小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的地鐵論文范文

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1小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法

小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和基本的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類似，一般采用輸入層、隱含層和輸出層三部分。小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層的轉(zhuǎn)移函數(shù)采用小波函數(shù)，但小波函數(shù)的選取目前還未有統(tǒng)一的理論。Szu構(gòu)造的Morlet小波函數(shù)。

2工程應(yīng)用

2．1工程概況北京地鐵6號(hào)線東延部分東部新城站至東小營(yíng)站區(qū)間工程位于北京市通州區(qū)，起點(diǎn)為東部新城站，終點(diǎn)為東小營(yíng)站。該區(qū)間由東部新城站向東，沿運(yùn)河?xùn)|大街北側(cè)設(shè)置，沿線穿越綠地、宋郎路路口，到達(dá)東小營(yíng)站，其中在宋郎路路口和運(yùn)河?xùn)|大街東南有多處雨水、電力和電信管線。區(qū)間穿越的地層主要有粉細(xì)砂層、局部夾粉質(zhì)粘土層、中粗砂層。工程采用直徑為6m的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工。

2．2網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)采集小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果影響較大，應(yīng)充分考慮與施工相關(guān)的各種因素，如地表沉降的成因、工程地質(zhì)條件和施工工藝參數(shù)等。盾構(gòu)施工引起的地表沉降易受到以下因素影響：盾構(gòu)施工區(qū)間的水文地質(zhì)條件對(duì)沉降量的影響較大；當(dāng)盾構(gòu)機(jī)由于某種原因停止推進(jìn)時(shí)，千斤頂會(huì)漏油回縮導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)后退，引起盾前土體壓力減小；盾尾脫空后，管片和土體之間存在空隙，由于注漿不及時(shí)，土體填充盾尾空隙引起土體局部塌落；盾殼移動(dòng)引起土體的摩擦和剪切作用，在該作用力下土體產(chǎn)生變形；盾構(gòu)改變開(kāi)挖方向，往往會(huì)引起超挖現(xiàn)象，土體受到的擾動(dòng)隨之加大，引起土體局部變形破壞；開(kāi)挖面的土體靠土倉(cāng)壓力來(lái)維持，但是在施工過(guò)程中，土倉(cāng)壓力和開(kāi)挖面壓力并不是出于完全平衡狀態(tài)，這種不平衡狀態(tài)容易引起土體的坍塌變形。綜合考慮各相關(guān)因素，確定在對(duì)于地表沉降較為敏感的土體參數(shù)和施工參數(shù)中選取覆土厚度（H）、壓縮模量（Es）、粘聚力（c）、天然密度（ρ）、內(nèi)摩擦角（Ф）、千斤頂推力（F）和注漿壓力（P）共7個(gè)參數(shù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)。小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)選擇目前還沒(méi)有成熟的理論依據(jù)，可參考BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱層節(jié)點(diǎn)選取，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)分析以輸入節(jié)點(diǎn)的2～4倍綜合確定，最終選擇為13。小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為7－13－1。盾構(gòu)施工引起的短期地表沉降對(duì)地表建筑和地下管線影響最大，且該施工區(qū)段地層變化較小，掘進(jìn)速度基本不變，故可以選取盾構(gòu)機(jī)通過(guò)該點(diǎn)50m后的穩(wěn)定沉降數(shù)據(jù)。在施工單位提供的相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)和地質(zhì)資料中選取了51組數(shù)據(jù)，將其中36組作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，如表1所示。選擇15組作為測(cè)試數(shù)據(jù)，如表2所示。

2．3地表沉降預(yù)測(cè)與分析根據(jù)選取的36組數(shù)據(jù)和已經(jīng)確定的7－13－1的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分別建立小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)模型。設(shè)定訓(xùn)練目標(biāo)為0．001，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始權(quán)值、閾值和小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的伸縮參數(shù)、平移參數(shù)分別在［－1，1］之間隨機(jī)賦值。得到訓(xùn)練結(jié)果如圖1所示。結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)1050次訓(xùn)練后小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練誤差可以達(dá)到訓(xùn)練目標(biāo)，而B(niǎo)P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要8500次訓(xùn)練才能達(dá)到訓(xùn)練目標(biāo)。小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練速度相比于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有較大優(yōu)勢(shì)。對(duì)于已經(jīng)訓(xùn)練好的兩種模型，使用相同的測(cè)試樣本進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，得到的預(yù)測(cè)結(jié)果如圖2所示，預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)際測(cè)量值的誤差如表3所示。可以看出，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最小、最大誤差分別為3．1％、27．3％，2．8％、14．5％，故小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)精度要好于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，且預(yù)測(cè)結(jié)果均在工程允許范圍內(nèi)，可以依據(jù)此預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工控制參數(shù)的制定提供科學(xué)的指導(dǎo)。

3結(jié)論

盾構(gòu)施工引起的地表沉降對(duì)施工安全影響較大，對(duì)其進(jìn)行有效地預(yù)測(cè)，并以此作為依據(jù)對(duì)施工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可達(dá)到降低施工風(fēng)險(xiǎn)的目的，對(duì)于提高施工效率、確保施工質(zhì)量、增加經(jīng)濟(jì)效益意義重大。本文選用小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)盾構(gòu)施工地表沉降進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到以下結(jié)論：（1）小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練速度較傳統(tǒng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有較大優(yōu)勢(shì)。（2）結(jié)合北京地鐵六號(hào)線實(shí)地?cái)?shù)據(jù)驗(yàn)證了小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于盾構(gòu)施工地表沉降預(yù)測(cè)的可行性。（3）小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始權(quán)值、伸縮參數(shù)和平移參數(shù)的選取還沒(méi)有成熟的理論依據(jù)，如果參數(shù)選取不合適可能使小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)陷入局部極小的情況，因此對(duì)于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的優(yōu)化選取還有待深入研究。

作者：季雁鵬郝如江寧士亮單位：石家莊鐵道大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院中國(guó)鐵建中鐵二十二局集團(tuán)第一工程有限公司