【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数字孪生，特别是涉及基于数字孪生的注浆施工全过程实时监测预控方法及系统。
技术介绍
1、本部分的陈述仅仅是提到了与本专利技术相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。
2、在隧道建设期间，经常会遇到地下水渗透、喷涌等问题。这些问题一旦出现，不管其严重程度如何，都会对隧道的安全、施工质量、经济效益和工期产生重大影响。为了解决这些问题，注浆技术作为封堵水源通道和加固地层的有效方法，在隧道建设中扮演着关键角色。
3、数字孪生技术，是一种通过创建物理实体的虚拟副本来实现实时监控和分析的技术，并已在地下工程的多个方面已经开始发挥作用。在隧道施工注浆领域，这意味着可以通过数字孪生模型来模拟和分析地下水流动、地层结构以及注浆材料的扩散和固化过程，以达到准确地灾害与封堵效果预测和控制，实现注浆方案的优化、资源浪费的减少与施工效率的提高。
4、注浆数字孪生技术的实现，目前还存在一定的技术屏障，主要集中在隧道施工环境复杂水文地质条件耦合下的虚拟模型建立难、速度慢；虚拟模型与物理实体间的实时同步要求高，数据交互高度依赖于准确、持续和全面的数据，且数据的实时处理、交互与分析对算力、算法提出了很高的要求；技术的可扩展性、适应性问题以及安全性和隐私问题同样是数字孪生技术面临的一个重要问题。
技术实现思路
1、为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了基于数字孪生的注浆施工全过程实时监测预控方法及系统。
2、一方面，提供了基于数字孪生的注浆施工全过程实时监
3、另一方面，提供了基于数字孪生的注浆施工全过程实时监测预控系统，包括：数据采集模块，其被配置为：对围岩、掌子面以及钻孔内部进行多源数据采集，基于采集的数据，建立隧道整体三维模型；实时监测模块，其被配置为：将超声波传感器集中布设于掌子面上靠近碎裂区域的设定范围内，将纳米传感器送入裂隙内部，获取超声波传感器与纳米传感器的实时监测数据；数据增强模块，其被配置为：对超声波传感器与纳米传感器的实时监测数据进行数据增强处理；初始化模块，其被配置为：根据增强后的实时监测数据，对隧道整体三维模型进行初始化设置；智能模拟模块，其被配置为：对初始化设置后的隧道整体三维模型，实现注浆过程的智能模拟；输出模块，其被配置为：采用数值模拟结果对智能模拟结果进行验证，输出最终模拟结果，并根据最终模拟结果对实际注浆过程进行控制。
4、上述技术方案具有如下优点或有益效果：本专利技术提出了一种纳米与超声波传感器混合布设方法，实现传感器的快速、高覆盖布置与数据捕捉，隧道注浆过程中，布设在掌子面上的超声波传感器起到空间上的监测作用；布设在钻孔裂隙内的纳米传感器起到局部监测作用，主要监测注浆过程中浆液的压力、流速与扩散范围。
5、本专利技术提出数据增强方法，解决注浆过程数据的失真与缺失问题。
6、本专利技术提出一种多源数据驱动的隧道虚拟孪生体构建方法与点云数据特征映射的网格快速划分方法，为虚拟孪生体提供快速计算与预测基础；基于数据映射技术实现虚实体间的数据传输。
7、本专利技术提出了一种基于拓扑关系挖掘的注浆智能模拟方法，将注浆参数与地质参数抽象为拓扑节点，将注浆需考虑的参数与参数间的约束关系抽象为拓扑边，智能挖掘拓扑关系、绘制出拓扑图，最终通过图卷积神经网络模型对拓扑结构进行解译，实现智能化的注浆模拟，在此基础上结合数值模拟方法实现模拟结果的双重判识；最终基于阶段性与全局性效果评估结果实现对注浆的预控分析与决策。
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1.基于数字孪生的注浆施工全过程实时监测预控方法，其特征是，包括：
2.如权利要求1所述的基于数字孪生的注浆施工全过程实时监测预控方法，其特征是，对围岩、掌子面以及钻孔内部进行多源数据采集，基于采集的数据，建立隧道整体三维模型，具体包括：
3.如权利要求2所述的基于数字孪生的注浆施工全过程实时监测预控方法，其特征是，所述对隧道整体三维模型进行网格划分，得到网格划分后的隧道整体三维模型，具体包括：
4.如权利要求1所述的基于数字孪生的注浆施工全过程实时监测预控方法，其特征是，将超声波传感器集中布设于掌子面上靠近碎裂区域的设定范围内，将纳米传感器送入裂隙内部，获取超声波传感器与纳米传感器的实时监测数据；
5.如权利要求1所述的基于数字孪生的注浆施工全过程实时监测预控方法，其特征是，对初始化设置后的隧道整体三维模型，实现注浆过程的智能模拟，包括：
6.如权利要求5所述的基于数字孪生的注浆施工全过程实时监测预控方法，其特征是，利用所述拓扑图数据库，采用遗传算法，进行注浆拓扑映射模型的训练和优化，获得已训练完成的注浆拓扑映射模型；
7.如权利要求5所述的基于数字孪生的注浆施工全过程实时监测预控方法，其特征是，通过收集待模拟注浆作业的注浆参数和地质参数，使用已训练完成的注浆拓扑映射模型来确定注浆参数之间的约束关系，进而构建出最优注浆参数的拓扑图，具体包括：
8.如权利要求5所述的基于数字孪生的注浆施工全过程实时监测预控方法，其特征是，利用注浆参数拓扑图中的节点与边信息，提取出节点的特征矩阵和二维的连接关系邻接矩阵；将提取出的图结构数据输入到训练完成后的图卷积神经网络模型中进行注浆模拟，其中，节点的特征矩阵的构建方法为：
9.如权利要求1所述的基于数字孪生的注浆施工全过程实时监测预控方法，其特征是，采用数值模拟结果对智能模拟结果进行验证，输出最终模拟结果，具体包括：
10.基于数字孪生的注浆施工全过程实时监测预控系统，其特征是，包括：
...【技术特征摘要】
1.基于数字孪生的注浆施工全过程实时监测预控方法，其特征是，包括：
2.如权利要求1所述的基于数字孪生的注浆施工全过程实时监测预控方法，其特征是，对围岩、掌子面以及钻孔内部进行多源数据采集，基于采集的数据，建立隧道整体三维模型，具体包括：
3.如权利要求2所述的基于数字孪生的注浆施工全过程实时监测预控方法，其特征是，所述对隧道整体三维模型进行网格划分，得到网格划分后的隧道整体三维模型，具体包括：
4.如权利要求1所述的基于数字孪生的注浆施工全过程实时监测预控方法，其特征是，将超声波传感器集中布设于掌子面上靠近碎裂区域的设定范围内，将纳米传感器送入裂隙内部，获取超声波传感器与纳米传感器的实时监测数据；
5.如权利要求1所述的基于数字孪生的注浆施工全过程实时监测预控方法，其特征是，对初始化设置后的隧道整体三维模型，实现注浆过程的智能模拟，包括：
6.如权利要求5所述的基于数字孪生的注浆施工全过程实时监测预控方法，其特征是，...
【专利技术属性】
技术研发人员：许振浩，赵晟喆，李术才，潘东东，李轶惠，胡安栋，卜泽华，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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