本申請屬于盾構掘進參數(shù)處理，具體涉及一種適用于復雜地層的盾構掘進參數(shù)關聯(lián)規(guī)則挖掘方法。

背景技術：

1、在盾構掘進施工過程中，由于地層與裝備之間的交互反饋作用，掘進參數(shù)與地層條件的關聯(lián)關系非常復雜，導致盾構機的控制變得困難。由于盾構裝備對地層的自適應能力較差，如果盾構掘進參數(shù)不能很好地匹配當前開挖地層，輕則會導致刀具磨損嚴重、掘進效率低下，嚴重可能會導致地表產生大幅沉降、發(fā)生坍塌等施工風險。

2、相關技術中，盾構掘進參數(shù)挖掘分析方法主要有兩類：一是常規(guī)數(shù)學統(tǒng)計方法，例如利用皮爾遜相關系數(shù)計算參數(shù)相關性，這種方法只能定性表征參數(shù)之間相關性強弱關系，且結論往往只適用于某些具體工況，泛化性差；二是使用關聯(lián)規(guī)則挖掘方法挖掘不同地層下掘進參數(shù)之間的關聯(lián)規(guī)則，如apriori算法和fp-growth算法。然而，apriori算法和fp-growth算法需要多次掃描數(shù)據庫以生成候選項集和頻繁項集，導致計算量巨大，在處理大規(guī)模盾構數(shù)據時效率較低。此外，由于算法本身的特性，當特征種類數(shù)量增多時，難以生成有價值的長關聯(lián)規(guī)則。且這些算法通常使用置信度、支持度等數(shù)學指標來評價規(guī)則優(yōu)劣，規(guī)則的可解釋性較差，難以結合工程實際問題指導施工。

3、因此，有必要提供一種適用于復雜地層的盾構掘進參數(shù)關聯(lián)規(guī)則挖掘方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┮环N適用于復雜地層的盾構掘進參數(shù)關聯(lián)規(guī)則挖掘方法，具有運算速度快、能夠定向挖掘長關聯(lián)規(guī)則、規(guī)則可解釋性強等特點，可以有效解決背景技術中的至少一個技術問題。

2、為解決上述技術問題，本申請的技術方案在于：

3、一種適用于復雜地層的盾構掘進參數(shù)關聯(lián)規(guī)則挖掘方法，包括如下步驟：

4、步驟s1，獲取復雜地層的盾構掘進參數(shù)的數(shù)據集，所述數(shù)據集中的每條數(shù)據均包括表征列特征、挖掘列特征和物理指標列特征；

5、步驟s2，以所述表征列特征為對象，為所述表征列特征中每個種類的特征設定一個分箱規(guī)則，對所述數(shù)據集中的數(shù)據進行一次分箱，以所述表征列特征不同種類特征的分箱區(qū)間進行組合，將所述數(shù)據集中的數(shù)據劃歸至子數(shù)據集內，所述子數(shù)據集內的每條數(shù)據均包括挖掘列特征和物理指標列特征；

6、步驟s3，以所述挖掘列特征為對象，為所述挖掘列特征中每個種類的特征設定一個分箱規(guī)則，對所述子數(shù)據集中的數(shù)據進行二次分箱；

7、步驟s4，以所述挖掘列特征不同種類特征的分箱區(qū)間進行組合，計算每個組合出現(xiàn)的期望發(fā)生概率和實際發(fā)生概率；

8、步驟s5，設定概率閾值，若步驟s4中組合出現(xiàn)的實際發(fā)生概率不小于所述概率閾值，且不小于期望發(fā)生概率，則判定為滿足產生規(guī)則的要求，生成該組合所對應的關聯(lián)規(guī)則；反之，則判定為不滿足產生規(guī)則的要求，不生成關聯(lián)規(guī)則。

9、作為一種優(yōu)選的改進，所述表征列特征包括掌子面彈性模量和掌子面復合比；所述挖掘列特征包括盾構機的推力和扭矩；所述物理指標列特征包括地表沉降。

10、作為一種優(yōu)選的改進，步驟s2和步驟s3中分箱規(guī)則采用專家經驗分箱、等頻分箱、等距分箱或自定義分箱進行制定。

11、作為一種優(yōu)選的改進，步驟s4中，所述挖掘列特征不同種類特征的分箱區(qū)間組合的期望發(fā)生概率的計算過程為：

12、計算所述挖掘列特征不同種類特征的實際發(fā)生概率；

13、將每個組合中所有種類特征的實際發(fā)生概率相乘得到期望發(fā)生概率；

14、其中，每個種類特征的實際發(fā)生概率為每個種類特征出現(xiàn)的次數(shù)占所有種類特征出現(xiàn)總次數(shù)的比值。

15、作為一種優(yōu)選的改進，所述挖掘列特征不同種類特征的分箱區(qū)間組合的實際發(fā)生概率為組合出現(xiàn)的次數(shù)占所有組合出現(xiàn)總次數(shù)的比值。

