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Machine learning and Big Data in deep underground engineering
2025年
This special issue of Deep Underground Science and Engineering(DUSE)showcases pioneering research on the transformative role of machine learning(ML)and Big Data in deep underground engineering.Edited by guest editors Prof.Asoke Nandi(Brunel University of London,UK),Prof.Ru Zhang(Sichuan University,China),Prof.Tao Zhao(Chinese Academy of Sciences,China),and Prof.Tao Lei(Shaanxi University of Science and Technology,China),this issue highlights the innovative applications of ML technique in reshaping structural safety,tunneling operations,and geotechnical investigations.
Asoke K.NandiRu ZhangTao ZhaoTao Lei
关键词:UNDERGROUNDLEARNING
深度学习在隧道与地下工程中的应用现状及展望
2025年
为系统分析深度学习在隧道及地下工程中的应用研究进展,分别从参数反演分析、施工机械参数预测与优化、施工及运营过程控制与风险评估、隧道安全监测与缺陷检测、隧道结构健康预测、围岩分级、掌子面图像识别与分类等7个方向对深度学习在隧道及地下工程问题中的应用现状进行研究。结果表明:1)参数反演理论体系的建立已基本完善,结合新型监测技术、计算机技术及仿真技术,建立多源化智能反演模型是今后隧道及地下工程反演方法的发展方向;2)掘进参数的准确预测对于优化施工机械性能及智能掘进过程具有至关重要的作用,且考虑掘进参数之间的相关性与差异性可进一步提高预测模型的泛化能力;3)以多源监测数据在时间与空间上的高度融合为决策基础,基于数据驱动技术的风险控制分析方法为隧道施工及运营阶段的动态设计与信息化施工提供智能化管理;4)特征融合深度神经网络与自适应像素级分割算法相结合的计算机视觉技术不仅降低了缺陷检测成本,更进一步保障了智慧防灾及安全监测系统与工程现场之间的适用性;5)以结构健康监测方法为核心技术,通过融合物理机制和深度学习算法构建的优化系统保障了隧道稳定性与变形预测的准确性与可靠性;6)基于多源信息获取技术的深度学习框架可提取岩体结构面特征参数并转化为定量指标,实现对不同地质环境及施工方法的隧道围岩智能分级;7)利用图像处理技术和深度学习算法,能够从复杂的掌子面图像中自动提取轮廓的有效信息,并进行精确的裂隙特征识别和量化分析。基于深度学习在隧道及地下工程中7类应用方向的总结分析,指出现有研究中存在数据处理实时共享难度大、缺乏模型预测准确度评价标准等问题,并结合隧道及地下空间智能化、绿色化与可持续化建设趋势,针对深度�
宋战平杨子凡张玉伟霍润科
关键词:隧道与地下工程
合肥市城市地下管线数据坐标转换研究与实践
2025年
针对合肥市存量的地下管线数据及其信息管理系统特点,研究确定1954年北京坐标系转换为国家CGCS2000坐标系的转换模型,求解转换参数、研发转换软件,并完成地下管线、综合管廊、地铁及人防坑道等多类型属性地下空间数据的坐标转换。利用信息管理系统虚拟(假定)坐标系数据,研究解算一套CGCS2000坐标系转换为虚拟坐标系的转换模型参数,用于新增CGCS2000坐标系下的地下管线数据转换为虚拟坐标系,为今后数据成果管理与应用提供安全保障,并可为其他城市地下管线数据坐标转换提供参考。
李彬范震王宣强陈玲玲
关键词:CGCS2000
中国天然气地下储气库重大理论、关键技术进展与展望
2025年
2019年中国地下储气库(以下简称储气库)进入高速发展期,气藏储气库面临着部分在役库达产率低、低渗泛连通气藏建库设计难度大等难题;盐穴储气库面临造腔速度慢和储气空间利用率低等挑战;油藏储气库建库机理与相关技术尚处于探索阶段,亟需攻关研究。为此,以破解气藏、盐穴、油藏不同类型储气库建库机理、储气空间优化设计等难题为目标,开展了系列理论研究与技术攻关。研究结果表明:(1)形成的在役库提高上限压力优化、大型低渗泛连通气藏建库、储气库群协同调峰优化等技术,助力气藏储气库高效建设与扩容增产;(2)建立的大井眼与水平井造腔、残渣空隙空间利用预测技术,指导了盐穴储气库高效造腔与储气空间利用最大化;(3)创建了气液高速交互滚动排驱仿真模拟与周期注采油气体系相行为模拟实验技术和油藏,形成了油藏建库驱替—传质耦合库容量预测方法,形成了油藏建库协同提高原油采收率的新模式;(4)复杂地质条件储气库高效建设运行和地下空间多元综合利用是未来增强储气保供能力和实现“3060双碳”战略目标的重要举措。结论认为,研究成果有力支撑了中国储气库快速发展,近5年来气藏、盐穴、油藏储气库建库能力全面提升,保障了储气库工作气量由100×10^(8) m^(3)向200×10^(8) m^(3)翻番增长,对我国地下储气库建设和地下空间综合利用具有重要指导和借鉴意义。
完颜祺琪完颜祺琪朱华银李国欣苏云河朱华银李康胥洪成魏欢苏云河
关键词:地下储气库优化运行
Underground laboratories·Deep underground observation·Scientific questions——Insights from observations of multi-physic fields in deep underground labs
2025年
This paper presents a comprehensive review on recent development and research conducted in domestic and international underground laboratories. We first introduce the differences in three environments—surface, mountain tunnel cavities and underground coal mine tunnels—by examining cosmic ray background, ambient noises related to gravity and seismic measurement, and electromagnetic noises in magnetic and magnetotelluric measurements. We highlight potential misuse of the term Underground Lab or Deep Underground Lab when describing observations in different physical fields. We introduce unique features of