KR20220147393A - Prediction method for thrust parameters of tbm and excavation monitoring system providing the same - Google Patents

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KR20220147393A KR1020210054485A KR20210054485A KR20220147393A KR 20220147393 A KR20220147393 A KR 20220147393A KR 1020210054485 A KR1020210054485 A KR 1020210054485A KR 20210054485 A KR20210054485 A KR 20210054485A KR 20220147393 A KR20220147393 A KR 20220147393A
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Abstract

The present invention relates to a prediction method for thrust parameters of the tunnel boring machine (referred to as TBM hereinafter) and an excavation monitoring system providing the method thereof, which can predict the thrust parameter with respect to a unit excavation distance which is to be subsequently excavated by the TBM, each time the TBM excavates by a unit excavation distance. To this end, the excavation monitoring system of the present invention can predict the thrust parameter corresponding to the N+1^th unit excavation distance when the excavation with respect to the Nth unit excavation distance is completed. The present invention comprises a pretreatment system which assumes the ground parameter corresponding to the Nth unit excavation distance based on a first aggravated parameter which corresponds to the distance from the location of the Nth unit excavation distance to the front boring hole, a second aggravated parameter which corresponds to the distance from the location of the Nth unit excavation distance to the rear boring hole, a front ground parameter including the geographical information of the front boring hole location, and a rear ground parameter including the geographical information of the rear boring hole location. The pretreatment system produces an excavation data set including the thrust parameter and the ground parameter with respect to each of the first unit excavation distance and the Nth unit excavation distance. Therefore, the thrust parameters of the TBM may be precisely predicted.

Description

TBM의 추력 파라미터 예측 방법 및 그 방법을 제공하는 굴착 모니터링 시스템{PREDICTION METHOD FOR THRUST PARAMETERS OF TBM AND EXCAVATION MONITORING SYSTEM PROVIDING THE SAME}PREDICTION METHOD FOR THRUST PARAMETERS OF TBM AND EXCAVATION MONITORING SYSTEM PROVIDING THE SAME

본 발명은, 터널 보링 머신(Tunnel Boring Machine, 이하, 'TBM'이라 함)이 단위 굴착거리만큼 굴착할 때마다, 터널 보링 머신(TBM)이 다음에 굴착할 단위 굴착거리에 대한 추력 파라미터(Thrust Parameter)를 예측하는 TBM의 추력 파라미터 예측 방법 및 그 방법을 제공하는 굴착 모니터링 시스템에 관한 것이다. In the present invention, whenever the tunnel boring machine (hereinafter referred to as 'TBM') excavates by the unit excavation distance, the thrust parameter (Thrust) for the unit excavation distance to be excavated next by the tunnel boring machine (TBM) Parameter) relates to a method for predicting thrust parameters of TBM and an excavation monitoring system providing the method.

TBM(Tunnel Boring Machine) 공법이란, 굴착기 전면의 커터헤드(Cutter head)를 회전시켜 터널을 굴착하고, 미리 제작한 터널 벽면(세그먼트 라이닝, Segment Lining)을 조립하며 굴착하는 기계식 굴착공법이다. The TBM (Tunnel Boring Machine) method is a mechanical excavation method in which a tunnel is excavated by rotating a cutter head in the front of the excavator, and the tunnel wall (segment lining) is assembled in advance and excavated.

TBM 공법은, 기존에 널리 사용되고 있던 발파공법인 NATM(New Austrain Tunneling Method) 공법에 비해 3~5배 높은 굴착율을 보여 공사기간 단축이 가능하고, 저진동 저소음으로 민원발생이 적고, 가압을 통한 방수로 지하수의 수위저하를 막는 등 자연보호가 가능한 장점을 갖는다. 이에, 전 세계적으로 도심지 터널, 해저터널, 산악터널 등에서 친환경적이고 경제적인 터널공법인 TBM 공법의 적용이 확대되고 있다. The TBM method can shorten the construction period by showing an excavation rate 3 to 5 times higher than the NATM (New Austrain Tunneling Method) method, which has been widely used in the past, and has fewer civil complaints due to low vibration and low noise. It has the advantage of being able to protect nature, such as preventing the water level from dropping. Accordingly, the application of the TBM method, which is an eco-friendly and economical tunnel construction method, is expanding worldwide in urban tunnels, undersea tunnels, and mountain tunnels.

한편, 터널 굴착의 설계단계에서, 시공사는 공사기간을 예측하고, 예측된 공사기간에 기초하여 시공계획을 세우고 예산을 계산한다. 그러나, 실제 공사 현장에서는 예상하지 못한 지리학적 조건(암반 파쇄, 단층, 깨어짐, 해저터널의 경우 높은 수압 등)에 의해 공사기간이 초과하는 경우가 빈번히 발생하고, 그로 인한 공사비 증가 등의 문제가 발생하고 있다. Meanwhile, in the design stage of tunnel excavation, the contractor predicts the construction period, establishes a construction plan based on the predicted construction period, and calculates the budget. However, in actual construction sites, the construction period is frequently exceeded due to unexpected geographical conditions (rock crushing, faults, cracks, high water pressure in the case of undersea tunnels, etc.) are doing

이를 해결하기 위해서는, 지리학적 조건에 맞는 터널 보링 머신(TBM)의 추력 파라미터를 실시간으로 예측하고, 예측된 추력 파라미터 및 공사기간을 고려하여 터널 보링 머신(TBM)의 실제 추력(Thrust)을 조절할 수 있어야 한다. 예를 들어, 예측된 추력 파라미터에 대응하는 추력으로 굴착을 진행할 때 공사기간을 1개월 도과하는 경우, 예측된 추력 파라미터에 대응하는 추력보다 더 높은 추력으로 터널 보링 머신(TBM)을 운전하여 공사기간을 맞추도록 조절할 수 있다. In order to solve this problem, it is possible to predict the thrust parameters of the tunnel boring machine (TBM) in real time according to the geographical conditions, and adjust the actual thrust of the tunnel boring machine (TBM) in consideration of the predicted thrust parameters and the construction period. there should be For example, if the construction period exceeds one month when excavation is carried out with the thrust corresponding to the predicted thrust parameter, the tunnel boring machine (TBM) is operated with a higher thrust than the thrust corresponding to the predicted thrust parameter and the construction period can be adjusted to match.

최근, 국내외에서 추력 파라미터를 실시간 예측하는 순환신경망 기반 모델이 개발되고 있다. 그러나, 이 모델들은 과거 추력 파라미터는 반영하나, 실제 추력에 영향을 미치는 지리학적 조건, 즉, 지반 파라미터(Geological Parameter)는 고려하지 못하고 있어 그 예측의 정밀도가 낮은 한계가 있다. 예를 들어, 강도가 높거나 균열이 없는 암반은 상대적으로 높은 추력으로 터널 보링 머신(TBM)을 운전하는 것이 적합하고, 풍화가 심하거나 균열이 발달한 지반(폐쇄구간)은 상대적으로 낮은 추력으로 터널 보링 머신(TBM)을 운전하는 것이 적합한데, 추력 파라미터의 예측 시에 이러한 지리학적 조건이 반영되지 않는 것이다. Recently, a cyclic neural network-based model that predicts thrust parameters in real time has been developed at home and abroad. However, these models reflect the past thrust parameters, but do not take into account the geographic conditions that affect the actual thrust, that is, the geographic parameters, and thus have a low precision of prediction. For example, it is suitable to operate a tunnel boring machine (TBM) with a relatively high thrust for rock with high strength or no cracks, and for ground with severe weathering or cracks (closed section) with relatively low thrust. It is appropriate to operate a tunnel boring machine (TBM), but this geographic condition is not reflected in the prediction of thrust parameters.

