申请/专利权人：江苏省地质矿产局第一地质大队;南京工业大学;南京坤拓土木工程科技有限公司

申请日：2023-07-13

公开（公告）日：2024-03-29

公开（公告）号：CN116881693B

主分类号：G06F18/213

分类号：G06F18/213;G06F18/27;G06F18/214;G06F17/18

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.29#授权;2023.10.31#实质审查的生效;2023.10.13#公开

摘要：刀群序贯破岩掌子面形态演化特征提取方法，涉及掘进机械装备设计、复杂表面形态分析和数理统计分析，属于地下工程技术与大数据分析技术交叉领域。包括掌子面实测特征量化表达、提取径向差分时序样本、提取切向差分时序样本、提取岩‑刀序贯耦合演化特征四个步骤，从实测数据出发，通过将刀群周期序贯破岩运动分解为滚刀自身连续破岩时的切向差分时序、相邻滚刀序贯破岩时的径向差分时序，采用多层统计模型定量表达岩‑刀序贯耦合作用下掌子面局部表面损伤几何形态演化特征，步骤原理清晰，各数据模型均可解释，可以高效提取刀群序贯破岩掌子面形态演化特征。

主权项：1.刀群序贯破岩掌子面形态演化特征提取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一掌子面实测特征量化表达；当刀具破碎掌子面岩体过程中产生的实测掌子面表面损伤几何形态特征由显式模型式（1）所表达时，对掌子面表面损伤几何形态进行多时刻现场实测，利用显式模型对掌子面表面损伤几何形态实测值进行回归运算，得到不同时刻的模型变量系数取值集合，cht为掌子面表面损伤几何形态特征，A为模型变量集合，B为模型变量系数集合，t为显式模型所来源的训练集的采集时刻，cnd为包含地层分布信息、掘进设备部件配置及尺寸信息、掘进设备工作参数信息的条件集合； ch t =fA,B|t,cnd（1）；步骤二提取径向差分时序样本；按照显式模型分别得到tr-u、tr-s、tr时刻目标区域的掌子面表面损伤几何形态特征的显式模型变量系数集合，计算显式模型各变量系数在时刻集合{tr-u，tr-s，tr}内紧邻时刻之间的差分值，单个变量系数差分值为一对紧邻时刻中最晚时刻的该变量系数值减去最早时刻的该变量系数值，得到相邻轨迹滚刀相互影响最大时各变量系数在时间序列上的差分运算结果，定义与单个差分值相应的一对紧邻时刻中的最晚时刻为该差分值的代表时刻，将显式模型单个变量系数bi在时间序列上的差分值向该差分值的代表时刻一一映射，得到显式模型中单个变量系数bi的径向差分时序样本；步骤三提取切向差分时序样本；对于单具目标滚刀，在闭区间[tr-prev×Δt,tr+post×Δt]内，prev为前向时长倍数、post为后向时长倍数、Δt为单位时间间隔，tr为时刻；按照显式模型分别得到该段时间内各任意紧邻时刻单具目标滚刀形成的掌子面表面损伤几何形态的显式模型变量系数集合，计算显式模型各变量系数在紧邻时刻之间的差值，单个变量系数差分值为一对紧邻时刻中最晚时刻的该变量系数值减去最早时刻的该变量系数值，得到不考虑相邻轨迹滚刀相互影响时各变量系数在时间序列上的差分运算结果，定义与单个差分值相应的一对紧邻时刻中的最晚时刻为该差分值的代表时刻，将显式模型单个变量系数在时间序列上的差分值向该差分值的代表时刻一一映射，得到显式模型中单个变量系数的切向差分时序样本；步骤四提取岩-刀序贯耦合演化特征；滚刀阵列随刀盘旋转不定周期地循环运动，刀盘上滚刀阵列中滚刀在参考平面上的瞬时相位在时间序列上以刀盘旋转周期为时间间隔重复出现，r、θ分别是滚刀中心距、滚刀相位角关于时刻t的周期函数，对r、θ按实测滚刀旋转周期分段划分，得到r、θ的各周期分段函数关于时刻t的位置逆函数；利用位置逆函数替换显式模型中单个变量系数的径向差分时序样本和显式模型中单个变量系数的切向差分时序样本中的变量t，得到显式模型单个变量系数在时间序列上的差分值在不同周期内与单具滚刀瞬时位置坐标之间的映射；对于单具滚刀目标区域内掌子面表面损伤几何形态特征，将同一破岩网格处的显式模型中单个变量系数的径向差分时序样本中的差分值作为元素汇总得到该变量系数同位径向差分行向量；对于单台掘进设备的所有滚刀，将刀群相位不变时同一变量系数的各滚刀径向破岩特征及其相应滚刀的滚刀中心距分别作为应变量和自变量，运用非参数回归方法得到该变量系数对应的单个刀群相位下刀群径向破岩特征拟合方程，用于根据滚刀中心距预测该刀群相位条件下刻画相邻轨迹滚刀在掌子面产生贯通裂纹损伤掌子面后掌子面表面形态的显式模型的相应单个系数；将具有相同位置正投影的单具滚刀的对应表达掌子面表面损伤几何形态特征的显式模型中单个变量系数的切向差分时序样本中的差分值作为元素汇总得到该变量系数同位切向差分行向量；对于单台掘进设备的所有滚刀，将刀群相位不变时同一变量系数的各滚刀切向破岩特征及其相应滚刀的滚刀中心距分别作为应变量和自变量，运用非参数回归方法得到该变量系数对应的单个刀群相位下刀群切向破岩特征拟合方程，用于根据滚刀中心距预测该刀群相位条件下刻画相邻轨迹滚刀损伤掌子面但未在掌子面产生贯通裂纹这一条件下掌子面表面形态的显式模型的相应单个系数；对于单个同位径向差分行向量与单个同位切向差分行向量，分别以等组距绘制其元素的频率直方图，以该频率直方图横轴各小区间中点值为自变量、以各自变量所在小区间所对应的频率值为应变量构成元素频率样本，从概率密度函数池中选择对该元素频率样本拟合精度最高的概率密度函数分别作为该同位径向差分行向量以及同位切向差分行向量中元素分布，概率密度函数池包含均匀分布、正态分布、指数分布、t分布、伽玛分布、贝塔分布、F分布、韦伯分布；频率直方图的组距D满足式，M、m、n分别为同一向量中元素的最大值、最小值、元素个数；元素分布的统计量取元素所服从的分布的期望；显式模型中单个变量系数的刀群相位与刀群径向破岩特征拟合方程之间的映射，即显式模型中单个变量系数在相位间的径向演化特征，针对显式模型的单个变量系数用于根据刀群相位预测对应的刀群径向破岩特征拟合方程；显式模型中单个变量系数的刀群相位与刀群切向破岩特征拟合方程之间的映射，即显式模型中单个变量系数在相位间的切向演化特征，针对显式模型的单个变量系数用于根据刀群相位预测对应的刀群切向破岩特征拟合方程。

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