隧道施工过程多元信息可视化分析系统研究及应用

摘要

本文通过对当前国内外围岩分级、地质体三维可视化及隧道施工管理系统的研究与总结的基础上，重点研究并完成了以下内容:
　　(1)研究并搭建了隧道施工过程中包括传感器、人工监测及地质超前等信息的多元信息的采集系统，将所搭建的系统应用到抚松隧道工程实际中，对采集到的多元信息进行了综合分析。另一方面，将差异进化(DE)算法分别于BP神经网络算法及有限元法(FEM)相结合，实现了DE-ANN算法及DE-FEM反演程序。运用其中的DE-ANN算法对采集的传感器信息进行了时间序列预测，用其中的DE-FEM反演程序对抚松隧道大量断面进行了力学参数反演工作。
　　(2)在分析隧道施工期围岩动态分级的必要性且对现有的围岩分级方法探讨的基础上，对隧道施工期围岩分级进行了研究。包括围岩分级所选取的分级指标、所采用的智能算法等。提出了考虑地质超前预报的基于DE-ANN算法的围岩分级方法，并结合VTK可视化实现了隧道施工过程三维可视化围岩分类技术。
　　(3)综合考虑现有的三维地质体可视化技术、隧道施工管理系统及实际工程需求的基础上，按照软件工程的方法，用C＃语言在.NET可视化环境下，开发了“隧道施工过程多元信息可视化分析系统”，该系统可以快速的创建需要的模型，并且具有工程中所需的数据管理、围岩分级、参数反分析、有限元计算等常用功能。
　　最后将该系统应用到大连地铁及抚松隧道实际工程中，结果表明:该系统具有高效地信息管理，及时、准确地分析预报隧道结构稳定状况的功能，为指导施工，确保工程安全和进度提供了有力的工具。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 隧道施工多元信息采集及分析技术现状

1．2．2 围岩分级研究现状

1．2．3 三维可视化及隧道施工分析系统研究现状

1．3 本文研究内容与技术路线

第2章 理论基础

2．1 人工智能算法

2．1．1 差异进化算法(DE)

2．2．2 BP神经网络

2．2 科学计算可视化

2．2．1 VTK简介

2．2．2 VTK对象模型

2．2．3 VTK文件格式

2．3 自动化监测及时间序列预测方法

2．4 隧道反分析

2．5 地质雷达原理

第3章 隧道施工过程多元信息的采集与分析

3．1 工程简介

3．2 抚松隧道多元信息自动化监测系统的构建

3．2．1 系统硬件的选择及现场安装

3．2．2 多元信息测量结果的采集

3．3 地质超前预报

3．3．1 数据编辑及常规处理方法

3．3．2 抚松隧道地质超前数据解释

3．4 基于DE-ANN方法的时间序列预测

3．4．1 DE-ANN算法的实现

3．4．2 抚松隧道围岩时间序列预测

3．5 基于DE-FEM方法的围岩参数反分析

3．5．1 DE-FEM算法的实现

3．5．2 研究区域特点

3．5．3 参数反分析

3．5．4 DE参数对反分析影响

3．5．5 反演计算部分断面位移云图

3．6 结论

第4章 隧道施工过程三维可视化围岩分级技术研究

4．1 考虑地质超前预报的围岩分级方法

4．2．1 分级指标选取原则

4．2．2 分级指标测定方法及评分标准

4．2 基于DE-ANN的抚松隧道围岩分级实践

4．3 围岩等级三维可视化技术

4．3．1 三维地质体模型建立

4．3．2 围岩等级管理

4．4 结论

第5章 基于三维可视化的隧道施工智能分析系统研究

5．1 系统开发工具的选择及需求分析

5．1．1 开发工具的选择

5．1．2 系统需求分析

5．2 系统体系结构设计

5．2．1 系统体系结构设计

5．2．2 系统数据库结构设计

5．3 关键技术

5．3．1 三维点坐标拾取

5．3．2 云数据库技术

5．3．3 导出数据到Flao3D的技术

5．3．4 隧道虚拟漫游技术

5．4 小结

第6章 工程应用

6．1 抚松隧道应用

6．1．1 三维地质模型建立

6．1．2 监控测量及传感器数据管理

6．1．3 有限元计算

6．1．4 生成分析报告

6．2 大连地铁隧道应用

6．2．1 工程简介

6．2．2 工程应用

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

附录

攻读学位期间公开发表学术论文情况

致谢

作者简介