0-1测试方法的径流时间序列混沌特性应用

径流时间序列混沌特性识别的常用方法是基于相空间重构的关联维数法、最大Lyapunov指数法和Kolmogorov熵法。引入一种新的时间序列混沌特性识别方法:0-1混沌测试方法。该方法直接应用于时间序列不需要相空间重构,并且通过量化指标K_c是否接近于0或1来识别时间序列的混沌特性。以Logistic映射生成的序列、金沙江流域和美国Umpqua河多年日径流序列为研究对象,首先利用0-1混沌测试方法进行了混沌特性识别和判定;然后基于相空间重构,运用相空间重构、伪最近邻点法、关联维数方法、最大Lyapunov指数法和Kolmogorov熵5种非线性研究方法分析了这两列径流时间序列混沌特性。研究结果表明0-1混沌测试方法简单有效。以上方法交互验证了该两列径流时间序列存在低维混沌特性。     

南洞地下河月径流时间序列的混沌特征及预测

利用基于相空间重构技术、混沌识别与预测理论对1993-2013年南洞地下河月径流时间序列的非线性特征进行了分析,由所获得的延迟时间和最佳嵌入维数实现了月径流时间序列的相空间重构,运用饱和关联维数法和小数据量法计算出南洞地下河月径流时间序列的饱和关联维数和最大Lyapunov指数,并运用Volterra模型对南洞地下河月径流时间序列进行了多步预测研究。研究结果表明,南洞地下河月径流时间序列相空间重构的延迟时间和最佳嵌入维数分别为τ=5、m=8,饱和关联维数D和最大Lyapunov指数λ分别为4.63、0.748 9,从定性和定量的角度证明了南洞地下河月径流时间序列具有弱混沌特征。Volterra自适应滤波模型的预测结果能较好地表征南洞地下河月径流的变化趋势和规律,对18个月内的短期预测精度较高,模拟效果较好。      

嫩江流域径流的可预报性及其时间尺度分析

本文在阐述径流过程主要影响因素和表现特征基础上,采用混沌理论,对于嫩江流域月径流过程系统进行了延滞时间、嵌入纬度、关联维数等计算,进而进行相空间重构,计算出其最大Lyapunov指数为0.13,说明该系统具有混沌特征.初步得出如下结论:①嫩江流域中长期径流预报的预见期为7～8个月;②"数据驱动模型"对于中长期径流预报更有其方法的适用性;③中长期径流预报计算时段应以月为单位.     

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。     

砂岩Kaiser点信号识别特征研究

对岩石试件加载及破坏过程进行了声发射试验,根据参数分析法得到Kaiser点。采用FFT研究了Kaiser点信号的频谱特征。运用小波包分析方法,计算了Kaiser点信号的能谱系数。用混沌时序分析方法研究Kaiser点信号,运用关联积分法方法提取关联维数D,综合FNN法和互信息法得到合适的m、? 值重构相空间,计算Kaiser点信号的最大Lyapunov指数,研究声发射信号混沌动力特征。结果表明,Kaiser点信号具有混沌特征。     

不同流体性质储集层的混沌特性提取及测井解释

从非线性混沌理论的角度对储层测井信号进行分析以及特征提取,避开以往测井信号分类特征基于线性理论的传统做法。目的是寻求不同流体性质储集层(油层、水层和干层)与其测井信号的混沌特征之间联系,希望为不同流体储集层提供一种新颖的测井解释方法。首先分析测井信号的混沌机理,之后对测井信号分别进行预处理和非平稳分析。在此基础上,对实际测井数据进行混沌特征的提取,如关联维数、最大Lyapunov指数和近似熵的提取及分析。研究结果表明,不同流体储集层的混沌特征参量数值大小存在明显差异。因此,在对测井信号提取混沌特征参量值之后,可根据参量值所处区间范围对储集层的不同流体性质进行解释。     

成矿元素巨量聚集的混沌机制——斑岩型和构造蚀变岩型矿床例析

成矿元素含量的变化受控于成矿系统内部的动力学过程,具有较强的随机性与混沌特征,对其变化特征的定量刻画有助于深入理解成矿过程,并为找矿预测提供理论依据。本文以三江普朗斑岩型铜矿的Cu元素与胶东大尹格庄构造蚀变岩型金矿的Au元素品位序列为研究对象,运用混沌时间序列分析法中的相空间重构技术、吸引子的关联维及最大Lyapunov指数解析了Cu与Au元素品位序列的分布特征。结果显示:斑岩型铜矿强矿化和中矿化Cu元素品位的饱和关联维介于4.42与9.69之间,饱和嵌入维介于25与28之间,最大Lyapunov指数介于0.0021与0.0661之间,弱矿化勘探线Cu元素关联维没有出现饱和现象,最大Lyapunov指数随着嵌入维的增大,由正数变为负数;构造蚀变岩型金矿的强矿化勘探线Au元素的关联维为3.18,饱和嵌入维为23,最大Lyapunov指数为0.0082,而中矿化和弱矿化勘探线Au元素的关联维没有出现饱和现象,且随着嵌入维的增大,最大Lyapunov指数由正数变为负数,表明斑岩型中-强矿化地区的Cu元素和构造蚀变岩型强矿化区域的Au元素品位序列具有混沌动力学特征,而弱矿化地区的Cu元素及中弱矿化地区的Au元素品位序列则具有更强的随机性特征;同时,具有混沌特征的斑岩型铜矿的饱和嵌入维和关联维及最大Lyapunov指数的均值都大于蚀变岩型矿床,说明斑岩型铜矿比蚀变岩型矿床的元素具有更强混沌特性与更复杂的控制因素,如温度、硫化作用、流体不混溶、蚀变叠加等。     

