(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 202211034584.5 (22)申请日 2022.08.26 (71)申请人 东南大学 地址 210096 江苏省南京市玄武区四牌楼 2 号 (72)发明人 张琦　马艳宁　李建春　张国柱　 郑彦龙　郭笑康　沈益鑫　易文杰　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 王美章 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06N 3/00(2006.01) G06T 17/05(2011.01) (54)发明名称 一种基于仿蚁体寻迹技术的隧道节理面自 生长式建模方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于仿蚁体寻迹技术的 隧道节理面自生长式建模 方法， 基于仿蚁体寻迹 技术中仿蚁体爬行时始终选择最 短路径， 最终选 择的最短路径最大可能地会经过隧道节理面的 原理， 将仿蚁体播撒在获取的含有丰富地质构造 信息的地球物理勘探数据资料和含有隧道开挖 面迹线信息的三维点云数据共同组成的离散数 据中， 通过仿蚁体的爬行和信息素的释放实现基 于仿蚁体寻迹技术的隧道节理面自生长式建模。 基于上述模仿自然界蚂蚁行为的仿生方法建立 的隧道节理面模 型， 充分利用和表达了多源地质 信息， 可用于后续的数值分析， 克服传统结构面 模型表达地质信息不全面、 受人为主观因素影 响 较大和后续分析 可靠度低的问题。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 115481469 A 2022.12.16 CN 115481469 A 1.一种基于仿蚁体寻迹技术的隧道节理面自生长式建模方法， 其特征在于， 基于仿蚁 体寻迹技术中仿蚁体爬行时始终选择最短路径， 最终选择的最短路径最大可能地会经过隧 道节理面的原理， 将仿蚁体播撒在获取的含有丰富地质构造信息的地球物理勘探数据资 料、 含有隧道开挖面迹线信息的三维点云数据、 以及超前地质钻孔获得的钻孔点位信息共 同组成的离散数据中， 通过仿蚁体的爬行和信息素的释放实现基于仿蚁体寻迹技术的隧道 节理面自生长式建模； 具体包括如下步骤： S1， 初始化仿 蚁体， 设置仿 蚁体参数， 包括仿 蚁体数量N， 最大迭代次数Tmax， 信息素强度 因子q， 信息素挥发因子ρ 以及启发因子β 共5个参数； S2， 初始化仿蚁体的信息素矩阵， 使得每一条路径和每一节点处的初始信息素浓度相 等， 信息素矩阵中包含地质构 造信息、 节理面迹线信息， 以及 超前地质钻孔 获得的钻孔点位 信息； S3， 仿蚁体开始爬行， 并计算爬行路径中任意相邻两个离散数据节点Qi(xi， yi， zi)与Qj (xj， yj， zj)之间的相对起伏度， 计算公式如下： 判断该节点处所有路径是否满足预设节理面条件， 即相对起伏度绝对值小于既定阈 值， 仿蚁体在此条满足预设节理面条件的路径上释放信息素进 行标记， 并继续爬行， 并对所 有满足预设节理面条件的路径 识别汇集成整条最短路径， 记录第一次寻迹结果； S4， 更新信息素矩阵， 开始迭代， 再次进行最短路径的寻迹和识别， 判断是否到达最大 迭代次数， 当达到最大迭代次数， 整理分析每一次迭代后记录的最短路径， 将这些最短路径 拟合， 生长出最终的隧道 节理面模型。 2.根据权利要求1所述的一种基于仿蚁体寻迹技术的隧道节理面自生长式建模方法， 其特征在于， 所述 步骤S4中， 当未到 达最大迭代次数时， 重新更新信息素矩阵， 并再次迭代。 3.根据权利要求1所述的一种基于仿蚁体寻迹技术的隧道节理面自生长式建模方法， 其特征在于， 所述步骤S1中， 采用交叉对比的方法确定仿蚁体寻迹技术的相关参数， 首先将 信息素强度 因子q， 信息素挥发因子ρ 以及启发因子β 三个参数组合并逐一调整选择最优区 间， 然后加入仿蚁体数量N和最大迭代次数Tmax两个对结果影响明显的参数一一调整进 行选 择。 4.根据权利要求1所述的一种基于仿蚁体寻迹技术的隧道节理面自生长式建模方法， 其特征在于， 所述 步骤S3中， 预设节理面条件通过控制 相对起伏度阈值实现。 5.根据权利要求1所述的一种基于仿蚁体寻迹技术的隧道节理面自生长式建模方法， 其特征在于， 所述 步骤S4中， 最大迭代次数由离 散数据体规模决定 。 6.根据权利要求1所述的一种基于仿蚁体寻迹技术的隧道节理面自生长式建模方法， 其特征在于， 所述步骤S3中， 仿蚁体在寻迹过程中信息素决定路径选择的概率计算公式如 下：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115481469 A 2式中， τij表示信息素矩阵中任意相 邻两个离散数据节点Qi(xi， yi， zi)与Qj(xj， yj， zj)之 间的信息素量， Pij表示仿蚁体在节点处的转换概 率， n是仿蚁体需要爬行的所有节点数量。 7.根据权利要求1或2中所述的一种基于仿蚁体寻迹技术的隧道节理面自生长式建模 方法， 其特 征在于， 所述S4 步骤中， 信息素矩阵更新 规则如下： τij(t+1)＝(1 ‑ρ )τij(t)+Δ τij 式中， Δτij表示信息素的增 量， Δτijk表示第k只仿蚁体某一次循环中在相邻两个离散 数据节点 Qi(xi， yi， zi)与Qj(xj， yj， zj)之间释放的 的信息素量， m是 所有仿蚁体的数量。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115481469 A 3