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基于融合注意力机制的盾构姿态组合预测模型研究
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作者 刘哲 许超 熊栋栋 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第1期139-150,共12页
针对盾构姿态预测模型存在易过拟合、预测精度低的问题,提出一种基于融合注意力机制的盾构姿态组合预测模型。为强化有效特征的提取,抑制冗余特征信息的表达,引入基于选择性卷积核网络(selective kernel networks,SKNet)的特征注意力机... 针对盾构姿态预测模型存在易过拟合、预测精度低的问题,提出一种基于融合注意力机制的盾构姿态组合预测模型。为强化有效特征的提取,抑制冗余特征信息的表达,引入基于选择性卷积核网络(selective kernel networks,SKNet)的特征注意力机制提取网络,消除固定尺寸卷积核带来的限制,并自适应形成带有注意力的特征映射。为更好地捕捉长期信息和特征模式,通过双向长短期记忆网络(bidirectional long short-term memory,BiLSTM)、门控循环单元(gated recurrent unit, GRU)得到2组隐含输出结果,再利用多头注意力机制,捕获组合模型输出的隐含特征与模型输出的盾构姿态之间的依赖关系,进一步提高预测模型对重要隐含特征的信息抓捕能力;同时,为解决地质勘察钻孔数据连续性差、精确性不足,难以应用于机器学习模型训练的问题,将基于人工先验知识的二级特征引入模型特征输入,提升模型对地层信息的感知能力。最后,基于广州地铁12号线官洲站—大学城北站盾构实例,对模型不同参数结构下的性能进行研究,并进行对比试验验证模型性能,采用可解释性试验评估特征对预测结果的影响。试验结果表明,相比其他预测模型,所提出的预测模型优越性更好,预测精度更高,解决了长时间序列高特征维度数据在传统模型下易过拟合且预测精度较低的问题。 展开更多
关键词 盾构姿态预测 选择性卷积核网络 特征注意力 组合模型 多头注意力机制
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标准环加转弯环盾构管片排版及拼装选型算法研究 被引量:1
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作者 熊栋栋 杨钊 许超 《城市轨道交通研究》 北大核心 2024年第10期30-38,共9页
[目的]为解决人工进行标准环+转弯环(双面楔形)盾构管片排版和选点中存在的主观性强、计算繁琐、重复工作量大等问题,特对其进行算法研究,以解决实际工程问题。[方法]开发了标准环+转弯环管片自动排版、拼装选型及预测算法软件。基于成... [目的]为解决人工进行标准环+转弯环(双面楔形)盾构管片排版和选点中存在的主观性强、计算繁琐、重复工作量大等问题,特对其进行算法研究,以解决实际工程问题。[方法]开发了标准环+转弯环管片自动排版、拼装选型及预测算法软件。基于成熟施工经验,依据隧道线形和管片转角计算管片排版计划,实现了管片排版的自动化计算。提出了综合考虑隧道线形、盾尾间隙、推进油缸行程和盾构机趋势的标准环+转弯环管片选型计算方法和决策算法,实现了管片自动拼装选点。在此基础上,通过建立盾构姿态变化与盾尾间隙和油缸行程变化量的关系式,实现了未来2环标准环+转弯环管片拼装点位和管片型号的预测。[结果及结论]研究成果在广州地铁12号线成功应用,显著提升了现场标准环+转弯环管片排版、选型的工作效率,降低了人力成本,并优化了盾构隧道施工工序。 展开更多
关键词 盾构法隧道 标准环+转弯环管片 盾尾间隙 油缸行程 管片排版 拼装点位选择
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基于机-岩状态识别和融合注意力的盾构姿态多步预测 被引量:2
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作者 熊栋栋 刘哲 许超 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3809-3821,共13页
