基于LSSVM-ARMA模型的基坑变形时间序列预测

如何准确预测和控制基坑变形是基坑工程的一个难点,提出了一种基于小波变换、粒子群优化的最小二乘支持向量机（PSO-LSSVM）和自回归移动平均模型（ARMA）的基坑变形时间序列预测方法。首先,利用小波变换将基坑变形时间序列分解和重构为2个子序列--趋势时间序列和随机时间序列,在该基础上,采用PSO-LSSVM模型与ARMA模型分别预测趋势时间序列与随机时间序列未来值,将2个子序列的预测值求和作为最终预测结果。最后,将该方法应用于昆明某基坑工程的深层水平位移预测,不断地利用前期工况的最新实测数据建模,对后期工况未来变形量进行滚动预测,获得了令人满意的结果。     

滑坡变形组合预测方法的研究

为了预测边坡变形大小,以便及时采取防治措施,通过取不同的迟滞时间对原始监测数据进行相空间重置获得新的数据序列,再以这些新的数据序列为基础,采用预测残差平方和最小的线性优化方法,将ARMA时间序列法和GM（1,1）灰色理论的预测结果进行组合,对某矿的边坡变形量进行滚动组合预测。对不同方法的预测精度和预测残差的标准差进行了对比分析,结果对比表明,组合预测较单项预测方法残差标准差明显减小,且相空间重置后的组合预测结果提高了直接预测的平均预测精度,这为边坡变形趋势的预测与防灾预警提供了可靠的方法。     

混合随机序列模型在地下水位预报中的应用

通过对北方某矿区水文地质条件的分析,特别是对底板承压水多年水位变化规律及其控制因素的分析,建立了预测地下水位变化趋势的混合随机序列模型,并对所建模型进行了考核。分析了残差序列的随机性,通过对模型的预报应用,取得了良好的效果。     

某平原区地下水位动态变化的ARIMA模型预测研究

该文简要分析了某平原区气象水文、地形地貌、地质条件、水文地质条件,对其地下水位动态特征进行了研究。该文采用ARIMA模型,将非平稳时间序列转化为平稳时间序列,然后将因变量仅对它的滞后值以及随机误差项的现值和滞后值进行回归,建立模型,根据原序列是否平稳以及回归中所含部分的不同,涉及移动平均过程(MA)、自回归过程(AR)、自回归移动平均过程(ARMA)以及ARIMA过程。该文调查分析了该平原区地下水位动态变化特征,以地下水位动态数据进行了模型预测分析。结果表明:该模型对于预测地下水位动态变化特征准确度较高,总体误差小于15%,可用于地下水的动态预测分析。     

基于长自回归残差法的时序分析在大坝变形监测与预报中的应用

本文主要研究了时间序列分析在大坝变形监测与预报中的应用。突出分析了ARMA模型的优点。分别利用最小二乘估计法和长自回归模型残差法进行坝体形变的分析和预报;通过对不同阶数ARMA模型在实际应用中的比较分析,确定出一种精度相对高、原理简单的方法进行建模,从而进行形变的分析和预报。     

基于ARMA模型的隧道位移时间序列分析

在新奥法隧道施工中,隧道位移监测对于评价围岩稳定性和支护结构合理性起重要作用。目前大都采用AR模型对隧道位移进行时间序列分析,避开了非线性估计,致使拟合精度和模型实用性较差。为此,介绍了具有较高预测精度和较好适用条件的ARMA模型及其常用参数估计方法,基于其参数非线性估计带来的不便性,提出一种ARMA模型参数估计近似线性方法,把残差用Taylor级数一阶展开,将非线性估计线性化,用线性最小二乘法估计参数最终值。用该方法对重庆市大足县南环二路南山隧道位移监测数据进行时间序列建模分析,预测与实测值吻合较好,证明了该方法的实用性。     

基于混沌时间序列的地下水位多步预测模型

利用相空间重构技术，并借助G—P算法、C-C方法和Wolf方法从宁陵地区地下水位一维时间序列中提取Lyapunov指数，结果表明此时间序列具有混沌特征。计算了宁陵地区地下水位时间序列的关联维数、时间延迟和最大Lyapunov指数，将局域加权一阶多步预测模型应用于地下水位预测。预测表明，此模型可有效应用于地下水位时间序列的多步预测。     

基于ARIMA与ANN组合模型的需水量预测方法研究

需水量预测影响因素较多,具有线性和非线性特征。为提高预测精度,提出基于ARIMA与ANN组合模型的需水量预测方法,利用ARIMA模型良好的线性拟合能力和ANN模型强大的非线性关系映射能力,把需水量时间序列看成由线性自相关结构和非线性结构组成,采用ARIMA模型预测需水量序列的线性部分,用ANN模型对其非线性残差部分进行预测,再将二者预测值进行组合预测。通过实例研究,组合模型预测精度更高,是需水量预测的一种有效方法。     

