基于粒子群-变分模态分解、非线性自回归神经网络与门控循环单元的滑坡位移动态预测模型研究

以三峡库区八字门阶跃型滑坡为例，针对静态机器学习模型在周期项位移预测中的不足以及高频随机项位移预测困难等问题，提出了一种新的滑坡位移预测方法。基于时间序列分解思想，采用粒子群算法（PSO）对变分模态分解（VMD）进行参数寻优，并将位移时间序列分解为趋势项、周期项和随机项。趋势项主要受滑坡内部因素影响，采用傅里叶曲线进行拟合预测；周期项由外部因素导致，基于格兰杰因果检验进行成因分析，并引入一种对时间序列历史状态具有较高敏感性的非线性自回归神经网络（NARX）进行预测；随机项频率较高且影响因素无法判定，采用一维门控循环单元（GRU）进行预测。最后将各分量预测位移进行叠加重构，实现滑坡累计位移的预测。结果表明，提出的（PSO-VMD）-NARX-GRU滑坡位移动态预测模型精度较高，且各位移分量预测精度明显高于静态模型中BP神经网络、支持向量机（SVM）和传统自回归模型ARIMA，可为阶跃型滑坡位移预测提供参考。