为准确预测未来多个时刻的盾构姿态,帮助盾构操作人员提前识别盾构姿态变化趋势,以进行早期决策,提出基于机-岩状态识别和融合多尺度的特征-时域注意力机制的知识-数据双驱动盾构掘进姿态多步预测方法。引入实时反映机-岩工作状态关系... 为准确预测未来多个时刻的盾构姿态,帮助盾构操作人员提前识别盾构姿态变化趋势,以进行早期决策,提出基于机-岩状态识别和融合多尺度的特征-时域注意力机制的知识-数据双驱动盾构掘进姿态多步预测方法。引入实时反映机-岩工作状态关系的场切入指标FPI、单位贯入度的刀盘扭矩指标TPI、分区可掘性指标FPIR、螺旋机性能指标STP等复合参数指标,作为模型的输入特征参数,并构建以GRU为基础单元的Encoder-Decoder网络结构。在特征维度上,采用融合多尺度一维卷积的特征注意力机制,自适应捕捉不同层次、不同尺度的盾构掘进参数特征;时间维度上,在解码器中引入时域注意力机制,充分挖掘盾构掘进数据中的长期历史信息和短期输入输出序列的隐藏依赖关系。广州地铁12号线盾构掘进历史数据的模型测试结果分析表明,该预测方法在不增加网络复杂性的前提下,既缓解了算法自身在寻优、迭代和匹配时产生的可解释性差、效率低等问题,又大幅提升模型的特征提取、时间序列的相关性捕获及长期趋势挖掘的能力,实现盾构掘进姿态的精准多步预测,其性能明显优于门控循环神经网络LSTM、GRU及其经典组合模型GRU-SelfAttention、GRU-MultiheadAttention等。研究结果为进一步完善盾构掘进姿态预测方法、提升盾构掘进姿态优化控制水平提供参考。 展开更多
关键词 盾构 盾构姿态 多步预测 复合参数指标 一维卷积 特征注意力 时域注意力
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基于参数智能化采集的盾构管片自动选型算法研究 被引量:7
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作者 杨钊 熊栋栋 +2 位作者 许超 陈少林 贺创波 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2022年第5期817-825,共9页
为解决人工管片选型给盾构姿态和成型管片质量带来的隐患,将成熟的人工管片选型经验逻辑和合理简化计算模型根植于管片自动选型决策算法的内核,以影响管片选型的施工参数为研究对象,提出综合考虑盾尾间隙、推进油缸行程差和盾构趋势的... 为解决人工管片选型给盾构姿态和成型管片质量带来的隐患,将成熟的人工管片选型经验逻辑和合理简化计算模型根植于管片自动选型决策算法的内核,以影响管片选型的施工参数为研究对象,提出综合考虑盾尾间隙、推进油缸行程差和盾构趋势的管片选型计算方法和决策算法,预先考虑各影响因素实际施工中所有可能出现的取值范围以及不同施工工况下的权重变化。该软件首次针对大直径盾构特点开发8组盾尾间隙和6组油缸行程的算法,借助盾尾间隙智能化测量和监控屏幕参数图像识别技术,实现通用型管片选型参数智能化采集。在盾构隧道施工中配套使用,经多个项目现场验证和应用,管片选型算法合理,契合现场施工要求,起到规范或代替人工管片选型施工、保障成型隧道质量和盾构掘进姿态的作用。 展开更多
关键词 盾构 管片选型 权重分配 大直径盾构 图像识别 智能监测 自动选型算法
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深基坑围护墙体最大水平位移所在位置研究 被引量:2
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作者 熊栋栋 曹雪山 《大连交通大学学报》 CAS 2014年第6期61-65,共5页
利用南京地铁夫子庙站深基坑的实测数据,结合平面有限元软件plaxis对比分析研究,发现基坑围护结构的自身刚度以及地下各土层土质情况是决定墙体水平位移最大值所在位置的两个主要因素.研究表明,在一定范围内,围护墙体最大水平位移所在... 利用南京地铁夫子庙站深基坑的实测数据,结合平面有限元软件plaxis对比分析研究,发现基坑围护结构的自身刚度以及地下各土层土质情况是决定墙体水平位移最大值所在位置的两个主要因素.研究表明,在一定范围内,围护墙体最大水平位移所在位置随着其自身刚度的增大而逐渐下移;距离基底较远的土层强度变化对围护墙体最大水平位移位置基本没有影响,对于距离基底较近的土层,则有以下规律:位于基底以上的土层,围护墙体最大水平位移所在位置随着该土层强度的增大而下移,位于基底以下的土层则正好相反,并且位于基底以下的土层的这种影响能力要大于基底以上的土层,此外距离基底越远的土层对于围护墙最大水平位移所在位置的影响力越强,影响范围越大. 展开更多