高边坡变形非线性时变统计模型研究

基于高边坡长期变形监测资料,深入分析了边坡变形的影响因素,建立边坡非线形时变统计监控模型,并将模型应用于锦屏一级水电站边坡工程。通过典型测点长期监测资料的分析,确定时效和降雨是影响边坡变形的2个主要因素,并给出了各自的表述形式,在Matlab平台上,采用非线性回归方法得到边坡非线性时变统计模型的参数。在此基础上,根据边坡变形拟合残差时序,采用ARMA模型方法进行拟合和预测,对边坡非线性时变模型的拟合和预测进行修正。结果表明,模型能较好地描述高边坡的变形特征,并且具有很好的拟合和预测精度。     

隧道围岩压力的神经网络时间序列分析

围岩压力是隧道开挖后重要的反馈信息之一,受不确定性因素影响,围岩压力监测数据是一个不平稳的时间序列,包括趋势项和随机项。采用BP网络对不平稳时间序列进行数据拟合,处理趋势部分,利用ARMA模型处理随机部分。结合累进算法,对浙江某新建隧道围岩压力进行时间序列预测。结果表明该方法具有较高的预测精度,最大相对误差为3.73%,能够应用于工程实际当中。     

Trend estimation and univariate forecast of the sunspot numbers: Development and comparison of ARMA, ARIMA and Autoregressive Neural Network models

In the present study, a prominent 11-year cycle, supported by the pattern of the autocorrelation function and measures of Euclidean distances, in the mean annual sunspot number time series has been observed by considering the sunspot series for the duration of 1749 to 2007. The trend in the yearly sunspot series, which is found to be non-normally distributed, is examined through the Mann-Kendall non-parametric test. A statistically significant increasing trend is observed in the sunspot series in annual duration. The results indicate that the performance of the autoregressive neural network-based model is much better than the autoregressive moving average and autoregressive integrated moving average-based models for the univariate forecast of the yearly mean sunspot numbers.     

河流年径流量的R/S灰色预测

径流过程具有分形和灰色特征。基于此,将R/S分析与灰色系统理论相结合,提出了R/S灰色预测模型以预报河流年径流量。针对黑河正义峡水文站60a(1949~2011年)的年径流量资料,首先进行R/S分析,确定径流量序列的Hurst指数H和平均循环周期T;然后在一个周期内进行年径流量灰色预测。结果表明:R/S灰色预测结果的精度明显高于直接进行灰色预测的精度。该方法拓宽了分形和灰色理论在径流过程研究的应用范围,为河流径流量的科学预测提供了一种新方法。     

基于DEM的天山山区气温和降水序列推算方法研究

为了计算天山山区区域气候要素平均值序列,提出了一个新的气候序列计算方案.对天山山区17个气象站和10个水文站的1961-2000年的年气温、降水资料进行了自然正交分解(EOF),并以DEM(Digital Elevation Model)的1 km×1 km网格数据为基础,结合多元回归等方法,分别建立了前3个特征向量与经度、纬度及海拔高度因子的插值模型,由此推算出天山山区(海拔≥1500 m)年平均气温、降水序列.误差分析表明,27站实测的年平均气温序列与计算的区域平均序列值的相关系数为0.996,系统性偏差小,平均相对误差为5.5%;年降水量序列的实测值与计算值平均相对误差略大,为14.8%,相关系数为0.972.区域平均序列的计算值与测站简单的算术平均序列在量值上存在明显的差异,计算出的气温平均偏低4.3℃,降水量平均偏高43.2 mm.此方法为计算站点稀少、地形复杂的区域平均的要素时间序列方面提供了一个解决手段.     

透壁式通风管-块石复合气冷路基室内模型试验研究

为了研究透壁式通风管-块石复合气冷路基的降温效果,针对年均气温约-3.5℃,平均风速2.5 m·s^-1,主导风向为西北方向的高原环境条件开展室内模型试验,分析了单一块石气冷路基和透壁式通风管-块石复合气冷路基的孔隙空气对流速度、特征点地温变化过程以及模型整体温度场变化过程.结果表明：在透壁式通风管的疏导作用下,透壁式通风管与块石层的复合结构能够起到强化路基体对流的效果,复合路基块石孔隙中的空气流速比单一块石路基提高约20%,由此导致复合路基模型底部的降温幅度是单一块石路基模型的2.2倍.模型整体温度场表明,复合路基能够起到储存冷量、降低下伏多年冻土地温的作用.     

