现代隧道技术2024,Vol.61Issue(5) :120-128,166.DOI:10.13807/j.cnki.mtt.2024.05.013

基于TCN-LSTM的盾构刀盘扭矩实时预测研究

Research on Real-time Prediction of Shield Cutterhead Torque Based on TCN-LSTM

冯通 胡锦健 李研 张箭 梁禹 丰土根
现代隧道技术2024,Vol.61Issue(5) :120-128,166.DOI:10.13807/j.cnki.mtt.2024.05.013

基于TCN-LSTM的盾构刀盘扭矩实时预测研究

Research on Real-time Prediction of Shield Cutterhead Torque Based on TCN-LSTM

冯通 1胡锦健 2李研 1张箭 2梁禹 3丰土根2
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作者信息

  • 1. 中铁七局集团第三工程有限公司,西安 710000
  • 2. 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,南京 210098
  • 3. 中山大学土木工程学院,珠海 519082;隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室,广州 510275
  • 折叠

摘要

盾构刀盘扭矩反映了刀盘与地层相互作用的力学特性,实时准确预测刀盘扭矩变化情况,可为掘进参数提前调整、机器平稳运行并减少刀具磨损提供保障.基于此,提出一种基于时间卷积网络(TCN)-长短时记忆网络(LSTM)的深度学习模型对刀盘扭矩进行实时预测研究.研究结果表明:TCN-LSTM模型能够捕捉输入参数的局部特征并建立长期依赖关系,相比于其他模型具有最高的预测精度;TCN-LSTM模型在多步预测中表现稳定,可以实现更长时间内的刀盘扭矩超前预测,按照4∶1∶1的比例划分数据集可以获得性能最优的预测模型.

Abstract

The shield cutterhead torque reflects the mechanical interaction characteristics between the cutterhead and the stratum.Accurately predicting torque changes in real-time can help adjust tunnelling parameters in ad-vance,ensure smooth machine operation,and reduce cutting tool wear.Therefore,this paper proposes a deep learning model based on Temporal Convolutional Network(TCN)and Long Short-Term Memory(LSTM)for real-time predic-tion of cutterhead torque.The results indicate that the TCN-LSTM model can capture the local features of the input parameters and establish long-term dependencies,achieving the highest prediction accuracy compared to other models.The model performs stably in multi-step predictions,enabling longer lead-time predictions of cutterhead torque.A 4∶1∶1 data set split ratio yields the optimal performance for the prediction model.

关键词

刀盘扭矩/时间卷积网络/长短时记忆网络/多步预测/划分比例

Key words

Cutterhead torque/Temporal Convolutional Network/Long Short-Term Memory Network/Multi-step prediction/Split ratio

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基金项目

国家自然科学基金项目(52378336)

国家自然科学基金项目(52178386)

国家自然科学基金项目(52378427)

出版年

2024
现代隧道技术
中铁西南科学研究院有限公司 中国土木工程学会隧道及地下工程分会

现代隧道技术

CSTPCD北大核心
影响因子:1.493
ISSN:1009-6582
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