이에, 굴착 시공 중 실시간(예를 들어, 단위 굴착거리를 굴착할 때마다)으로 수집되는 추력 데이터뿐만 아니라 지반 데이터를 모두 고려하여 이후 굴착할 굴착거리에 대한 터널 보링 머신(TBM)의 추력 파라미터(Thrust Parameter)를 정밀도 높게 예측하는 시스템의 필요성이 크다. Accordingly, the thrust parameter of the tunnel boring machine (TBM) for the excavation distance to be excavated after considering all ground data as well as the thrust data collected in real time during excavation construction (e.g., every time a unit excavation distance is excavated) ( There is a great need for a system that predicts thrust parameters with high precision.

일본등록특허 3260629Japanese registered patent 3260629 일본등록특허 3721486Japanese Patent 3721486 일본등록특허 3821538Japanese Patent 3821538

본 발명은, 굴착이 진행된 시작 위치부터 현재 위치까지 단위 굴착거리 각각에 대응하는 굴착 데이터 셋을 구축할 수 있는 TBM의 추력 파라미터 예측 방법 및 그 방법을 제공하는 굴착 모니터링 시스템을 제공하는 것이다. The present invention is to provide an excavation monitoring system that provides a method and method for predicting thrust parameters of a TBM capable of constructing an excavation data set corresponding to each of the unit excavation distances from the starting position where the excavation is performed to the current position.

본 발명은, 터널 보링 머신(TBM)의 추력 파라미터를 정밀도 높게 예측하는 TBM의 추력 파라미터 예측 방법 및 그 방법을 제공하는 굴착 모니터링 시스템을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a TBM thrust parameter prediction method for predicting the thrust parameter of a tunnel boring machine (TBM) with high precision, and an excavation monitoring system providing the method.

본 발명의 일 특징에 따른 굴착 모니터링 시스템은, 제N 단위 굴착거리에 대한 굴착이 완료되면, 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측하는 굴착 모니터링 시스템에 있어서, 상기 제N 단위 굴착거리의 위치에서 전방 시추공까지 거리에 대응하는 제1 가중 파라미터와, 상기 제N 단위 굴착거리의 위치에서 후방 시추공까지 거리에 대응하는 제2 가중 파라미터와, 상기 전방 시추공 위치의 지리적 정보를 포함하는 전방 지반 파라미터와, 상기 후방 시추공 위치의 지리적 정보를 포함하는 후방 지반 파라미터에 기초하여 상기 제N 단위 굴착거리에 대응하는 지반 파라미터를 추정하는 전처리 시스템을 포함하고, 상기 전처리 시스템은, 제1 단위 굴착거리 내지 제N 단위 굴착거리 각각에 대해, 상기 추력 파라미터 및 상기 지반 파라미터를 포함하는 굴착 데이터 셋을 생성한다. The excavation monitoring system according to one aspect of the present invention is an excavation monitoring system for predicting a thrust parameter corresponding to an N+1-th unit excavation distance when excavation for an N-th unit excavation distance is completed, the N-th unit excavation a first weighting parameter corresponding to the distance from the position of the distance to the front borehole, a second weighting parameter corresponding to the distance from the position of the N-th unit excavation distance to the rear borehole, and a front comprising geographic information of the position of the forward borehole A preprocessing system for estimating a ground parameter corresponding to the N-th unit excavation distance based on a ground parameter and a rear ground parameter including geographic information of the location of the rear borehole, wherein the pre-treatment system includes a first unit excavation distance To each of the N-th unit excavation distance, an excavation data set including the thrust parameter and the ground parameter is generated.

본 발명의 다른 특징에 따른 제N 단위 굴착거리에 대한 굴착이 완료되면, 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측하는 굴착 모니터링 시스템에 있어서, 상기 추력 파라미터를 예측하는 추력예측모델을 N개 생성하는 모델 생성부와, 상기 N개의 추력예측모델 중 최고 성능을 보이는 추력예측모델을 선택하는 모델 선택부와, 상기 선택된 추력예측모델을 통해 상기 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측하는 추력 예측부를 포함하는 예측 시스템을 포함하고, 상기 모델 생성부는, 추력예측모델의 생성 개수에 대응하는 N을 무작위 탐색으로 결정하고, 상기 추력예측모델을 생성할 때마다, 상기 추력예측모델의 성능을 결정하는 하이퍼 파라미터를 무작위 탐색으로 결정한다. When the excavation for the N-th unit excavation distance according to another feature of the present invention is completed, in the excavation monitoring system for predicting a thrust parameter corresponding to the N+1-th unit excavation distance, a thrust prediction model for predicting the thrust parameter A model generating unit generating N pieces, a model selecting unit selecting a thrust prediction model showing the best performance among the N thrust prediction models, and a thrust corresponding to the N+1th unit excavation distance through the selected thrust prediction model a prediction system including a thrust prediction unit for predicting parameters, wherein the model generation unit determines N corresponding to the number of generated thrust prediction models by random search, and whenever the thrust prediction model is generated, the thrust prediction The hyperparameter that determines the performance of the model is determined by random search.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 TBM의 추력 파라미터 예측 방법은, 제N 단위 굴착거리에 대한 굴착이 완료되면, 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측하는 방법에 있어서, 전처리 시스템이, 상기 제N 단위 굴착거리에 대응하는 지반 파라미터를 추정하고, 제1 단위 굴착거리 내지 제N 단위 굴착거리 각각에 대해, 상기 추력 파라미터 및 상기 지반 파라미터를 포함하는 굴착 데이터 셋을 생성하는 단계, 예측 시스템이, 상기 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측하는 추력예측모델을 생성하는 단계, 그리고 상기 예측 시스템이, 상기 굴착 데이터 셋에서 선택한 입력 데이터를 상기 추력예측모델에 대입하여 상기 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측하는 단계를 포함한다. In the method of predicting the thrust parameter of TBM according to another feature of the present invention, when the excavation for the N-th unit of excavation distance is completed, the method of predicting the thrust parameter corresponding to the N+1-th unit of excavation distance, the pre-processing system , estimating a ground parameter corresponding to the N-th unit excavation distance, and generating an excavation data set including the thrust parameter and the ground parameter for each of the first unit excavation distance to the N-th unit excavation distance, prediction generating, by the system, a thrust prediction model for predicting a thrust parameter corresponding to the N+1-th unit excavation distance, and by substituting, by the prediction system, input data selected from the excavation data set, into the thrust prediction model and predicting a thrust parameter corresponding to an N+1th unit excavation distance.

본 발명은, 종래 시추공을 통해서 직접 수집할 수 없었던 굴착 구간에 대응하는 지반 파라미터를 정밀도 높게 추정할 수 있다. According to the present invention, it is possible to accurately estimate the ground parameters corresponding to the excavation section, which could not be directly collected through a conventional borehole.

본 발명은, 다음 굴착할 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 지반 파라미터를 반영하여 정밀도 높게 예측할 수 있다. According to the present invention, the thrust parameter corresponding to the unit excavation distance to be excavated next can be accurately predicted by reflecting the ground parameter.

본 발명은, 터널 보링 머신(TBM)의 운전자(관리자)는 예측된 추력 파라미터에 기초하여 터널 보링 머신(TBM)을 효율적으로 관리(운영)할 수 있다. According to the present invention, the driver (manager) of the tunnel boring machine TBM can efficiently manage (operate) the tunnel boring machine TBM based on the predicted thrust parameter.

