(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211061197.0 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 武汉理工大 学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路 122号 (72)发明人 李斌　陈其豪　张联宇　胡学超　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 俞琳娟 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06K 9/62(2022.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 基于动态多分类器系统的隧道掌子面失效 概率高效确定方法及装置 (57)摘要 本发明提供基于动态多分类器系统的隧道 掌子面失效概率高效确定方法及装置， 能够在确 保计算精度和分析预测结果的准确性的前提下， 极大提高计算效率。 方法包括： 步骤1， 选 择A个样 本作为初始试验样本点， 数值模拟得到A个初始 临界点； 步骤2， 以A 个初始临界点为分类依据， 得 到A个初始分类器， 共同将参数空间划分为联合 稳定域Ω+和联合不稳定域Ω‑； 步骤3， 通过划分 的联合域对待分类样本进行分类判定； 步骤4， 通 过未定样本 更新联合域范围； 步骤5， 利用更新后 的联合域范围对剩余未定样本进行分类判定， 使 得未定集合中的未定样本数下降； 步骤6， 重复步 骤4和5， 直至未定集合中的未定样本数为零时停 止迭代， 完成分类； 步骤7， 计算得到隧道掌子面 失效概率。 权利要求书3页 说明书8页 附图8页 CN 115438581 A 2022.12.06 CN 115438581 A 1.基于动态多分类器系统的隧道掌子面失效概率高效确定方法， 其特征在于， 包括以 下步骤： 步骤1， 对隧道掌子面采用中心复合采样的方式选择A个样本作为初始试验样本点； 将 这些试验样本点进行强度折减计算， 通过 得到的安全系数进行 换算， 得到A个初始临界点； 步骤2， 以A个初始临界点为分类依据， 得到A个初始分类器； 每个初始分类器将参数空 间中位于相应初始临界点及该点右上区域均划分为稳定域， 将位于相应初始临界点左下区 域均划分为不稳定域； A个初始分类器共同将参数空间划分为： A个初始分类器的稳定域并 集得到的联合稳定域Ω+， A个初始分类 器的不稳定域并集得到的联合 不稳定域Ω‑； 步骤3， 根据土体粘聚力和内摩擦角的概率密度函数， 采用拉丁抽样方式， 抽取预定数 量的待分类样本； 然后通过步骤2划分的联合稳定 域Ω+和联合不 稳定域Ω‑对待分类样本进 行分类判定： 将落在联合稳定 域Ω+的待分类样本判定 为稳定样本； 落在联合不稳定 域Ω‑的 待分类样本判 定为不稳定样本； 既不落在稳定域Ω+也不落在不稳定域Ω‑的待分类样本判 定为未定样本， 形成未定集 合； 步骤4， 通过 未定样本更新联合 域范围； 从未定集合中获取一个未定样本作为样本点， 采用三维强度折减计算判断其状态， 若 其为稳定状态， 将该样本点作为新增稳定域分类依据， 形成新增分类器， 使该样本点横纵坐 标所围成的参数空间的右上区域合并到联合稳定域Ω+中； 若其为不稳定状态， 将该样本点 作为新增 不稳定域分类依据， 形成新增分类器， 使该样本点横纵坐标所围成的参数空间的 左下区域 合并到联合 不稳定域Ω‑中； 步骤5， 利用步骤4更新后的联合稳定域Ω+和联合不稳定域Ω‑对剩余未定样本进行分 类判定， 使得 未定集合中的未定样本数 下降； 步骤6， 重复步骤4和5， 直至未定集 合中的未定样本数为 零时停止迭代， 完成分类； 步骤7， 在样本分类完 成后， 统计不稳定样本的数量N‑， 若有N‑≥100， 则可计算隧道掌子 面的失效概 率： Pf＝N‑/(N‑+N+)， 式中， Pf表示隧道掌子面失效概率； N+表示所有稳定样本的数量； 样本的总数为N＝N‑+N +； 若N‑<100， 则重复步骤3至步骤7， 直到满足N‑≥100时终止程序， 计算得到隧道掌子面失 效概率。 