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基于TCN-LSTM的盾构刀盘扭矩实时预测研究

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

Cutterhead torqueTemporal Convolutional NetworkLong Short-Term Memory NetworkMulti-step predictionSplit ratio

冯通、胡锦健、李研、张箭、梁禹、丰土根

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中铁七局集团第三工程有限公司,西安 710000

河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,南京 210098

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

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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

国家自然科学基金项目国家自然科学基金项目国家自然科学基金项目

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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
年,卷(期):2024.61(5)