본 발명은, 터널 보링 머신(TBM)의 굴착 성능을 향상시켜 공사기간의 연장 방지 및 추가비용 발생을 예방할 수 있는 효과를 갖는다. The present invention has the effect of improving the excavation performance of the tunnel boring machine (TBM) to prevent the extension of the construction period and the occurrence of additional costs.

도 1은 일 실시예에 따라 굴착이 진행되는 현장을 설명하는 예시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 세그먼트 라이닝(2)의 구조를 설명하는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 굴착 모니터링 시스템을 설명하는 블록도이다.
도 4는 도 3의 전처리 시스템의 기능을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 TBM의 추력 파라미터 예측 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 도 5의 추력예측모델 생성 단계(S200)를 상세하게 설명하는 흐름도이다.
1 is an exemplary view for explaining a site in which excavation is carried out according to an embodiment.
FIG. 2 is a view for explaining the structure of the segment lining 2 shown in FIG. 1 .
3 is a block diagram illustrating an excavation monitoring system according to an embodiment.
FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining the function of the preprocessing system of FIG. 3 .
5 is a flowchart illustrating a method of predicting a thrust parameter of a TBM according to an embodiment.
6 is a flowchart illustrating in detail the thrust prediction model generation step ( S200 ) of FIG. 5 .

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, the embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but identical or similar components are given the same and similar reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. The suffixes “module” and/or “part” for the components used in the following description are given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and do not have distinct meanings or roles by themselves. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in the present specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical spirit disclosed herein is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention , should be understood to include equivalents or substitutes.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinal numbers such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it is understood that other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, terms such as “comprises” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

도 1은 일 실시예에 따라 굴착이 진행되는 현장을 설명하는 예시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 세그먼트 라이닝(2)의 구조를 설명하는 도면이다. 1 is an exemplary view for explaining a site in which excavation is performed according to an embodiment, and FIG. 2 is a view for explaining the structure of the segment lining 2 shown in FIG. 1 .

도 1을 참고하면, TBM(Tunnel Boring Machine) 공법은, 터널 보링 머신(Tunnel Boring Machine, 이하, 'TBM'이라 함)(1)이 단위 굴착거리만큼 터널을 굴착할 때마다, 환형 블록으로 형성된 터널 벽면, 즉, 세그먼트 라이닝(Segment Lining)(2)을 터널에 조립하며 굴착하는 기계식 굴착공법이다. Referring to Figure 1, the TBM (Tunnel Boring Machine) method, the tunnel boring machine (Tunnel Boring Machine, hereinafter referred to as 'TBM') (1) every time a tunnel is excavated by a unit excavation distance, formed of an annular block It is a mechanical excavation method in which the tunnel wall, that is, the segment lining (2) is assembled into the tunnel and excavated.

도 2를 참고하면, 세그먼트 라이닝(2)은 소정의 폭을 갖는 환형 링으로 구성될 수 있다. 복수의 세그먼트 라이닝(1, 2, …, N-2, N-1, N)이 터널에 설치되면, 터널은 형태를 유지할 수 있다. 일 실시예에 따라, 터널 보링 머신(TBM)이 단위 굴착거리만큼 굴착하면, 단위 세그먼트 라이닝(2)이 설치되는 과정이 반복될 수 있다. 이때, 단위 굴착거리는 단위 세그먼트 라이닝(2)의 소정의 폭에 대응할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the segment lining 2 may be configured as an annular ring having a predetermined width. If a plurality of segment linings 1, 2, ..., N-2, N-1, N are installed in the tunnel, the tunnel can maintain its shape. According to an embodiment, when the tunnel boring machine (TBM) excavates by a unit excavation distance, the process of installing the unit segment lining 2 may be repeated. In this case, the unit excavation distance may correspond to a predetermined width of the unit segment lining (2).

이후, 도 3 내지 도 6을 참고하여, 굴착이 진행된 시작 위치부터 현재 위치(1, 2, …, N-2, N-1, N)까지 단위 굴착거리 각각에 대응하는 굴착 데이터 셋(추력 파라미터 및 지반 파라미터)을 구축하는 제1 실시예 및 다음 굴착할 단위 굴착거리(N+1)에 대응하는 추력 파라미터를 예측하는 제2 실시예가 터널 보링 머신(TBM)이 단위 굴착거리만큼 굴착할 때마다 반복하여 수행될 수 있다. Thereafter, with reference to FIGS. 3 to 6 , an excavation data set (thrust parameter) corresponding to each of the unit excavation distances from the start position where the excavation is performed to the current position (1, 2, ..., N-2, N-1, N) and the ground parameter) and the second embodiment for predicting the thrust parameter corresponding to the unit excavation distance (N+1) to be excavated next, every time the tunnel boring machine (TBM) excavates by the unit excavation distance It can be performed repeatedly.

도 3은 일 실시예에 따른 굴착 모니터링 시스템을 설명하는 블록도이고, 도 4는 도 3의 전처리 시스템의 기능을 설명하기 위한 개념도이다. 3 is a block diagram illustrating an excavation monitoring system according to an embodiment, and FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a function of the pretreatment system of FIG. 3 .

도 3을 참고하면, 굴착 모니터링 시스템은 전처리 시스템(100), 그리고 예측 시스템(200)을 포함한다. Referring to FIG. 3 , the excavation monitoring system includes a pretreatment system 100 , and a prediction system 200 .

전처리 시스템(100)은, 제N 단위 굴착거리에 대한 굴착이 완료되면, 제N 단위 굴착거리에 대응하는 지반 파라미터를 추정하고, 제1 단위 굴착거리 내지 제N 단위 굴착거리 각각에 대해, 추력 파라미터 및 지반 파라미터를 포함하는 굴착 데이터 셋을 생성한다. When the excavation for the N-th unit excavation distance is completed, the pre-processing system 100 estimates the ground parameter corresponding to the N-th unit excavation distance, and for each of the first unit excavation distance to the N-th unit excavation distance, the thrust parameter and an excavation data set including ground parameters.

추력 파라미터는, 터널 보링 머신(TBM)의 추력(Thrust) 등에 대한 정보를 포함하고, 지반 파라미터는, 지리학적 조건(일축압축강도, 암질지수, 암반분류, 변형계수, 흡수율, P 및 S파 속도 등)에 대한 정보를 포함한다. The thrust parameter includes information on the thrust of the tunnel boring machine (TBM), and the ground parameters include geographic conditions (uniaxial compressive strength, rock quality index, rock classification, deformation coefficient, absorption rate, P and S wave velocity). etc.) are included.

도 3을 참고하면, 터널 보링 머신(TBM)이 제1 시추공(H1)에서 굴착을 시작하여 현재 제N 단위 세그먼트 라이닝 위치에 대응하는 단위 굴착거리에 대해 굴착을 완료한 것으로 가정한다. 즉, 제N 단위 굴착거리는 터널 보링 머신(TBM)이 굴착을 완료한 현재 위치에 대응할 수 있다. 또한, 제N+1 단위 굴착거리(미도시)는 터널 보링 머신(TBM)이 제2 시추공(H2) 방향으로 다음 굴착을 진행할 미래 위치에 대응할 수 있다. Referring to FIG. 3 , it is assumed that the tunnel boring machine TBM starts excavation in the first borehole H1 and completes the excavation for a unit excavation distance corresponding to the current N-th unit segment lining position. That is, the N-th unit excavation distance may correspond to a current position where the tunnel boring machine (TBM) has completed excavation. In addition, the N+1th unit excavation distance (not shown) may correspond to a future position where the tunnel boring machine TBM will perform the next excavation in the direction of the second borehole H2.

