CN116227309B 融合多源数据的盾构掘进数字孪生地层构建方法及系统 （中交三航局第三工程有限公司）

号融合多源数据的盾构掘进数字孪生地层构本发明公开了一种融合多源数据的盾构掘进数字孪生地层构建方法及系统，首先利用钻滤波融合盾构掘进力学参数及地层变形监测数2步骤二：利用钻孔数据的地层属性信息，建步骤三：利用室内土工试验数据和原位测试数据步骤五：耦合双无损卡尔曼滤波技术，融合地层步骤六：利用盾构隧道位置监测的实时数据，对2.根据权利要求1所述的一种融合多源数据的盾构掘进数字孪生地层构建方法，其特3.根据权利要求1所述的一种融合多源数据的盾构掘进数字孪生地层构建方法，其特征在于，步骤三中建立三维随机场模型，假设x=[,y,表示盾构隧道位置场地三维空;基于稀疏贝叶斯学习技术，对混沌多项式展开系数矩随机场，从而为接下来的耦合双无损卡尔曼滤波模型构建提供岩土参数随机场的初始参。4.根据权利要求1所述的一种融合多源数据的盾构掘进数字孪生地层构建方法，其特35.根据权利要求1所述的一种融合多源数据的盾构掘进数字孪生地层构建方法，其特6.根据权利要求1所述的一种融合多源数据的盾构掘进数字孪生地层构建方法，其特模型，分别对地层分布三维模型参数和多元相关三维条件随机场模型参数进行反演分析；为更新前地层分布模型的参数值，为相应的协方差矩阵，7为经验超参数，2m+1为s点总数量，代表s点；;4;从而得到更新后的地层分布模型的参数值：;式中为测量矢模块二：用于利用钻孔数据的地层属性信息，建立反映模块三：用于利用室内土工试验数据和原位测试数据，考虑多维岩模块五：用于耦合双无损卡尔曼滤波技术，融合地层变模块六：用于利用盾构隧道位置监测的实时数据，对反演8.根据权利要求7所述的一种基于多源数据融合的盾构隧道掘进数字孪生地层构建系9.根据权利要求7所述的一种基于多源数据融合的盾构隧道掘进数字孪生地层构建系统，其特征在于，模块三中建立三维随机场模型，假设x=[,y,表示盾构隧道位置场地三维5;基于稀疏贝叶斯学习技术，对混沌多项式展开系数矩随机场，从而为接下来的耦合双无损卡尔曼滤波模型构建提供岩土参数随机场的初始参。10.根据权利要求7所述的一种基于多源数据融合的盾构隧道掘进数字孪生地层构建维模型和多元相关三维条件随机场，实现对数字孪生模型中土体单元的地层属性和物理、11.根据权利要求7所述的一种基于多源数据融合的盾构隧道掘进数字孪生地层构建12.根据权利要求7所述的一种基于多源数据融合的盾构隧道掘进数字孪生地层构建6为更新前地层分布模型的参数值，为相应的协方差矩阵，为经验超参数，2m+1为s点总数量；代表s点；;;从而得到更新后的地层分布模型的参数值：;式中为测量矢上式中*号以区分于地层分布模型参数，同理可得有关岩土随机场参数的卡尔曼滤波获得新的变形监测数据后，按照上述步骤依次进78进而建立融合地层分布及岩土参数的土压平衡盾构施工非侵入式随机有限元数字孪生模[0012]优选地，步骤三中建立三维随机场模型，假设x=[,9[0019]针对地层分布模型，获取更新后的地层分布模型的参数值的详细过程如下：[0021]借助估测函数t(x)得到进一步估计值：;;;Ma为噪音；[0023]由ir按转换公式得到对应的，借助估测函数itc)得到进一步估计值：;Ba为噪音；[0038]优选地，模块三中建立三维随机场模型，假设x=[,[0045]针对地层分布模型，获取更新后的地层分布模型的参数值的详细过程如下：[0047]借助估测函数t(x)得到进一步估计值：;;;Ma为噪音；[0049]由ir按转换公式得到对应的，借助估测函数itc)得到进一步估计值：;Ba为噪音；损卡尔曼滤波反演模型，实现基于施工反馈的地层分布和岩土参数信息的实时动态更新。[0064]针对技术方案中的步骤3，对所收集的勘察资料中的原位测试数据（标准贯入试场模型。假设x=[,y,Tew表示该场地三维空间中的一点，为该点取样的室内土[0068]由于似然函数和先验函数的共轭性，尝试求解出边际似然函数积分的解析表达[0070]针对技术方案中的步骤4，在完成场地三维地层建模及构建岩土参数随机场两项[0072]针对技术方案中的步骤5，为实现双无损卡尔曼滤波信息融合与地层参数的动态[0073]由于盾构机掘进力学参数的采样频率远大于地表变形采样频率[0074]针对技术方案中的步骤6，将盾构机的等效掘进力学参数输入到建立的有限元精预测范围的有效性，本发明只对隧道开挖面所在位置前后2倍洞径范围内变形数据进行分别对地层分布三维模型参数和多元相关三维条件随[0075]耦合双无损卡尔曼滤波模型的具体方法（见图3根据获得的地层分布模型和岩[0078]借助估测函数t(x)得到进一步估计值：;;;Ma为噪音；[0080]由ir按转换公式得到对应的，借助估测函数itc)得到进一步估计值：;Ba为