2.根据权利要求1所述的基于动态多分类器系统的隧道掌子面失效概率高效确定方 法， 其特征在于： 其中， 在步骤1中， 3 ≤A≤11， 且A为奇数。 3.根据权利要求1所述的基于动态多分类器系统的隧道掌子面失效概率高效确定方 法， 其特征在于： 其中 ， 在步骤1中 ， A＝5 ， 5个初始试验样本点分别为 ： μc和 分别表示土体粘聚力和内摩擦角的平均值， σc和 分别表示土体粘聚力和内摩 擦角标准差；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115438581 A 2将5个初始试验样本点进行强度折减计算， 通过得到的安全系数进行换算， 即可得到5 个初始临界点。 4.根据权利要求1所述的基于动态多分类器系统的隧道掌子面失效概率高效确定方 法， 其特征在于： 其中， 设初始 临界点坐标为 ccr为临界点的粘聚力， 为临界点的内摩擦角， 参数空间上任意点的坐标为 c*为样本的粘聚力， 为样本的内摩擦角， 则在步骤2 中， 初始分类器将参数空间中位于相应初始临界点及该点右上区域均划分为稳定域是指： 满足c*≥ccr且 的所有点形成了稳定域； 初始分类器将参数空间中位于相应初始临 界点左下区域均划分为 不稳定域是指： 满足c*＜ccr且 的所有点形成了不稳定域。 5.根据权利要求1所述的基于动态多分类器系统的隧道掌子面失效概率高效确定方 法， 其特征在于： 其中， 对于一个样本 通过强度折减计算得到安全系数： 式中， 表示极限状态平面上的临界点， 其数值通过粘聚力和内摩擦角的初始值 和计算确定的强度折减系数 FS确定： 6.基于动态多分类 器系统的隧道掌子面失效概 率高效确定装置， 其特 征在于， 包括： 初始临界点获取部， 对隧道掌子面采用中心复合采样的方式选择A个样本作为初始试 验样本点； 将这些试验样本点进行强度折减计算， 通过得到的安全系数进行换算， 得到A个 初始临界点； 域范围划分部， 以A个初始临界点为分类依据， 得到A个初始分类器； 每个初始分类器将 参数空间中位于相应初始临界点及该点右上区域均划分为稳定域， 将位于相应初始临界点 左下区域均划分为不稳定域； A个初始分类器共同将参数空间划分为： A个初始分类器的稳 定域并集得到的联合稳定域Ω+， A个初始分类 器的不稳定域并集得到的联合 不稳定域Ω‑； 分类部， 根据土体粘聚力和内摩擦角的概率密度函数， 采用拉丁抽样方式， 抽取预定数 量的待分类样本； 然后通过域 范围划分部划分的联合 稳定域Ω+、 联合不稳定域Ω‑对待分类 样本进行分类判定： 将落在 联合稳定域Ω+的待分类样本判定为稳定样本； 落在 联合不稳定 域Ω‑的待分类样 本判定为不稳定样本； 既不落在稳定域 Ω+也不落在不稳定域 Ω‑的待分类 样本判定为未定样本， 形成未定集 合； 域范围更新部， 通过未定样本更新域范围： 从未定集合中获取一个未定样本作为样本 点， 采用三 维强度折减计算判断其状态， 若其为稳定状态， 将该样本点作为新增稳定域分类 依据， 形成新增分类器， 使该样本点横纵坐标所围成的参数空间的右上区域合并到联合稳 定域Ω+中； 若其为不稳定状态， 将该样本点作为新增不稳定域分类依据， 形成新增分类器， 使该样本点横纵坐标 所围成的参数空间的左下区域 合并到联合 不稳定域Ω‑中； 未定样本分类部， 利用域范围更新部更新后的联合稳定域Ω+和联合不稳定域Ω‑对剩 余未定样本进行分类判定， 使得 未定集合中的未定样本数 下降； 迭代部， 重复域范围更新部和未定样本分类部的处理， 直至未定集合中的未定样本数权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115438581 A 3