지반 파라미터는 지표면(L)에서 시추공(H)을 뚫어서 취득한 지반을 분석하여 획득할 수 있다. 예를 들어, 터널 공사 계획단계에서, 복수의 시추공(H1-HN)을 통해서 지반 파라미터를 취득할 수 있으나, 이는 제한적이며, 단위 굴착거리 각각에 대응하는 지반 파라미터를 직접 취득하는 것은 현실적인 한계가 있다. 이와 비교하여, 추력 파라미터는 터널 보링 머신(TBM)이 단위 굴착거리를 굴착할 때마다 직접 취득할 수 있다. 따라서, 각 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터는 직접 취득 가능하나, 각 단위 굴착거리에 대응하는 지반 데이터는 직접 취득할 수 없는 경우가 많다. The ground parameter can be obtained by analyzing the ground obtained by drilling a borehole (H) in the ground surface (L). For example, in the tunnel construction planning stage, ground parameters can be acquired through a plurality of boreholes (H1-HN), but this is limited, and there is a practical limit to directly acquiring the ground parameters corresponding to each unit excavation distance. . In comparison with this, the thrust parameter can be directly acquired every time a tunnel boring machine (TBM) excavates a unit excavation distance. Accordingly, the thrust parameter corresponding to each unit excavation distance can be directly acquired, but the ground data corresponding to each unit excavation distance cannot be directly acquired in many cases.

일 실시예에 따라, 전처리 시스템(100)은, 현재 위치에서 가장 인접한 전방 시추공(H1)의 전방 지반 파라미터(LDH1), 후방 시추공(H2)의 후방 지반 파라미터(LDH2), 그리고 전방 및 후방 시추공(H1, H2)까지 각 거리에 대응하는 제1 및 제2 가중 파라미터(W1, W2)에 기초하여 현재 위치에 대응하는 지반 파라미터를 추정한다. 예를 들어, 전처리 시스템(100)은, 양쪽 시추공(H1, H2) 각각의 지반 파라미터(LDH1, LDH2) 값을 거리의 비율에 대응하는 값으로 현재 위치에 대응하는 지반 파라미터를 추정할 수 있다. According to an embodiment, the pre-processing system 100 includes a front ground parameter (LDH1) of the front borehole (H1) closest to the current location, a rear ground parameter (LDH2) of the rear borehole (H2), and the front and rear boreholes ( A ground parameter corresponding to the current location is estimated based on the first and second weighting parameters W1 and W2 corresponding to respective distances up to H1 and H2. For example, the pre-processing system 100 may estimate the ground parameter corresponding to the current location as a value corresponding to the ratio of the distance to the ground parameter (LDH1, LDH2) of each of the two boreholes (H1, H2).

일 실시예에 따라, 전처리 시스템(100)은, 제N 단위 굴착거리에 대한 굴착이 완료되면, 제1 단위 굴착거리 내지 제N 단위 굴착거리 각각에 대해, 추력 파라미터 및 지반 파라미터를 포함하는 제N 굴착 데이터 셋을 생성한다. According to one embodiment, the pretreatment system 100, when the excavation for the N-th unit excavation distance is completed, for each of the first unit excavation distance to the N-th unit excavation distance, the N-th including a thrust parameter and a ground parameter Create an excavation data set.

예를 들어, 전처리 시스템(100)은, 제1 단위 굴착거리에 대한 굴착이 완료되면, 제1 지반 데이터를 추정하고, 제1 단위 굴착거리에 대한 제1 굴착 데이터 셋(제1 추력 데이터 및 제1 지반 데이터)을 생성할 수 있다.For example, the pre-processing system 100, when the excavation for the first unit excavation distance is completed, estimates the first ground data, and a first excavation data set (first thrust data and the first excavation data set for the first unit excavation distance) 1 ground data).

다른 예를 들어, 전처리 시스템(100)은, 제2 단위 굴착거리에 대한 굴착이 완료되면, 제2 지반 데이터를 추정하고, 제2 굴착 데이터(제2 추력 데이터 및 제2 지반 데이터)를 생성한다. 그리고, 전처리 시스템(100)은, 제1 단위 굴착거리 및 제2 단위 굴착거리 각각에 대해 추력 파라미터 및 지반 파라미터를 포함하는 제2 굴착 데이터 셋(제1 굴착 데이터 및 제2 굴착 데이터)을 생성할 수 있다. For another example, the pre-processing system 100, when the excavation for the second unit excavation distance is completed, estimates the second ground data, and generates the second excavation data (the second thrust data and the second ground data) . And, the pre-processing system 100 generates a second excavation data set (first excavation data and second excavation data) including a thrust parameter and a ground parameter for each of the first unit excavation distance and the second unit excavation distance. can

또 다른 예를 들어, 전처리 시스템(100)은, 제3 단위 굴착거리에 대한 굴착이 완료되면, 제3 지반 데이터를 추정하고, 제3 굴착 데이터(제3 추력 데이터 및 제3 지반 데이터)를 생성한다. 그리고, 전처리 시스템(100)은, 제1 단위 굴착거리 내지 제3 단위 굴착거리 각각에 대해 추력 파라미터 및 지반 파라미터를 포함하는 제3 굴착 데이터 셋(제1 굴착 데이터, 제2 굴착 데이터, 및 제3 굴착 데이터)을 생성할 수 있다. For another example, the pre-processing system 100, when the excavation for the third unit excavation distance is completed, estimates the third ground data, and generates the third excavation data (the third thrust data and the third ground data) do. And, the pre-processing system 100, a third excavation data set (first excavation data, second excavation data, and third excavation data).

예측 시스템(200)은, 모델 생성부(210), 모델 선택부(230), 그리고 추력 예측부(250)을 포함하고, 굴착 데이터 셋에 기초하여 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측한다. The prediction system 200 includes a model generation unit 210 , a model selection unit 230 , and a thrust prediction unit 250 , and a thrust parameter corresponding to an N+1th unit excavation distance based on the excavation data set. predict

모델 생성부(210)는, 추력 파라미터를 예측하는 추력예측모델을 N개 생성할 수 있다. 모델 생성부(210)는, 추력예측모델의 생성 개수에 대응하는 N을 무작위 탐색으로 결정하고, 추력예측모델을 생성할 때마다 추력예측모델의 성능을 결정하는 하이퍼 파라미터를 무작위 탐색으로 결정할 수 있다. 그러면, 이하 설명할 하이퍼 파라미터(p, d, q, r) 값이 상이한 복수(N)의 추력예측모델이 생성될 수 있다. The model generator 210 may generate N thrust prediction models for predicting a thrust parameter. The model generation unit 210 may determine N corresponding to the number of generated thrust prediction models by random search, and determine hyperparameters that determine the performance of the thrust prediction model each time a thrust prediction model is generated by random search. . Then, a plurality of (N) thrust prediction models having different values of the hyperparameters (p, d, q, r) to be described below may be generated.

일 실시예에 따라, 추력예측모델은, 다양한 시계열 분석기법 중 하나인 ARIMAX 모델로 구성될 수 있다. 예를 들어, 추력예측모델은, 하기 식(1)에 대응하는 ARIMAX 모델로 구성될 수 있다. According to an embodiment, the thrust prediction model may be configured as an ARIMAX model, which is one of various time series analysis techniques. For example, the thrust prediction model may be composed of an ARIMAX model corresponding to Equation (1) below.

