孔压静力触探海底土层划分方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种孔压静力触探海底土层划分方法及系统，涉及一种土层划分领域。目前的分层方法在CPTU指标的选取上有较大的主观性，分层结果不很准确。本发明专利技术包括步骤：获取原始指标数据、数据处理、降维处理、聚类；在K均值聚类判层方法基础上，使用自编码器对投入聚类的海底孔压静力触探指标进行降维，去除冗余特征，优化特征间的权重，对得到的特征子集进行K均值聚类，发现聚类分层结果的轮廓系数等聚类评价指标都大为提高；本技术方案利用自编码器结合K均值聚类，海底土层分界面的准确度高，且土类个数、结果展示能够直观表现。

Method and System of Submarine Soil Layer Classification by Pore Pressure Static Penetration

The invention discloses a method and system for dividing seabed soil layer by pore pressure static cone penetration, and relates to the field of soil layer dividing. The current hierarchical method is subjective in the selection of CPTU indicators, and the hierarchical results are not very accurate. The invention includes steps: acquiring original index data, data processing, dimension reduction processing, clustering; using self-encoder to reduce dimension of seabed pore pressure static penetration index input clustering, removing redundant features, optimizing the weight of features, clustering the obtained feature subset by K-means, and discovering contour coefficient of clustering hierarchical results based on K-means clustering hierarchical method. Clustering evaluation index has been greatly improved; the technical scheme uses self-encoder combined with K-means clustering, which has high accuracy of subsea soil interface, and the number of soil types and results can be visually displayed.

【技术实现步骤摘要】
孔压静力触探海底土层划分方法及系统
本专利技术涉及土层划分领域，尤其涉及孔压静力触探海底土层划分方法及系统。
技术介绍
孔压静力触探试验凭借其迅速、操作便捷、数据连续、功能齐全、良好的可扩展性等优点，近年来在陆上及海洋工程地质调查和岩土工程勘察中得到越来越多的使用，其数据指标已经逐渐成为海洋工程地质条件及地质灾害评价的重要依据。无论是工程地质调查还是岩土工程勘察，正确的划分地层和识别土类都是最基础且最重要的内容，影响着后续工作的质量。相比于钻探结合室内试验的方法，孔压静力触探可以有效避免漏层，并且更为准确的识别土层边界。然而，孔压静力触探试验也会产生大量的数据，且受地层深度影响，数据会发生非线性变异。同时，试验的指标单从数值上与土类并不能直接对应，同一土类可能会有不同的力学响应，仅凭经验要想取得较好结果需要耗费很多时间与精力。因此国内外有相当的研究者提出了一些利用CPTU数据自动或半自动的判别土类、地层的方法。其中常规统计学方法有：Webster等提出采用组内相关系数指数RI来识别均质土层边界；杨树荣采用多变量统计分析中的最优分割法理论，对静力触探3个力学指标的测试曲线，进行综合分析本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.孔压静力触探海底土层划分方法，其特征在于包括步骤：1)获取原始指标数据：包括实测的孔隙水压力u2、锥尖阻力qc、侧壁摩阻力fs、摩阻比Rf和考虑了上覆自重应力与静水孔压的影响的归一化锥尖阻力Qt、孔压比Bq；2)数据处理：对获取的数据进行均值归一化处理，使经过处理的数据符合标准正态分布；3)降维处理：将处理好的数据输入自编码器，自编码器对投入聚类的海底孔压静力触探指标进行降维，去除冗余特征，优化特征间的权重，得到特征矩阵；4)聚类：对降维处理后的特征矩阵进行K均值聚类；根据土的种类确定聚类初始数目，对聚类结果计算组内平方误差和，根据聚类数目与组内平方误差和，确定最佳聚类数目；将分类标签与深...

【技术特征摘要】
1.孔压静力触探海底土层划分方法，其特征在于包括步骤：1)获取原始指标数据：包括实测的孔隙水压力u2、锥尖阻力qc、侧壁摩阻力fs、摩阻比Rf和考虑了上覆自重应力与静水孔压的影响的归一化锥尖阻力Qt、孔压比Bq；2)数据处理：对获取的数据进行均值归一化处理，使经过处理的数据符合标准正态分布；3)降维处理：将处理好的数据输入自编码器，自编码器对投入聚类的海底孔压静力触探指标进行降维，去除冗余特征，优化特征间的权重，得到特征矩阵；4)聚类：对降维处理后的特征矩阵进行K均值聚类；根据土的种类确定聚类初始数目，对聚类结果计算组内平方误差和，根据聚类数目与组内平方误差和，确定最佳聚类数目；将分类标签与深度关联，获得土层划分结果。2.根据权利要求1所述的孔压静力触探海底土层划分方法，其特征在于：在步骤2)数据处理时，经过归一化处理的数据符合标准正态分布，即均值为0，标准差为1，归一化的转化函数为：其中μ为所有样本数据的均值，σ为所有样本数据的标准差。3.根据权利要求2所述的孔压静力触探海底土层划分方法，其特征在于：在步骤3)降维处理时，选择3个维度进行输出。4.根据权利要求3所述的孔压静力触探海底土层划分方法，其特征在于：在步骤4)聚类时，采用聚类算法为K-means++，从数据中随机取一个点作为初始的聚类中心，接着对于数据集中的每一个点x，计算它与最近聚类中心的距离D(x)，然后选择一个新的数据点作为新的聚类中心，选择的原则是：选取D(x)最大的点作为新的聚类中心。5.根据权利要求4所述的孔压静力触探海底土层划分方法，其特征在于：在步骤4)聚类时，根据组内平方误差和绘制聚类数目与组内平方误差和的关系图-拐点图来确定最佳聚类数目。6.根据权利要求4所述的孔压静力触探海底土层划分方法，其特征在于：在步骤4)中，将分类标签与深度关联时，将分类标签与深度作为横纵坐标成图即为土层划分结果，使用移动窗口法计算每50cm土层的标签均值来辅助...

【专利技术属性】
技术研发人员：宣耀伟，何旭涛，丁兆冈，彭维龙，李世强，胡文侃，马兴端，沈耀军，张志刚，舒琪，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司舟山供电公司，浙江舟山海洋输电研究院有限公司，国家电网有限公司，国网浙江省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33