16、作為一種優(yōu)選的改進，步驟s5中，所述概率閾值根據所述數(shù)據集內的數(shù)據量和數(shù)據信息密集程度進行設定。

17、作為一種優(yōu)選的改進，關聯(lián)規(guī)則的形式為：挖掘列特征不同種類特征的分箱區(qū)間組合∪該組合的實際發(fā)生概率∪該組合內物理指標列特征的均值。

18、本申請的有益效果在于：

19、（1）本申請采用分箱方法生成特征類可解決連續(xù)型數(shù)據特征難以利用問題。采用物理指標和實際概率作為規(guī)則的評價指標，使得可以通過物理指標列從物理意義上評判規(guī)則好壞，增加了規(guī)則的可解釋性，更好的解決實際研究問題，可以有效的應用于土木工程、數(shù)據挖掘等諸多領域；

20、（2）物理指標列根據研究目標選取，規(guī)則的好壞除了可以用真實發(fā)生概率表示，還可以用物理指標列的均值進行評判，使得規(guī)則的可解釋性和規(guī)則之間的可比性增強，更大程度滿足實際問題要求。

技術特征：

1.一種適用于復雜地層的盾構掘進參數(shù)關聯(lián)規(guī)則挖掘方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據權利要求1所述的適用于復雜地層的盾構掘進參數(shù)關聯(lián)規(guī)則挖掘方法，其特征在于，所述表征列特征包括掌子面彈性模量和掌子面復合比；所述挖掘列特征包括盾構機的推力和扭矩；所述物理指標列特征包括地表沉降。

3.根據權利要求1所述的適用于復雜地層的盾構掘進參數(shù)關聯(lián)規(guī)則挖掘方法，其特征在于，步驟s2和步驟s3中分箱規(guī)則采用專家經驗分箱、等頻分箱、等距分箱或自定義分箱進行制定。

4.根據權利要求1所述的適用于復雜地層的盾構掘進參數(shù)關聯(lián)規(guī)則挖掘方法，其特征在于，步驟s4中，所述挖掘列特征不同種類特征的分箱區(qū)間組合的期望發(fā)生概率的計算過程為：

5.根據權利要求1所述的適用于復雜地層的盾構掘進參數(shù)關聯(lián)規(guī)則挖掘方法，其特征在于，所述挖掘列特征不同種類特征的分箱區(qū)間組合的實際發(fā)生概率為組合出現(xiàn)的次數(shù)占所有組合出現(xiàn)總次數(shù)的比值。

6.根據權利要求1所述的適用于復雜地層的盾構掘進參數(shù)關聯(lián)規(guī)則挖掘方法，其特征在于，步驟s5中，所述概率閾值根據所述數(shù)據集內的數(shù)據量和數(shù)據信息密集程度進行設定。

7.根據權利要求1所述的適用于復雜地層的盾構掘進參數(shù)關聯(lián)規(guī)則挖掘方法，其特征在于，關聯(lián)規(guī)則的形式為：挖掘列特征不同種類特征的分箱區(qū)間組合∪該組合的實際發(fā)生概率∪該組合內物理指標列特征的均值。

技術總結
本申請?zhí)峁┮环N適用于復雜地層的盾構掘進參數(shù)關聯(lián)規(guī)則挖掘方法，屬于盾構掘進參數(shù)處理技術領域。本申請采用分箱法生成特征類，可解決連續(xù)型數(shù)據特征難以利用的問題，采用物理指標和實際概率作為規(guī)則的評價指標，通過物理指標列從物理意義上評判規(guī)則好壞，增加了規(guī)則的可解釋性，可以更好的解決實際研究問題，有效的應用于土木工程、數(shù)據挖掘等諸多領域；物理指標列根據研究目標選取，規(guī)則的好壞除了可以用真實發(fā)生概率表示，還可以用物理指標列的均值進行評判，使得規(guī)則的可解釋性和規(guī)則之間的可比性增強，更大程度滿足實際問題要求。

技術研發(fā)人員：陳仁朋,張旋,程紅戰(zhàn),楊子漢,張超,鄒聶,吳懷娜,孟凡衍
受保護的技術使用者：湖南大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/21