Figure pat00001
- 식(1)
Figure pat00001
- Equation (1)

여기서, X 및 t 각각은 외생 파라미터 및 외생 파라미터의 차수이고, Y 및 Ψ 각각은 타겟 파라미터 및 타겟 파라미터의 차수이다. ε 및 θ 각각은 오차 및 오차에 대한 차수이다. P는 타겟 파라미터의 입력 개수에 대응하고, d는 타겟 파라미터의 차분값에 대응하고, q는 오차의 개수(term)에 대응하고, r은 외생 파라미터의 입력 개수에 대응한다. 여기서, p, d, q, r은 사용자의 설정으로 결정되며, 설정에 따라서 ARIMAX 모델의 예측 성능이 달라지는 하이퍼 파라미터이다. 일 실시예에 따라, 외생 파라미터(X)는 지반 파라미터, 타겟 파라미터(Y)는 추력 파라미터에 각각 대응할 수 있다. Here, each of X and t is the exogenous parameter and the order of the exogenous parameter, and Y and Ψ are the target parameter and the order of the target parameter, respectively. [epsilon] and [theta] are the order of error and error, respectively. P corresponds to the input number of the target parameter, d corresponds to the differential value of the target parameter, q corresponds to the number of errors (term), and r corresponds to the input number of the exogenous parameter. Here, p, d, q, and r are hyperparameters that are determined by the user's setting, and the prediction performance of the ARIMAX model varies according to the setting. According to an embodiment, the exogenous parameter (X) may correspond to a ground parameter, and the target parameter (Y) may correspond to a thrust parameter, respectively.

예를 들어, p=3 및 r=2이면, 3개의 추력 파라미터(제N 추력 파라미터, 제N-1 추력 파라미터, 제N-2 추력 파라미터) 그리고 2개의 지반 파라미터(제N 지반 파라미터 및 제N-1 지반 파라미터) 값이 ARIMAX 모델의 입력 데이터가 될 수 있다. 이 때, 출력 데이터는, 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터 값일 수 있다. For example, if p=3 and r=2, three thrust parameters (N-th thrust parameter, N-1 thrust parameter, N-2 thrust parameter) and two ground parameters (N-th ground parameter and N-th thrust parameter) -1 ground parameter) value can be input data of ARIMAX model. In this case, the output data may be a thrust parameter value corresponding to the N+1th unit excavation distance.

모델 선택부(230)는, N개의 추력예측모델 중 최고 성능을 보이는 추력예측모델을 선택할 수 있다. 예를 들어, 모델 선택부(230)는, N개의 추력예측모델 각각의 AIC(Akaike Information Criterion) 값 중 가장 낮은 AIC 값에 대응하는 추력예측모델을 선택할 수 있다. AIC는 통계 모델 간의 적합성을 비교할 수 있는 상대적 지표로서, 그 값이 적을수록 예측 성능이 높다. The model selection unit 230 may select a thrust prediction model showing the best performance among the N thrust prediction models. For example, the model selection unit 230 may select a thrust prediction model corresponding to the lowest AIC value among Akaike Information Criterion (AIC) values of each of the N thrust prediction models. AIC is a relative indicator that can compare the fit between statistical models, and the smaller the value, the higher the prediction performance.

추력 예측부(250)는, 최고 예측 성능으로 선택된 추력예측모델의 하이퍼 파라미터에 기초하여 굴착 데이터 셋에서 입력 데이터를 선택하고, 선택된 입력 데이터를 선택된 추력예측모델에 대입하여 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측할 수 있다. The thrust prediction unit 250 selects input data from the excavation data set based on the hyperparameter of the thrust prediction model selected as the best prediction performance, and substitutes the selected input data into the selected thrust prediction model to the N+1th unit excavation distance It is possible to predict the thrust parameter corresponding to .

예들 들어, 최고 예측 성능으로 선택된 추력예측모델(ARIMAX 모델)의 하이퍼 파라미터의 p=2 및 r=1이면, 제N 추력 파라미터, 제N-1 추력 파라미터, 및 제N 지반 파라미터 값이 추력예측모델(ARIMAX 모델)의 입력 데이터가 될 수 있다. 이 때, 출력 데이터는, 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터 값일 수 있다. 다른 예를 들어, 최고 예측 성능으로 선택된 추력예측모델(ARIMAX 모델)의 하이퍼 파라미터의 p=1 및 r=1이면, 제N 추력 파라미터 및 제N 지반 파라미터 값이 추력예측모델(ARIMAX 모델)의 입력 데이터가 될 수 있다. 이 때, 출력 데이터는, 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터 값일 수 있다. For example, if p=2 and r=1 of the hyperparameters of the thrust prediction model (ARIMAX model) selected as the best predictive performance, the Nth thrust parameter, the N-1th thrust parameter, and the Nth ground parameter value are the thrust prediction model It can be input data of (ARIMAX model). In this case, the output data may be a thrust parameter value corresponding to the N+1th unit excavation distance. For another example, if p = 1 and r = 1 of the hyperparameter of the thrust prediction model (ARIMAX model) selected as the best prediction performance, the Nth thrust parameter and the Nth ground parameter value are the input of the thrust prediction model (ARIMAX model) data can be In this case, the output data may be a thrust parameter value corresponding to the N+1th unit excavation distance.

도 5는 일 실시예에 따른 TBM의 추력 파라미터 예측 방법을 설명하는 흐름도이고, 도 6은 도 5의 추력예측모델 생성 단계(S200)를 상세하게 설명하는 흐름도이다. 5 is a flowchart illustrating a method of predicting a thrust parameter of a TBM according to an embodiment, and FIG. 6 is a flowchart illustrating in detail the thrust prediction model generation step (S200) of FIG. 5 .

이하, 도 3 내지 도 6을 참고하여, TBM의 추력 파라미터 예측 방법 및 그 방법을 제공하는 굴착 모니터링 시스템을 설명한다. Hereinafter, with reference to FIGS. 3 to 6, a method for predicting a thrust parameter of a TBM and an excavation monitoring system providing the method will be described.

도 5를 참고하면, 전처리 시스템(100)은, 제N 단위 굴착거리에 대응하는 지반 파라미터를 추정하고, 제1 단위 굴착거리 내지 제N 단위 굴착거리 각각에 대해, 추력 파라미터 및 지반 파라미터를 포함하는 굴착 데이터 셋을 생성한다(S100). 5, the pre-processing system 100 estimates the ground parameter corresponding to the N-th unit excavation distance, and includes a thrust parameter and a ground parameter for each of the first unit excavation distance to the N-th unit excavation distance Create an excavation data set (S100).

전처리 시스템(100)은, 제N 단위 굴착거리의 위치에서 전방 시추공(H1)까지 거리에 대응하는 제1 가중 파라미터(W1)와, 제N 단위 굴착거리의 위치에서 후방 시추공(H2)까지 거리에 대응하는 제2 가중 파라미터(W2)와, 전방 시추공(H1) 위치의 지리적 정보를 포함하는 전방 지반 파라미터와, 후방 시추공(H2) 위치의 지리적 정보를 포함하는 후방 지반 파라미터에 기초하여 제N 단위 굴착거리에 대응하는 지반 파라미터를 추정할 수 있다. 예를 들어, 전처리 시스템(100)은, 양쪽 시추공(H1, H2) 각각의 지반 파라미터 값을 거리의 비율에 대응하는 값으로 현재 위치에 대응하는 지반 파라미터를 추정할 수 있다. The preprocessing system 100 includes a first weighting parameter W1 corresponding to the distance from the position of the N-th unit excavation distance to the front borehole H1, and the distance from the position of the N-th unit excavation distance to the rear borehole H2. The Nth unit excavation is based on the corresponding second weighted parameter W2, the front ground parameter including geographic information of the front borehole H1 location, and the rear ground parameter including the geographic information of the rear borehole H2 location. A ground parameter corresponding to the distance may be estimated. For example, the preprocessing system 100 may estimate the ground parameter corresponding to the current location as a value corresponding to the ratio of the distance to the ground parameter value of each of the boreholes H1 and H2.

