Prediction of cutterhead torque change trend of shield machine based on partial state visible HMM and LSTM

隐马尔可夫模型 护盾 国家(计算机科学) 扭矩 计算机科学 人工智能 语音识别 模式识别(心理学) 物理 地质学 算法 热力学 岩石学
作者
Xuan‐Yu Liu,Mengting Jiang,Cheng Shao,Yudong Wang,Qiumei Cong
出处
期刊:Journal of The Franklin Institute-engineering and Applied Mathematics [Elsevier BV]
卷期号:361 (6): 106740-106740 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.jfranklin.2024.106740
摘要

Cutterhead torque is a key parameter to determine the normal operation of shield machine. Accurately predicting the change trend of cutterhead torque can provide decision support for shield operators to control operating parameters. Therefore, a prediction method of cutterhead torque change trend based on partial state visible Hidden Markov Model (HMM) and Long Short-Term Memory (LSTM) network is proposed in this paper. First, the Spearman correlation coefficient is introduced to analyze the correlation of the tunneling parameters, and the historical tunneling data of the cutter torque, pitch angle and related parameters are obtained to establish a database. Secondly, the pitch angle prediction model is established based on LSTM network, and the predicted pitch angle is used as the observation sequence, and the implicit relationship between cutterhead torque and pitch angle is mined through HMM to obtain the probability matrix. Finally, the cutterhead torque prediction model is established, and the pitch angle sequence is used as input to output the corresponding cutterhead torque change trend. The results show that the method can accurately predict the dynamic change trend of the cutterhead torque in the case of less known parameter states, and the effectiveness of the method are verified in this paper.
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