铁道学报

2026, v.48;No.348(10) 283-298

[打印本页] [关闭]
本期目录(Current Issue) | 过刊浏览(Archive) | 高级检索(Advanced Search)

基于加权集成机器学习模型的TBM围岩级别识别方法与可解释性分析
Rock mass grade classification for TBM based on weighted ensemble machine learning model and interpretability analysis

张骞,聂瑶奇,杜立杰

摘要(Abstract):

针对隧道掘进机(TBM)围岩级别识别中样本分布不均、模型精度有限以及可解释性不足等问题,提出一种融合SMOTE过采样、贝叶斯优化和加权集成学习的围岩级别智能识别方法。首先,利用SMOTE算法对少数类样本进行扩充,缓解数据不平衡对分类性能的不利影响,提升模型对不同围岩级别样本的识别能力。其次,采用贝叶斯优化分别对XGBoost和LightGBM模型的关键超参数进行自适应寻优,在提高模型泛化能力的基础上,构建BO-XGBoost-LightGBM加权融合模型,实现多模型优势互补。最后,引入SHAP方法对模型预测结果进行可解释性分析,揭示关键掘进参数对围岩级别判别的影响规律,并验证模型输出与工程实际之间的一致性。以实际工程中TBM施工数据为例进行验证,结果表明:所提方法在准确率、精确率、召回率和F1分数等指标上均优于Naive Bayes、Decision Tree、Random Forest、XGBoost和LightGBM等对比模型,表现出更高的识别精度、稳定性和鲁棒性。研究结果表明,所提出的方法不仅能够实现复杂地质条件下TBM围岩级别的高效识别,而且模型判别机制透明可溯,与现场经验一致,可为TBM智能掘进、施工参数优化及地质风险预警提供有效支撑。

关键词(KeyWords): TBM;围岩级别;贝叶斯优化;加权策略;XGBoost;LightGBM;SHAP

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 河北省自然科学基金(E2025210083);; 国家自然科学基金(52578482)

作者(Author): 张骞,聂瑶奇,杜立杰

参考文献(References):

扩展功能
本文信息
服务与反馈
本文关键词相关文章
本文作者相关文章
中国知网
分享