基于多源信息融合的隧道施工突涌水风险评估方法技术

本发明专利技术涉及隧道工程灾害预测技术领域，具体涉及基于多源信息融合的隧道施工突涌水风险评估方法，包括如下步骤：S1：对隧道施工现场进行目视检查、监控量测以及综合超前地质预报，根据所得到的数据建立对应的单信息源风险评估模型并进行风险评估，得到单信息源的风险评估值；S2：对S1中所得到的三个单信息源风险评估模型进行评价，得到各个单信息源风险评估模型的重要性权重和可信度；S3：通过ER证据理论将三个单信息源风险评估模型的风险评估值、重要性权重以及可信度进行融合，得到最终的突涌水风险概率。本发明专利技术所提出的风险评估方法充分考虑了隧道建设中影响突涌水的风险因素，相较于单一信息的评估方法具有更好的鲁棒性和准确性。准确性。准确性。

【技术实现步骤摘要】
基于多源信息融合的隧道施工突涌水风险评估方法


[0001]本专利技术涉及隧道工程灾害预测
，具体涉及基于多源信息融合的隧道施工突涌水风险评估方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着区域经济发展和交通网络的不断完善，作为区域经济发展和交通网络的关键控制性工程，隧道的建设也得到了迅速发展。隧道施工过程中可能发生各种重大事故灾害。突涌水是可能发生的较为严重的地质灾害之一。现有隧道建设中不乏穿越地质构造复杂的岩溶地区的隧道，导致大量高风险深、长隧道工程的产生。在隧道开挖过程中，会对地下水产生扰动，极易发生突涌水。隧道施工过程中突涌水不仅会造成人员伤亡和经济损失，而且会给隧道施工带来极大的困难。
[0003]为了保证隧道施工的安全性、避免人员伤亡和减少不必要的经济损失，提前预测突涌水的发生，合理选择预防措施是十分重要的。目前隧道突涌水灾害的预测多侧重于从预报信息，地质条件，水文信息等角度进行分析，其准确率与普适性较差，而隧道突涌水灾害是一个复杂且多因素影响的过程，难以依据单一的信息进行评判划分，因此需要建立基于多个信息源综合反馈的判断标准，仅通过单一信息难以建立精确的隧道突涌水预测模型。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中仅依靠单一信息难以建立精确的隧道突涌水预测模型的缺陷，从而提供基于多源信息融合的隧道施工突涌水风险评估方法。
[0005]基于多源信息融合的隧道施工突涌水风险评估方法，包括如下步骤：
[0006]S1：对隧道施工现场进行目视检查、监控量测以及综合超前地质预报，根据所得到的数据分别建立对应的单信息源风险评估模型并进行风险评估，得到单信息源的风险评估值；
[0007]S2：对S1中所得到的三个单信息源风险评估模型进行评价，通过单信息源风险评估模型的准确率得到各个单信息源风险评估模型的重要性权重，通过单信息源风险评估模型的不确定性得到各个单信息源风险评估模型的可信度；
[0008]S3：通过ER证据理论将三个单信息源风险评估模型的风险评估值、重要性权重以及可信度进行融合，得到最终的突涌水风险概率。
[0009]作为本专利技术中基于多源信息融合的隧道施工突涌水风险评估方法的一种优选，S1中目视检查单信息源风险评估模型的建立过程包括如下步骤：
[0010]根据隧道施工现场的实际情况以及已有关于隧道突涌水的案例筛选出若干个目视检查的风险因素，并根据其风险大小划分为四个风险等级；根据风险因素以及风险等级对已有隧道突涌水案例进行分类得到突涌水数据库，将突涌水数据库作为支持向量机的训
练集，利用支持向量机进行学习得到目视检查单信息源风险评估模型，其中支持向量机的判别函数具体形式如下：
[0011][0012]式中：m为训练数据集的大小；
[0013]α
i
为拉格朗日乘子；
[0014]K(x
i
，x)为核函数；
[0015]b为基于训练集的阈值参数。
[0016]作为本专利技术中基于多源信息融合的隧道施工突涌水风险评估方法的一种优选，采用如下步骤从支持向量机输出值中提取相关概率：
[0017]使用Sigmoid函数将支持向量机的输出映射到区间[0，1]，具体公式如下：
[0018][0019]式中：a和b为对一组训练示例进行负对数似然函数最小化计算得到的参数；
[0020][0021]式中：t
i
为类的新标签；
[0022]t
+
为t
i
+1；
[0023]t
‑
为t
i
‑
1；
[0024]N
+
为属于类1的点数；
[0025]N
‑
为属于类2的点数。
[0026]作为本专利技术中基于多源信息融合的隧道施工突涌水风险评估方法的一种优选，S1中监控量测的数据包括围岩位移、应力和渗透水压力，根据所得到监控量测数据的风险大小将其划分为四个风险等级。
[0027]作为本专利技术中基于多源信息融合的隧道施工突涌水风险评估方法的一种优选，监控量测单信息源风险评估模型的建立过程包括如下步骤：
[0028]通过云模型将监控量测所得到的数据转化为突涌水风险概率值，利用 ER证据理论融合所得到的监控量测数据的突涌水风险概率值，得到监控量测单信息源风险评估模型，其中云模型建立过程如下：