关键词 交通 深基坑 围护墙体 最大水平位移所在位置 有限元分析
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渣土泵送技术在土压平衡盾构机分体始发中的应用 被引量:4
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作者 熊栋栋 陈祥龙 《城市轨道交通研究》 北大核心 2021年第10期102-107,共6页
为解决地铁隧道盾构机分体始发阶段空间狭小、无法按常规方法进行渣土运输的难题,以吉隆坡地铁MRT2号线地下段B标区间为研究对象,对土压平衡盾构机始发阶段渣土泵送技术的设备选型、工艺流程、施工工效、地层适应性,以及实施过程中遇到... 为解决地铁隧道盾构机分体始发阶段空间狭小、无法按常规方法进行渣土运输的难题,以吉隆坡地铁MRT2号线地下段B标区间为研究对象,对土压平衡盾构机始发阶段渣土泵送技术的设备选型、工艺流程、施工工效、地层适应性,以及实施过程中遇到的问题进行了分析,提出了针对性的优化改进措施,形成了一整套具有可操作性的土压平衡盾构机始发阶段渣土泵送关键技术。利用该技术成功完成了MRT 2号线地下段B标区间盾构机分体始发掘进阶段共计71环的盾构掘进出渣任务。 展开更多
关键词 地铁 土压平衡盾构机 渣土运输 渣土泵送技术 盾构机分体始发
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基于ARM的嵌入式系统平台的构建 被引量:7
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作者 裴金刚 熊栋栋 《黑龙江科技信息》 2010年第17期64-64,162,共2页
鉴于当前嵌入式产品的大量应用以及Linux系统的优势,嵌入式Linux系统的研究和开发已经成为焦点。介绍了ARM处理器和Linux系统的特点,并且结合VMware Workstation软件在windows PC上虚拟一个Linux系统作为宿主机,介绍一种基于ARM的嵌入... 鉴于当前嵌入式产品的大量应用以及Linux系统的优势,嵌入式Linux系统的研究和开发已经成为焦点。介绍了ARM处理器和Linux系统的特点,并且结合VMware Workstation软件在windows PC上虚拟一个Linux系统作为宿主机,介绍一种基于ARM的嵌入式系统的设计方法。首先简要介绍了嵌入式硬件设计方案,对硬件结构、开发环境进行了分析,然后阐述了BootLoader程序的设计。 展开更多
关键词 嵌入式系统 LINUX ARM BOOTLOADER
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基于双道激光图像识别的盾尾间隙实时监测技术研究 被引量:6
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作者 许超 贺创波 +2 位作者 熊栋栋 宋相帅 温博为 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2021年第S02期582-587,共6页
针对传统人工测量盾尾间隙数据滞后,无法直观反映盾尾间隙变化趋势的问题,开展盾尾间隙自动化监测技术研究。采用双道激光作为预制标尺,通过工业相机获取盾尾管片图像,对图像进行处理后根据像素距离计算盾尾间隙数值。该测试技术可以在... 针对传统人工测量盾尾间隙数据滞后,无法直观反映盾尾间隙变化趋势的问题,开展盾尾间隙自动化监测技术研究。采用双道激光作为预制标尺,通过工业相机获取盾尾管片图像,对图像进行处理后根据像素距离计算盾尾间隙数值。该测试技术可以在盾构掘进过程中实时测量盾尾间隙变化情况,并先后在多个项目进行了现场测试。由现场测试结果可知:1)该自动化非接触测量技术能实现盾尾间隙一键式测量,测试过程中不影响盾构正常施工;2)该测量装置能实时监测盾尾间隙,模拟盾尾椭圆度,监测盾尾变形情况及盾尾与管片的空间状态;3)采集装置采用双道激光发射器,能精准建立实际距离与像素距离之间的几何关系,提高测量装置的测试精度,使测量精度控制在3.8 mm内。 展开更多
关键词 盾构隧道 盾尾间隙 图像识别 实时监测 双道激光
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