일 실시예에 따라, 전처리 시스템(100)은, 제N 단위 굴착거리에 대한 굴착이 완료되면, 제1 단위 굴착거리 내지 제N 단위 굴착거리 각각에 대해, 추력 파라미터 및 지반 파라미터를 포함하는 제N 굴착 데이터 셋을 생성한다. According to one embodiment, the pretreatment system 100, when the excavation for the N-th unit excavation distance is completed, for each of the first unit excavation distance to the N-th unit excavation distance, the N-th including a thrust parameter and a ground parameter Create an excavation data set.

다음으로, 예측 시스템(200)은, 상기 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측하는 추력예측모델을 생성한다(S200).Next, the prediction system 200 generates a thrust prediction model for predicting a thrust parameter corresponding to the N+1th unit excavation distance (S200).

도 6을 참고하면, S200 단계에서, 예측 시스템(200)은, 추력예측모델의 생성 개수에 대응하는 N을 결정하고(S210), 추력예측모델의 성능을 결정하는 하이퍼 파라미터를 무작위 탐색으로 결정한다(S230). Referring to FIG. 6 , in step S200, the prediction system 200 determines N corresponding to the number of generated thrust prediction models (S210), and determines the hyperparameter for determining the performance of the thrust prediction model by random search. (S230).

S200 단계에서, 예측 시스템(200)은, 결정된 하이퍼 파라미터에 대응하는 추력예측모델을 생성한다(S250).In step S200, the prediction system 200 generates a thrust prediction model corresponding to the determined hyperparameter (S250).

S200 단계에서, 예측 시스템(200)은, 생성된 추력예측모델의 총 개수가 상기 N 개와 일치하는지 판단 한다(S270). In step S200, the prediction system 200 determines whether the total number of the generated thrust prediction models coincides with the N (S270).

판단결과 일치하지 않으면(S270, No), 예측 시스템(200)은, S230단계부터 반복 수행하여 추력예측모델을 계속 생성한다. 판단결과 일치하면(S270, Yes), 예측 시스템(200)은, N개의 추력예측모델 중 최고 성능을 보이는 추력예측모델을 선택한다(S290). If the determination result does not match (S270, No), the prediction system 200 continues to generate the thrust prediction model by repeatedly performing from step S230. If the determination result agrees (S270, Yes), the prediction system 200 selects the thrust prediction model showing the best performance among the N thrust prediction models (S290).

예를 들어, 예측 시스템(200)은, N개의 추력예측모델 각각의 AIC(Akaike Information Criterion) 값 중 가장 낮은 AIC 값에 대응하는 추력예측모델을 선택할 수 있다. AIC는 통계 모델 간의 적합성을 비교할 수 있는 상대적 지표로서, 그 값이 적을수록 예측 성능이 높다.For example, the prediction system 200 may select a thrust prediction model corresponding to the lowest AIC value among Akaike Information Criterion (AIC) values of each of the N thrust prediction models. AIC is a relative indicator that can compare the fit between statistical models, and the smaller the value, the higher the prediction performance.

다음으로, 예측 시스템(200)은, 굴착 데이터 셋에서 선택한 입력 데이터를 선택된 추력예측모델에 대입하여 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측 한다(S200). Next, the prediction system 200 predicts a thrust parameter corresponding to the N+1th unit excavation distance by substituting the input data selected from the excavation data set into the selected thrust prediction model (S200).

예측 시스템(200)은, 선택된 추력예측모델의 하이퍼 파라미터에 기초하여 굴착 데이터 셋에서 입력 데이터를 선택하고, 선택된 입력 데이터를 선택된 추력예측모델에 대입하여 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측할 수 있다. The prediction system 200 selects input data from the excavation data set based on the hyperparameter of the selected thrust prediction model, and substitutes the selected input data into the selected thrust prediction model, a thrust parameter corresponding to the N+1th unit excavation distance can be predicted

일 실시예에 따라, 제N 단위 굴착거리에 대한 굴착이 완료되면, 전처리 시스템(100)은, 제N 단위 굴착거리에 대한 제N 데이터 셋(제N 지반 데이터 및 제N 추력 데이터 포함)을 생성하고, 예측 시스템(200)은, 제N 단위 굴착거리에 대응하는 위치에서 생성한 추력예측모델을 통해 제N 데이터 셋에 기초하여 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측할 수 있다. 그런 다음, 제N+1 단위 굴착거리에 대한 굴착이 완료되면, 전처리 시스템(100)은, 제N+1 단위 굴착거리에 대한 제N+1 데이터 셋(제N+1 지반 데이터 및 제N+1 추력 데이터 포함)을 생성하고, 예측 시스템(200)은, 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 위치에서 생성한 추력예측모델을 통해 제N+1 데이터 셋에 기초하여 제N+2 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측할 수 있다. According to an embodiment, when the excavation for the N-th unit excavation distance is completed, the pre-processing system 100 generates an N-th data set (including the N-th ground data and the N-th thrust data) for the N-th unit excavation distance. And, the prediction system 200 may predict the thrust parameter corresponding to the N+1th unit excavation distance based on the Nth data set through the thrust prediction model generated at the position corresponding to the Nth unit excavation distance. Then, when the excavation for the N+1-th unit excavation distance is completed, the pre-processing system 100 provides an N+1-th data set (N+1th ground data and N+th ground data) for the N+1-th unit excavation distance. 1, including thrust data), and the prediction system 200 excavates the N+2th unit based on the N+1th data set through the thrust prediction model generated at the position corresponding to the N+1th unit excavation distance. The thrust parameter corresponding to the distance can be predicted.

즉, 일 실시예에서, 굴착 모니터링 시스템은 단위 굴착거리가 굴착될 때마다 추력예측모델을 생성하고, 생성된 추력예측모델을 통해 바로 다음 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터 만을 예측하는 과정을 반복한다. That is, in one embodiment, the excavation monitoring system generates a thrust prediction model every time a unit excavation distance is excavated, and repeats the process of predicting only the thrust parameters corresponding to the immediately next excavation distance through the generated thrust prediction model.

다른 실시예에 따라, 제N 단위 굴착거리에 대한 굴착이 완료되면, 전처리 시스템(100)은, 제N 데이터 셋(제N 지반 데이터 및 제N 추력 데이터 포함)을 생성하고, 예측 시스템(200)은, 제N 데이터 셋에 기초하여 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측할 수 있다. According to another embodiment, when the excavation for the N-th unit excavation distance is completed, the pre-processing system 100 generates an N-th data set (including the N-th ground data and the N-th thrust data), and the prediction system 200 may predict a thrust parameter corresponding to the N+1th unit excavation distance based on the Nth data set.

