基于数据技术的城市地下空间特征信息表达与挖掘

摘要

21世纪是城市地下空间迅速发展的世纪，也是信息化浪潮继续高歌猛进的世纪。城市地下空间信息作为城市的重要自然资源，在城市基础设施建设、民防工程建设和城市可持续发展方面具有重要的意义。同时，城市地下空间信息作为一种战略资源的科学数据，其价值必须通过共享和整合，在广泛应用中得到实现，并从中挖掘出有用的知识，解决工程实际问题，从而使地下空间开发技术在信息时代焕发青春，步入地下空间信息化时代。本文重点分析了城市地下空间信息的表达和挖掘，开展了如下的研究工作：
　　 详细叙述了城市地下空间信息的分类；结合南京市地下空间利用的现状和特点，分别对地层和地质勘察信息、地下建(构)筑物信息、地下管线信息、地下水资源信息和施工过程信息作了深入的研究；论述了城市地下空间信息多源性、多样性、非线性、分散性和时空性的特点。
　　 引入Geotech-XML技术，并对Geotech-XML的文档结构、文档类型定义和可扩展样式语言等技术做了深入而详细的介绍；在此基础上，以杭州市中央商务区地下空间规划、南京地铁二号线一期工程上海路站岩土工程勘察和基坑工程设计等信息为背景，将Geotech-XML应用于地下空间规划信息、岩土工程勘察信息和地下建(构)筑物信息的表达，并给出了相关的文档代码；分析了城市地下空间信息标准化表达的必要性和必然趋势。
　　 详细论述了模糊聚类神经网络、线性回归和最小二乘支持向量机等三类算法模型。运用整合式模糊聚类神经网络模型和最小二乘支持向量分类机模型，建立了砂土地震液化与其影响因素之间的非线性关系；对国内外400组砂土地震液化资料进行了训练与测试，并与传统砂土液化评估方法进行了比较；数据挖掘结果的误判率和分类矩阵表明，采用数据挖掘模型预测砂土地震液化的精度较传统方法高；同时，整合式模糊聚类神经网络模型的预测效果更优于最小二乘支持向量分类机模型的预测效果。
　　 搜集整理了南京地铁二号线一期工程油坊桥站--莫愁湖站区间段土层物理力学参数，并构建了小型数据库；运用数据挖掘技术中的线性回归模型，对南京河西地区软粘土物理力学参数的相关性分析进行研究，得出了22对相关关系式，并运用P-P图和Q-Q图进行了拟合优度检验。在搜集整理95个隧道工程喷锚支护设计实例的基础上，分析了隧道喷锚支护影响因素指标的取值；提出了改进的最小二乘支持向量回归机模型，并运用该模型对隧道喷锚支护的6个设计参数进行了挖掘研究；预测结果表明，该模型的预测效果较人工神经网络有了很大的提高。