[0029]在决策过程中对各种隧道坍塌风险因素B
i
进行分析，并进一步将每个风险因素划分为不同的风险状态B
ij
(i＝1，2，
…
，M；j＝1，2，
…
，N)。将每个风险状态对应一个特定的双极限区间，记为[b
ij
(L)，b
ij
(R)]，通过正态云公式(4)将双极限区间[b
ij
(L)，b
ij
(R)]转化为云模型(Ex
ij
,En
ij
,He
ij
)
[0030][0031][0032]式中：Ex
ij
为期望；
[0033]En
ij
为Ex
ij
的熵；
[0034]He
ij
为超熵；
[0035]h为常数，其取值范围为0～En
ij
；
[0036]公式(4)中，x应满足三个要求，一x∈X，二x是概念B的随机实例化，三x满足公式，x属于概念B的确定度可由如下公式求得
[0037][0038]作为本专利技术中基于多源信息融合的隧道施工突涌水风险评估方法的一种优选，得到S1中综合超前地质预报的方法包括长距离探测法、短距离探测法和超前钻孔法，并根据TGP结果将综合超前地质预报划分为四个等级。
[0039]作为本专利技术中基于多源信息融合的隧道施工突涌水风险评估方法的一种优选，综合超前地质预报单信息源风险评估模型的建立过程包括如下步骤：
[0040]通过专家打分法对综合超前地质预报进行分析，得到不同超前地质预报方法的突涌水风险概率值，运用ER证据理论对所得到各个超前地质预报方法的突涌水风险概率值进行融合，得到综合超前地质预报单信息源风险评估模型，其中ER证据理论公式如下：
[0041][0042]其中，(θ,p
θ,j
)为一个证据的要素e
j
，表示证据指向命题θ的概率为p
θ,j
，θ为Θ的任意子集。
[0043]作为本专利技术中基于多源信息融合的隧道施工突涌水风险评估方法的一种优选，S2中重要性权重通过单信息源风险评估模型的评估准确率获得，其公式如下：
[0044][0045][0046][0047]式中：为class
‑
wise精确率；
[0048]为class...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于多源信息融合的隧道施工突涌水风险评估方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：对隧道施工现场进行目视检查、监控量测以及综合超前地质预报，根据所得到的数据分别建立对应的单信息源风险评估模型并进行风险评估，得到单信息源的风险评估值；S2：对S1中所得到的三个单信息源风险评估模型进行评价，通过单信息源风险评估模型的准确率得到各个单信息源风险评估模型的重要性权重，通过单信息源风险评估模型的不确定性得到各个单信息源风险评估模型的可信度；S3：通过ER证据理论将三个单信息源风险评估模型的风险评估值、重要性权重以及可信度进行融合，得到最终的突涌水风险概率。2.根据权利要求1所述基于多源信息融合的隧道施工突涌水风险评估方法，其特征在于，S1中目视检查单信息源风险评估模型的建立过程包括如下步骤：根据隧道施工现场的实际情况以及已有关于隧道突涌水的案例筛选出若干个目视检查的风险因素，并根据其风险大小划分为四个风险等级；根据风险因素以及风险等级对已有隧道突涌水案例进行分类得到突涌水数据库，将突涌水数据库作为支持向量机的训练集，利用支持向量机进行学习得到目视检查单信息源风险评估模型，其中支持向量机的判别函数具体形式如下：式中：m为训练数据集的大小；α
i
为拉格朗日乘子；K(x
i
，x)为核函数；b为基于训练集的阈值参数。3.根据权利要求2所述基于多源信息融合的隧道施工突涌水风险评估方法，其特征在于，采用如下步骤从支持向量机输出值中提取相关概率：使用Sigmoid函数将支持向量机的输出映射到区间[0，1]，具体公式如下：式中：a和b为对一组训练示例进行负对数似然函数最小化计算得到的参数；式中：t
i
为类的新标签；t
+
为t
i
+1；t
‑
为t
i
‑
1；N
+
为属于类1的点数；N
‑
为属于类2的点数。4.根据权利要求1所述基于多源信息融合的隧道施工突涌水风险评估方法，其特征在
于，S1中监控量测的数据包括围岩位移、应力和渗透水压力，根据所得到监控量测数据的风险大小将其划分为四个风险等级。5.根据权利要求4所述基于多源信息融合的隧道施工突涌水风险评估方法，其特征在于，监控量测单信息源风险评估模型的建立过程包括如下步骤：通过云模型将监控量测所得到的数据转化为突涌水风险概率值，利用ER证据理论融合所得到的监控量测数据的突涌水风险概率值，得到监控量测单信息源风险评估模型，其中云模型建立过程如下：在决策过程中对各种隧道坍塌风险因素B
i
进行分析，并进一步将每个风险因素划分为不同的风险状态B

【专利技术属性】
技术研发人员：彭琦，丘伟兴，王海涵，赵炼恒，
申请(专利权)人：中国铁路广州局集团有限公司广州工程建设指挥部，
类型：发明
国别省市：