그런 다음, 전처리 시스템(100)은, 제N+1 단위 굴착거리에 대한 굴착이 없어도, 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 지반 파라미터를 추정하고, 추력예측모델을 통해 추정된 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터값에 기초하여 제N+1 데이터 셋(제N+1 단위 굴착거리에 대응하여 추정된 지반 파라미터 및 예측된 추력 파라미터 포함)을 생성할 수 있다. 그러면, 예측 시스템(200)은, 제N+1 데이터 셋에 기초하여 제N 단위 굴착거리에 대응하는 위치에서 생성한 추력예측모델을 통해 제N+2 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 추정할 수 있다. 동일한 방법으로, 예측 시스템(200)은, 제N 단위 굴착거리에 대응하는 위치에서 생성한 추력예측모델을 통해 제N+3 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터, 제N+4 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 추정할 수 있다. Then, the pre-processing system 100 estimates the ground parameter corresponding to the N+1th unit excavation distance, even if there is no excavation for the N+1th unit excavation distance, and estimates the N+1th unit through the thrust prediction model. An N+1-th data set (including an estimated ground parameter and a predicted thrust parameter corresponding to the N+1-th unit excavation distance) may be generated based on the thrust parameter value corresponding to the unit excavation distance. Then, the prediction system 200 estimates the thrust parameter corresponding to the N + 2 unit excavation distance through the thrust prediction model generated at the position corresponding to the N th unit excavation distance based on the N + 1 th data set. can In the same way, the prediction system 200 corresponds to the thrust parameter corresponding to the N+3th unit excavation distance, and the N+4th unit excavation distance through the thrust prediction model generated at the position corresponding to the Nth unit excavation distance. The thrust parameters can be estimated.

즉, 다른 실시예에서, 굴착 모니터링 시스템은 제N 단위 굴착거리가 굴착된 위치에서 추력예측모델을 생성하고, 생성된 추력예측모델을 통해 바로 직후의 제N+1 굴착거리뿐만 아니라 제N+2 굴착거리, 제N+3 굴착거리, 제N+4 굴착거리 동 복수의 미래 굴착거리에 대한 복수의 추력 파라미터를 추정할 수 있다. 이때, 추력예측모델의 출력 데이터인 추력 파라미터를 다음 굴착거리에 대한 추력 파라미터를 추정하기 위한 추력예측모델의 입력 데이터로 사용할 수 있다. That is, in another embodiment, the excavation monitoring system generates a thrust prediction model at the position where the N-th unit excavation distance is excavated, and the N+1th excavation distance as well as the N+2th excavation distance immediately immediately through the generated thrust prediction model. It is possible to estimate a plurality of thrust parameters for a plurality of future excavation distances such as the excavation distance, the N+3th excavation distance, and the N+4th excavation distance. In this case, the thrust parameter, which is output data of the thrust prediction model, may be used as input data of the thrust prediction model for estimating the thrust parameter for the next excavation distance.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다. Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those of ordinary skill in the field to which the present invention belongs are also entitled to the rights of the present invention. belong to the scope

Claims (15)