underground coal mine tunnels in China, such as large spaces, ultra-quiet conditions, and ultra-clean environments. When comparing with mountain tunnel cavities and borehole observations, coal mine tunnel observations have superior long-term stability and high precision. Through observations and comparisons of multi-physic fields at surface and the deep underground, we find that the higher SNR seismic observations conducted in deep underground tunnels in coal mines are beneficial to improve velocity tomography of the solid earth. The gravity observation with a Superconducting Quantum Interference Device(SQUID) makes it possibly to capture slow earthquake, which has not been observed previously in the Chinese mainland. SQUID magnetic observations can detect fluctuations as weak as femto-Tesla(fT), enabling us to explore the attenuation of Schumann Resonance down to the solid Earth. This opens opportunities to investigate the connections between the Earth's magnetic field and the interactions within the human brain and heart. To improve the precision of quantum measurement,we should consider the possible effects of weak magnetic disturbances in deep underground environments. Finally, we discuss the importance of deep underground laboratories, observing facilities and techniques deployed in these laboratories, and their possible connection with respect to “deep space” and “deep ocean” exploration, emphasiz
Huiqi RENYun WANGChang CHENGuangyu FULongqing QIULianghui GUOChengliang XIEYongsheng HEHeping SUNJiwen TENG
Evaluation of underground hard rock mine pillar stability using gene expression programming and decision tree-support vector machine models
2025年
Assessing the stability of pillars in underground mines(especially in deep underground mines)is a critical concern during both the design and the operational phases of a project.This study mainly focuses on developing two practical models to predict pillar stability status.For this purpose,two robust models were developed using a database including 236 case histories from seven underground hard rock mines,based on gene expression programming(GEP)and decision tree-support vector machine(DT-SVM)hybrid algorithms.The performance of the developed models was evaluated based on four common statistical criteria(sensitivity,specificity,Matthews correlation coefficient,and accuracy),receiver operating characteristic(ROC)curve,and testing data sets.The results showed that the GEP and DT-SVM models performed exceptionally well in assessing pillar stability,showing a high level of accuracy.The DT-SVM model,in particular,outperformed the GEP model(accuracy of 0.914,sensitivity of 0.842,specificity of 0.929,Matthews correlation coefficient of 0.767,and area under the ROC of 0.897 for the test data set).Furthermore,upon comparing the developed models with the previous ones,it was revealed that both models can effectively determine the condition of pillar stability with low uncertainty and acceptable accuracy.This suggests that these models could serve as dependable tools for project managers,aiding in the evaluation of pillar stability during the design and operational phases of mining projects,despite the inherent challenges in this domain.