基于中国气象资料的趋势检验方法对比分析

结合全国317个气象站1956-2005年气象资料,分别利用普通Mann-Kendall、预置白Mann-Kendall、去趋势预置白Mann-Kendall趋势检验方法分析了年降水量、年平均气温和年蒸发皿蒸发量的趋势检验结果及自相关系数变化规律。其中,年降雨序列的自相关性不显著,3种趋势检验方法的分析结果差异不大;年平均气温和年蒸发皿蒸发量自相关性显著,其3种方法的检验结果差异性较大,需要剔除自相关性后进行趋势检验;空间特征上,北方站点气象要素的自相关显著性较高。数据分析和数学推导表明,序列正自相关性会放大序列趋势的显著性,序列的趋势项会增大计算的自相关系数。     

基于小波方法的西安市年降水量多时间尺度特征分析

小波分析具有时频局部化特征,可清晰地给出各种时间尺度周期的强弱分布以及降水量偏多、偏少的变化趋势。应用小波分析的方法,对西安市1951～2006年共56年的年降水量序列进行多时间尺度特征分析。结果表明,西安市年降水量序列在整个时间域内主要受2～6年、6～12年、16～34年时间尺度波动变化影响,不同时间尺度下,降水量偏多、偏少交替变化不相同。年降水量序列主要存在4年、8年、26年左右的主周期,其中,26年为第一主周期。另外,西安市多年降水量呈弱下降趋势,2006年以后的降水应呈正位相,降水量偏多,大约到2018年左右,年降水量总体上都应当偏多。     

Assessing the consistency between AVHRR and MODIS NDVI datasets for estimating terrestrial net primary productivity over India

This study examines the consistency between the AVHRR and MODIS normalized difference vegetation index (NDVI) datasets in estimating net primary productivity (NPP) and net ecosystem productivity (NEP) over India during 2001–2006 in a terrestrial ecosystem model. Harmonic analysis is employed to estimate seasonal components of the time series. The stationary components (representing long-term mean) of the respective NDVI time series are highly coherent and exhibit inherent natural vegetation characteristics with high values over the forest, moderate over the cropland, and small over the grassland. Both data exhibit strong semi-annual oscillations over the cropland dominated Indo-Gangetic plains while annual oscillations are strong over most parts of the country. MODIS has larger annual amplitude than that of the AVHRR. The similar variability exists on the estimates of NPP and NEP across India. In an annual scale, MODIS-based NPP budget is 1.78 PgC, which is 27% higher than the AVHRR- based estimate. It revealed that the Indian terrestrial ecosystem remained the sink of atmospheric CO ₂ during the study period with 42 TgC y ^?1 NEP budget associated with MODIS-based estimate against 18 TgC y ^?1 for the AVHRR-based estimate.     

弹性纵波垂直通过非线性结构面的傅里叶级数分析法

利用傅里叶级数计算任意函数形式的弹性纵波垂直通过非线性结构面的透射波和反射波的速度波形。采用双曲模型描述结构面的变形特性,基于位移不连续模型,结合波振面处动量守恒定律,推导了弹性纵波垂直通过非线性结构面的基本方程。假设应力波在含结构面岩体中传播时,结构面的存在不改变应力波波形函数的最小正周期,运用傅里叶级数理论和周期延拓方法,得到了任意函数形式的弹性纵波垂直入射时透射波和反射波速度波形的傅里叶级数解,并验证了傅里叶级数解是合理的。利用傅里叶级数解,分析了单一频率的正弦谐波入射至结构面时,透射波中各阶谐波的振幅和相位与谐波阶数的关系。研究结果表明,各阶谐波的振幅与阶数呈负指数关系衰减,前7阶谐波振幅的衰减指数为谐波阶数的二次函数,当谐波阶数大于7时,衰减指数为谐波阶数的一次函数;各阶谐波的相位与谐波阶数呈线性关系。     

黑河出山径流的非线性特征分析

应用非线性动力学的理论和方法,对黑河出山径流的非线性特征进行了分析.结果表明,黑河月出山径流的年内分布、年平均流量的一次峰、谷变化符合单重或双重威布尔分布,并具有自相似性质.黑河出山径流多年变化在相空间中的运动轨迹收缩到一个约为4.32维的吸引子上,而描述流量的动力方程需要8个独立变量.黑河出山径流的非线性特征还表现在对内部结构为非线性函数的输入输出模型的良好应用上,如GRNN神经网络模型、非线性回归模型等.     

气候模式应用中的不确定性分析

为了分析和评价气候变化对水文水资源的影响,根据中国东部地区1956～2000年实测年降水量系列数据,采用多年均值、系列趋势变化指标和反映系列可持续特性的Hurst系数等3项指标,对CGCMA3、MPI-ECHAM5和平均GCM等3种气候模式模拟的同期年降水系列数据进行了检验。检验结果表明,3种气候模式模拟结果与实测值之间,以及不同模式模拟结果之间,不仅定量方面差异很大,而且在定性方面甚至出现相悖的结果,不确定性十分显著。同样,根据3种气候模式预测的未来2001～2050年年降水量和季平均气温推得的未来年径流量系列数据,其多年均值、系列趋势变化指标和干旱年年径流量多项指标也存在明显的不确定性。据此对气候模式及其应用提出了相应的建议。