제N 단위 굴착거리에 대한 굴착이 완료되면, 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측하는 굴착 모니터링 시스템에 있어서,
상기 제N 단위 굴착거리의 위치에서 전방 시추공까지 거리에 대응하는 제1 가중 파라미터와, 상기 제N 단위 굴착거리의 위치에서 후방 시추공까지 거리에 대응하는 제2 가중 파라미터와, 상기 전방 시추공 위치의 지리적 정보를 포함하는 전방 지반 파라미터와, 상기 후방 시추공 위치의 지리적 정보를 포함하는 후방 지반 파라미터에 기초하여 상기 제N 단위 굴착거리에 대응하는 지반 파라미터를 추정하는 전처리 시스템을 포함하고,
상기 전처리 시스템은,
제1 단위 굴착거리 내지 제N 단위 굴착거리 각각에 대해, 상기 추력 파라미터 및 상기 지반 파라미터를 포함하는 굴착 데이터 셋을 생성하는, 굴착 모니터링 시스템.
In the excavation monitoring system for predicting the thrust parameter corresponding to the N+1th unit excavation distance when the excavation for the Nth unit excavation distance is completed,
A first weighting parameter corresponding to the distance from the position of the Nth unit drilling distance to the front borehole, a second weighting parameter corresponding to the distance from the position of the Nth unit drilling distance to the rear borehole, and a geographic location of the front borehole location. A preprocessing system for estimating a ground parameter corresponding to the N-th unit excavation distance based on a front ground parameter including information and a back ground parameter including geographic information of the location of the rear borehole,
The pretreatment system is
For each of the first unit excavation distance to the N-th unit excavation distance, an excavation monitoring system for generating an excavation data set including the thrust parameter and the ground parameter.
제1항에 있어서,
상기 굴착 데이터 셋에 기초하여 상기 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측하는 예측 시스템을 더 포함하고,
상기 예측 시스템은,
상기 추력 파라미터를 예측하는 추력예측모델을 N개 생성하는 모델 생성부,
상기 N개의 추력예측모델 중 최고 성능을 보이는 추력예측모델을 선택하는 모델 선택부, 그리고
상기 선택된 추력예측모델을 통해 상기 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측하는 추력 예측부를 포함하는, 굴착 모니터링 시스템.
According to claim 1,
Further comprising a prediction system for predicting a thrust parameter corresponding to the N+1-th unit excavation distance based on the excavation data set,
The prediction system is
A model generator for generating N thrust prediction models for predicting the thrust parameters;
A model selection unit for selecting a thrust prediction model showing the best performance among the N thrust prediction models, and
Excavation monitoring system, including a thrust prediction unit for predicting a thrust parameter corresponding to the N+1-th unit excavation distance through the selected thrust prediction model.
제2항에 있어서,
상기 모델 생성부는,
추력예측모델의 생성 개수에 대응하는 N을 무작위 탐색으로 결정하고,
상기 추력예측모델을 생성할 때마다, 상기 추력예측모델의 성능을 결정하는 하이퍼 파라미터를 무작위 탐색으로 결정하는, 굴착 모니터링 시스템.
3. The method of claim 2,
The model generation unit,
Determine N corresponding to the number of generated thrust prediction models by random search,
Whenever the thrust prediction model is generated, a hyperparameter for determining the performance of the thrust prediction model is determined by random search.
제3항에 있어서,
상기 모델 생성부는,
상기 하이퍼 파라미터 각각에 대응하는 상기 N개의 추력예측모델을 생성하는, 굴착 모니터링 시스템.
4. The method of claim 3,
The model generation unit,
An excavation monitoring system for generating the N thrust prediction models corresponding to each of the hyper parameters.
제2항에 있어서,
상기 모델 선택부는,
상기 N개의 추력예측모델 각각의 AIC(Akaike Information Criterion) 값 중 가장 낮은 AIC 값에 대응하는 추력예측모델을 선택하는, 굴착 모니터링 시스템.
3. The method of claim 2,
The model selection unit,
An excavation monitoring system for selecting a thrust prediction model corresponding to the lowest AIC value among the Akaike Information Criterion (AIC) values of each of the N thrust prediction models.
제4항에 있어서,
상기 추력 예측부는,
상기 선택된 추력예측모델의 하이퍼 파라미터에 기초하여 상기 굴착 데이터 셋에서 입력 데이터를 선택하고,
상기 선택된 입력 데이터를 상기 선택된 추력예측모델에 대입하여 상기 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측하는, 굴착 모니터링 시스템.
5. The method of claim 4,
The thrust prediction unit,
selecting input data from the excavation data set based on the hyperparameter of the selected thrust prediction model;
An excavation monitoring system for predicting a thrust parameter corresponding to the N+1th unit excavation distance by substituting the selected input data into the selected thrust prediction model.
제N 단위 굴착거리에 대한 굴착이 완료되면, 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측하는 굴착 모니터링 시스템에 있어서,
상기 추력 파라미터를 예측하는 추력예측모델을 N개 생성하는 모델 생성부와, 상기 N개의 추력예측모델 중 최고 성능을 보이는 추력예측모델을 선택하는 모델 선택부와, 상기 선택된 추력예측모델을 통해 상기 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측하는 추력 예측부를 포함하는 예측 시스템을 포함하고,
상기 모델 생성부는,
추력예측모델의 생성 개수에 대응하는 N을 무작위 탐색으로 결정하고,
상기 추력예측모델을 생성할 때마다, 상기 추력예측모델의 성능을 결정하는 하이퍼 파라미터를 무작위 탐색으로 결정하는, 굴착 모니터링 시스템.
In the excavation monitoring system for predicting the thrust parameter corresponding to the N+1th unit excavation distance when the excavation for the Nth unit excavation distance is completed,
A model generation unit for generating N thrust prediction models for predicting the thrust parameters, a model selection unit for selecting a thrust prediction model showing the best performance among the N thrust prediction models, and the first through the selected thrust prediction model A prediction system including a thrust prediction unit for predicting a thrust parameter corresponding to an N+1 unit excavation distance,
The model generation unit,
Determine N corresponding to the number of generated thrust prediction models by random search,
Whenever the thrust prediction model is generated, a hyperparameter for determining the performance of the thrust prediction model is determined by random search.
제7항에 있어서,
상기 모델 생성부는,
상기 하이퍼 파라미터 각각에 대응하는 상기 N개의 추력예측모델을 생성하는, 굴착 모니터링 시스템.
8. The method of claim 7,
The model generation unit,
An excavation monitoring system for generating the N thrust prediction models corresponding to each of the hyper parameters.
제7항에 있어서,
상기 모델 선택부는,
상기 N개의 추력예측모델 각각의 AIC(Akaike Information Criterion) 값 중 가장 낮은 AIC 값에 대응하는 추력예측모델을 선택하는, 굴착 모니터링 시스템.
8. The method of claim 7,
The model selection unit,
An excavation monitoring system for selecting a thrust prediction model corresponding to the lowest AIC value among the Akaike Information Criterion (AIC) values of each of the N thrust prediction models.
제N 단위 굴착거리에 대한 굴착이 완료되면, 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측하는 방법에 있어서,
전처리 시스템이, 상기 제N 단위 굴착거리에 대응하는 지반 파라미터를 추정하고, 제1 단위 굴착거리 내지 제N 단위 굴착거리 각각에 대해, 상기 추력 파라미터 및 상기 지반 파라미터를 포함하는 굴착 데이터 셋을 생성하는 단계,
예측 시스템이, 상기 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측하는 추력예측모델을 생성하는 단계, 그리고
상기 예측 시스템이, 상기 굴착 데이터 셋에서 선택한 입력 데이터를 상기 추력예측모델에 대입하여 상기 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측하는 단계를 포함하는, TBM의 추력 파라미터 예측 방법.
In the method of predicting a thrust parameter corresponding to the N+1th unit excavation distance when the excavation for the Nth unit excavation distance is completed,
The pre-processing system estimates the ground parameter corresponding to the N-th unit excavation distance, and generates an excavation data set including the thrust parameter and the ground parameter for each of the first unit excavation distance to the N-th unit excavation distance step,
generating, by the prediction system, a thrust prediction model for predicting a thrust parameter corresponding to the N+1-th unit excavation distance; and
The prediction system, including the step of predicting a thrust parameter corresponding to the N+1-th unit excavation distance by substituting the input data selected from the excavation data set into the thrust prediction model, TBM thrust parameter prediction method.
제10항에 있어서,
상기 굴착 데이터 셋을 생성하는 단계는,
상기 제N 단위 굴착거리의 위치에서 전방 시추공까지 거리에 대응하는 제1 가중 파라미터와, 상기 제N 단위 굴착거리의 위치에서 후방 시추공까지 거리에 대응하는 제2 가중 파라미터와, 상기 전방 시추공 위치의 지리적 정보를 포함하는 전방 지반 파라미터와, 상기 후방 시추공 위치의 지리적 정보를 포함하는 후방 지반 파라미터에 기초하여 상기 제N 단위 굴착거리에 대응하는 지반 파라미터를 추정하는, TBM의 추력 파라미터 예측 방법.
11. The method of claim 10,
The step of generating the excavation data set comprises:
A first weighting parameter corresponding to the distance from the position of the Nth unit drilling distance to the front borehole, a second weighting parameter corresponding to the distance from the position of the Nth unit drilling distance to the rear borehole, and a geographic location of the front borehole location. A method of estimating a ground parameter corresponding to the N-th unit excavation distance based on a front ground parameter including information and a rear ground parameter including geographic information of the location of the rear borehole.
제11항에 있어서,
상기 추력예측모델을 생성하는 단계는,
상기 추력예측모델의 생성 개수에 대응하는 N을 무작위 탐색으로 결정하는 단계,
상기 추력예측모델의 성능을 결정하는 하이퍼 파라미터를 무작위 탐색으로 결정하는 단계,
상기 결정된 하이퍼 파라미터에 대응하는 추력예측모델을 생성하는 단계,
상기 생성된 추력예측모델의 총 개수가 상기 N 개와 일치하는지 판단하는 단계, 그리고
상기 판단결과 일치하면, 상기 N개의 추력예측모델 중 최고 성능을 보이는 추력예측모델을 선택하는 단계를 포함하는, TBM의 추력 파라미터 예측 방법.
12. The method of claim 11,
The generating of the thrust prediction model comprises:
determining N corresponding to the number of generated thrust prediction models through random search;
determining the hyperparameter for determining the performance of the thrust prediction model through random search;
generating a thrust prediction model corresponding to the determined hyper parameter;
Determining whether the total number of the generated thrust prediction model coincides with the N, and
If the determination result agrees, the TBM thrust parameter prediction method comprising the step of selecting a thrust prediction model showing the best performance among the N thrust prediction models.
제12항에 있어서,
상기 판단결과 일치하지 않으면, 상기 하이퍼 파라미터를 무작위 탐색으로 결정하는 단계로 진행하는, TBM의 추력 파라미터 예측 방법.
13. The method of claim 12,
If the determination result does not match, the TBM thrust parameter prediction method proceeds to the step of determining the hyperparameter through a random search.
제12항에 있어서,
상기 최고 성능을 보이는 추력예측모델을 선택하는 단계는,
상기 N개의 추력예측모델 각각의 AIC(Akaike Information Criterion) 값 중 가장 낮은 AIC 값에 대응하는 추력예측모델을 선택하는, TBM의 추력 파라미터 예측 방법.
13. The method of claim 12,
The step of selecting the thrust prediction model showing the best performance is,
A thrust parameter prediction method of TBM for selecting a thrust prediction model corresponding to the lowest AIC value among the Akaike Information Criterion (AIC) values of each of the N thrust prediction models.
제13항에 있어서,
상기 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측하는 단계는,
상기 선택된 추력예측모델의 하이퍼 파라미터에 기초하여 상기 굴착 데이터 셋에서 입력 데이터를 선택하고,
상기 선택된 입력 데이터를 상기 선택된 추력예측모델에 대입하여 상기 제N+1 단위 굴착거리에 대응하는 추력 파라미터를 예측하는, TBM의 추력 파라미터 예측 방법.
14. The method of claim 13,
Predicting the thrust parameter corresponding to the N+1th unit excavation distance comprises:
selecting input data from the excavation data set based on the hyperparameter of the selected thrust prediction model;
By substituting the selected input data into the selected thrust prediction model to predict a thrust parameter corresponding to the N+1-th unit excavation distance, the TBM thrust parameter prediction method.
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