表示轉換函數，將輸入數據category轉換成被計算機識別的二進制單位向量。
20、優選的，所述s3根據統一格式后的數據計算盾構機理論掘進路線的公式如下所示：
21、xtheory(t)＝x0+vx*t
22、ytheory(t)＝y0+vy*t
23、公式中，xtheory(t)表示掘進的橫向路線，ytheory(t)表示掘進的縱向路線，(x0，y0)表示起始點坐標，vx、vy表示掘進方向的速度分量，t表示時間變量。
24、優選的，所述s3計算盾構機掘進軸線偏差值的公式如下所示：
25、
26、公式中，pclx表示盾構機掘進軸線偏差值，(xactual，yactual)表示實際掘進坐標，(xtheory(t)，ytheory(t))表示理論掘進坐標。
27、優選的，所述s4對盾構機掘進軸線偏差值進行分析研判，判斷是否超出預設偏差范圍，方式如下所示：
28、
29、公式中，pdjg表示偏差判斷結果，當pclx的絕對值大于a時，對盾構機掘進軸線偏差進行進一步分析，當pclx的絕對值小于等于a時，盾構機掘進軸線偏差在正常范圍內。
30、優選的，所述s5根據實時偏差判斷結果，建立預警規則，當偏差變化時，判斷屬于哪個級別：
31、當pclx的絕對值小于等于a時，此時盾構機掘進軸線偏差處于無預警級別；
32、當pclx的絕對值大于a小于等于b時，此時盾構機掘進軸線偏差處于注意級別；
33、當pclx的絕對值大于b小于等于c時，此時盾構機掘進軸線偏差處于警告級別；
34、當pclx的絕對值大于c時，此時盾構機掘進軸線偏差處于嚴重級別。
35、優選的，所述s5針對不同預警級別，制定對應輸出信息和操作建議如下所示：
36、無預警級別：正常運營，繼續監測；
37、注意級別：監測頻率提高，記錄偏差趨勢；
38、警告級別：建議停機檢查，分析原因；
39、嚴重級別：立即停機，進行全面檢查，并請求技術支持。
40、優選的，所述s6根據預警級別，當監測到盾構機掘進軸線偏差超出預設范圍時，通過dcs分布式控制系統自動調整盾構機的主控參數，實時優化推進力與刀盤轉速等關鍵參數，并將盾構機掘進軸線進行糾正。
41、與現有技術相比，本專利技術提供了一種基于數據分析的盾構機掘進軸線偏差預警方法，具備以下有益效果：
42、本專利技術通過傳感監測系統收集盾構機掘進位置、傾斜角、偏離角、推進力以及推進速度數據，將收集到的數據去除噪聲，刪除異常數據并統一數據格式，根據統一格式后的數據計算盾構機理論掘進路線與盾構機掘進軸線偏差值，實時監測盾構機的實際掘進情況，并對盾構機掘進軸線偏差值進行分析研判，判斷是否超出預設偏差范圍，根據實時偏差判斷結果，建立預警規則，確定預警級別并輸出預警信息與建議，根據預警結果進行實時調整盾構機的運行參數，通過數據分析的方式計算盾構機掘進軸線的偏差，進行偏差預警，避免了人工設置參數可能帶來的錯誤，并針對偏差的預警級別提出有效的處理方案和實時調整建議，提高了盾構機施工的安全性。
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1.一種基于數據分析的盾構機掘進軸線偏差預警方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于數據分析的盾構機掘進軸線偏差預警方法，其特征在于：所述S2去除收集數據噪聲的公式如下所示：
3.根據權利要求2所述的一種基于數據分析的盾構機掘進軸線偏差預警方法，其特征在于：所述S2刪除收集的異常數據的公式如下所示：
4.根據權利要求3所述的一種基于數據分析的盾構機掘進軸線偏差預警方法，其特征在于：所述S2統一收集數據的格式的公式如下所示：
5.根據權利要求4所述的一種基于數據分析的盾構機掘進軸線偏差預警方法，其特征在于：所述S3根據統一格式后的數據計算盾構機理論掘進路線的公式如下所示：
6.根據權利要求5所述的一種基于數據分析的盾構機掘進軸線偏差預警方法，其特征在于：所述S3計算盾構機掘進軸線偏差值的公式如下所示：
7.根據權利要求6所述的一種基于數據分析的盾構機掘進軸線偏差預警方法，其特征在于：所述S4對盾構機掘進軸線偏差值進行分析研判，判斷是否超出預設偏差范圍，方式如下所示：
8.根
9.根據權利要求8所述的一種基于數據分析的盾構機掘進軸線偏差預警方法，其特征在于：所述S5針對不同預警級別，制定對應輸出信息和操作建議如下所示：
10.根據權利要求9所述的一種基于數據分析的盾構機掘進軸線偏差預警方法，其特征在于：所述S6根據預警級別，當監測到盾構機掘進軸線偏差超出預設范圍時，通過DCS分布式控制系統自動調整盾構機的主控參數，實時優化推進力與刀盤轉速等關鍵參數，并將盾構機掘進軸線進行糾正。
...【技術特征摘要】
1.一種基于數據分析的盾構機掘進軸線偏差預警方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于數據分析的盾構機掘進軸線偏差預警方法，其特征在于：所述s2去除收集數據噪聲的公式如下所示：
3.根據權利要求2所述的一種基于數據分析的盾構機掘進軸線偏差預警方法，其特征在于：所述s2刪除收集的異常數據的公式如下所示：
4.根據權利要求3所述的一種基于數據分析的盾構機掘進軸線偏差預警方法，其特征在于：所述s2統一收集數據的格式的公式如下所示：
5.根據權利要求4所述的一種基于數據分析的盾構機掘進軸線偏差預警方法，其特征在于：所述s3根據統一格式后的數據計算盾構機理論掘進路線的公式如下所示：
6.根據權利要求5所述的一種基于數據分析的盾構機掘進軸線偏差預警方法，其特征在于：所述s3計算盾構機掘進軸線偏差值的公式如下所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉永勝，李鳳遠，韓偉鋒，何蒙蒙，陳瑞祥，石凱麗，江南，任穎瑩，郭衛社，張合沛，萬雪鈺，陳橋，
申請(專利權)人：盾構及掘進技術國家重點實驗室，
類型：發明
國別省市：
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