• 中国科学引文数据库(CSCD)来源期刊
  • 中文核心期刊中文科技核心期刊
  • Scopus RCCSE中国核心学术期刊
  • 美国EBSCO数据库 俄罗斯《文摘杂志》
  • 《日本科学技术振兴机构数据库(中国)》
二维码

隧道建设(中英文) ›› 2021, Vol. 41 ›› Issue (S2): 261-267.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2021.S2.033

• 研究与探索 • 上一篇    下一篇

基于深度学习的地铁隧道监控量测数据分析预测方法

何嵘国1, 张孝勇2, 汪旭1,*, 赵子越1, 安顺彪1   

  1. 1. 中铁西南科学研究院有限公司, 四川 成都 611731 2. 中铁开发投资集团有限公司, 云南 昆明 650500
  • 出版日期:2021-12-31 发布日期:2022-03-16
  • 作者简介:何嵘国(1987—),男,甘肃古浪人,2011年毕业于兰州交通大学,土木工程专业,本科,工程师,主要从事隧道监控量测数据分析工作。E-mail: 1026135847@qq.com。 *通信作者: 汪旭, E-mail: 471395895@qq.com。

Analysis and Prediction Method for Metro Tunnel Monitoring Data Based on Deep Learning

HE Rongguo1, ZHANG Xiaoyong2, WANG Xu1, *, ZHAO Ziyue1, AN Shunbiao1   

  1. 1. China Railway Southwest Research Institute Co.KG-*3, Ltd.KG-*3, Chengdu 611731, Sichuan, China; 2. China Railway Development Investment Group Co.KG-*3, Ltd.KG-*3, Kunming 650500, Yunnan, China)
  • Online:2021-12-31 Published:2022-03-16

摘要: 针对现有数据处理方法对离散型和波动性较大的监控量测数据进行预测分析时存在不足的问题,基于深度学习的循环神经网络算法(recurrent neural network, RNN),对地铁隧道施工监控量测数据进行建模分析,构建长短期记忆网络(long shortterm memory, LSTM)模型,对某隧道工程的拱顶下沉数据进行分析预测,并与目前较为常用的灰色理论预测法、BP神经网络、非线性自回归(nonautoregressive, NAR)神经网络及支持向量回归(support vactor regression, SVR)预测方法的预测效果进行对比。结果表明: 1)循环神经网络对时间序列具有敏感性,在对监控量测数据的预测上表现出了较强的优势,可以实现对监控量测数据的精确预测,无论是对波动程度较小的数据还是对波动程度较大的数据,其预测效果要优于目前常用的方法。2)基于深度学习的循环神经网络算法具有收敛速度快、稳定性好、预测精度高的优点。

关键词: 地铁隧道, 循环神经网络, 监测数据, 预测, 深度学习

Abstract: The existing data processing methods cannot effectively analyze and predict the discrete and volatile measurement data. Accordingly, a model is established for metro tunnel construction monitoring data based on the deep learning recurrent neural network algorithm (RNN). Moreover, a stacked long shortterm memory model is constructed to analyze and predict the deformation of crown subsidence of a metro tunnel. The results of the models are compared with those of grey prediction, BP neural network, nonlinear autoregression neural network, and support vector regression. The result shows the following: (1) The RNN is sensitive to time series, and it is superior to other methods in terms of prediction of monitoring data. The RNN data prediction method recommended realizes the accurate prediction of all kinds of monitoring data. (2) The RNN is characterized by fast convergence, good stability, and high prediction accuracy.

Key words: metro tunnel, recurrent neural network, monitoring data, prediction, deep learning