Mohammad H.KadkhodaeiEbrahim GhasemiJian ZhouMelika Zahraei
煤矿井下精确定位技术的应用探讨
2025年
随着科技的飞速发展,煤矿行业正逐步迈入智能化、数字化的新时代。在智能矿山建设的进程中,煤矿井下精确定位技术凭借其重要性和实用性成为推动煤矿安全生产的重要力量。井下精确定位可以按照工作机制分为通信式定位和惯导定位,二者都可以对井下复杂巷道中人、车等进行精确定位,并对人员状态、车辆使用等进行分析,以此来满足煤矿井下作业的需求。基于此,对煤矿井下精确定位技术现状及应用进行研究,以期为相关部门提供参考。
汪洋
既有上部结构向下增建地下结构抗震性能研究
2025年
基于深圳北站广场向下增建城际铁路地下车站结构的实际工程背景,场地土中地下车站附带上部已建结构的地震反应特征、相互作用机理及其破坏机制成为结构抗震性能评价的关键问题。鉴于此,采用整体动力时程分析方法建立了土-地下结构-上部结构静、动力耦合非线性动力相互作用的三维精细化数值模型,系统地研究了地下车站附带上部结构、单建地下车站结构、单建地上结构的地震响应规律及其损伤演变过程。结果表明:相比单建地下车站结构,由于受上部结构影响,增建地下车站结构的水平侧向力及其层间位移角均显著增大,且顶、底板地震损伤面积及程度明显加剧;相比单建地上结构,由于受地下车站结构影响,增建地下车站结构的上部结构的变形协调性显著降低,其地震损伤较单建地上结构严重,尤其在中柱与二层楼板连接处。研究成果可为既有上部结构向下增层拓建的科学设计、防震减灾提供支撑和借鉴。
邬泽卢广庄海洋唐柏赞
关键词:抗震性能地震损伤时程分析法
我国城市深部地下空间开发挑战与发展战略
2025年
随着我国城市快速发展,城市人口日益增多,土地资源日趋紧张,为了响应国家安全战略发展需求,利用深部地下空间寻求发展和安全已成为许多城市发展的共识。深部地下空间不同于地表和浅部地下空间,其地下特征属性更为明显和复杂。通过对我国城市深部地下空间发展面临挑战的分析,从我国深部地下空间发展历程出发,对经济发展水平、心理因素、人口密度、地温、地质、地下水文多维度影响因素进行分析,探寻了我国城市开发深部地下空间的特征规律。结合国家新时期城市发展战略,对我国未来城市深部地下空间发展展开了讨论和思考。研究成果可为我国深部地下空间开发提供有益借鉴。
李云燕蔡欣珂王艳红
关键词:影响因素
面向地下探测的高场强射频识别天线优化设计
2025年
目前,用于地下电缆射频识别(radio frequency identification,RFID)探测定位的传统紧密型线圈天线的性能不足严重制约了其探测定位距离的提高。提出了一种新型高场强分散型RFID线圈天线结构,在推导天线相关电气参数的基础上,以天线的磁场强度为目标函数,以其品质因数固定为约束条件,采用粒子群算法对天线的匝数和相邻两匝之间的匝间距进行了优化。最后,搭建了实验测试平台,测试结果表明,与传统紧密型RFID线圈天线相比,所设计的分散型RFID线圈天线将读取距离提高了33.3%,同时明显增强了相同距离下的标签返回信号强度(received signal strength indication,RSSI),有助于提高基于RSSI的地下RFID定位方法的精度,这为地下电缆RFID探测定位的应用提供重要参考。
张恩康刘如强王君香徐晟航张厚宝朱继轩
关键词:射频识别技术电感耦合地下通信

相关作者

沈学军
作品数:86被引量:23H指数:3
供职机构:中铁第四勘察设计院集团有限公司
研究主题:地铁车站 车站 公共区 出入口 可拆卸
尉中良
作品数:27被引量:121H指数:7
供职机构:中国地质大学(北京)
研究主题:储层评价 测井解释 测井 地球物理测井 岩石
赖一飞
作品数:57被引量:345H指数:9
供职机构:武汉大学经济与管理学院
研究主题:房地产价格 乡村 物业管理 实证分析 BIM
梁泉泉
作品数:31被引量:7H指数:2
供职机构:山东科技大学
研究主题:感知 复用方法 熵编码 井下 煤矿井下
杨其新
作品数:176被引量:1,147H指数:19
供职机构:西南交通大学
研究主题:隧道 火灾 丙烯酸盐 公路隧道 隧道工程