2.5Ma 以来古气候变化的混沌吸引子

利用2.5Ma以来经过时标调谐的宝鸡黄土剖面的粒度比值曲线,等时距(1000a)地重构了具2500个样本容量的时间序列。作者在分析此时间序列所记录的古气候变化的混沌特征后发现:2.5Ma以来的古气候是具有有限个自由度的复杂的混沌系统,吸引子关联维数为3.8,饱和嵌入维数为11,它的以最大Lyapunov指数和二阶Renyi熵表征的可预报时效(误差增大一倍所需时间)分别为0.66—0.76Ma和6600—7100a。已有的研究证明该剖面古气候时间序列的大部分时间区间受地球轨道参数的驱动,表明2.5Ma以来的古气候是一种混沌的与周期性的混合式振荡的动力系统。     

混沌时间序列支持向量机模型及其在径流预测中应用

以重构相空间理论为基础,探讨了混沌时间序列的支持向量机预测模型建模的思路、特点及关键参数的选取。利用饱和关联维数法进行相空间重构,并运用改进小数据量法计算最大Lyapunov指数,对宜昌站月径流时间序列进行混沌特性识别。在运用混沌时间序列的支持向量机模型对月径流预测的应用中,引入了径向基核函数,简化了非线性问题的求解过程。实例表明,该模型能较好地处理复杂的水文序列,具有较高的泛化能力和很好的预测精度。     

遗传算法改进的BP神经网络在混沌径流时间序列预测中的应用

区别于传统的提取混沌时间序列饱和嵌入维数的方法,本文利用人工神经网络成功地对水库混沌径流时间序列的饱和嵌入维数进行了提取,计算了该时间序列里的最大Lyapunov指数,两种方法结果都证明了该时间序列的混沌性。并用遗传算法对BP神经网络进行了改进,利用该模型对三门峡水库混沌径流时间序列进行了预测。实例计算表明该方法解决了BP神经网络收敛速度慢和易于陷入极小值的问题,大大提高了BP神经网络的计算精度和收敛速度。无论在计算精度上还是在收敛次数上都优于没有改进的BP神经网络。     

苏北溱潼凹陷非线性动力学特征浅析

混沌动力学研究提出的方法，可以从观测数据角度重建系统的演变规则。本文在扼要介绍非线性数学模型反演理论的基础上，采用时序资料重建复杂系统动力学特征的方法，求得苏北溱潼凹陷演化的非线性动力学方程，并对系统Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数、熵及Ｌｙａｐｕｎｏｖ维数的变化特征和溱潼凹陷演化过程的混沌特征进行了研究和初步分析，为分析盆地演化特征提供了方法。系统信息维的变化特征，反映了滤潼地区断陷阶段活动剧烈、凹陷阶段活     

Application of Extension Theory Based on Improved Entropy Weight Method to Rock Slope Analysis in Cold Regions

In view of the problems existing in the evaluation process of slope stability in cold regions, the improved entropy weight method and extension theory are used to evaluate the slope stability. Nine indexes which affect the slope stability in cold regions are selected, the matter element system of slope stability evaluation is established by extension theory, and the extension correlation degree between evaluation index and evaluation grade is calculated. The improved entropy weight method is used to calculate the entropy weight of the matter element index system, and then the stability grade of the slope matter element is determined. Based on the extension theory and improved entropy weight method, the slope stability of Beizhan open pit mine is predicted. The results show that the prediction results are consistent with the actual situation of the project, and the evaluation method can be applied to the slope stability evaluation in cold regions. By using extension theory and improved entropy weight method, the evaluation index can be changed from a single determined value to an interval value, and the influence degree of the evaluation index can be analyzed more comprehensively. This method improves the evaluation accuracy and provides a new method for the slope stability evaluation in cold regions.

     

深埋煤层应力松弛状态演化试验与动力学分析

应用Lyapunov指数法,对试验得到的深埋煤层应力松弛系统演化对应于各级应变水平的时间序列进行分析,科学重构相空间,得到了每一递进应变水平的相轨迹均不重复地围绕各自对应的历史应力中值而顺次演化。采用分形几何学方法进行时间序列分析,定量揭示出煤样应力松弛系统演化的各层次间自相似性,并部分反映了经典力学与非线性科学间的关系。得到了对应各级应变水平系统演化时间序列的非线性动力学评价指标,并判定深埋煤层应力松弛系统为复杂系统且具有典型混沌特征。深埋煤层应力松弛系统演化的混沌程度及复杂程度呈下降规律,煤体内部力学性质弱化因素与强化因素之间竞争最为激烈的阶段,其混沌程度最高,而宏观破坏后系统伴随最低的混沌程度及复杂程度。     

水库边坡稳定性评价的改进云模型

水库边坡的稳定性受诸多因素的影响,以致其准确评价仍存在一定的困难。为克服传统的正态云模型方法在实际应用中存在的云模型特征值取值不统一以及使用期望隶属度而非实际隶属度两个问题,提出了改进型正态云模型,并在MATLAB软件平台上开发了便于模型应用的程序。选取影响水库边坡稳定性的12个主要因素作为评价指标,应用程序生成各评价指标在各稳定性等级的综合隶属度云模型,接着使用改进的熵权层次分析法确定各评价指标的相应权重,最后将平均综合隶属度最高值所在的级别确定为边坡的稳定性等级。将该方法应用于34个水电边坡工程稳定性评价实例,并将结果与现行国家规范推荐的CSMR法及这些边坡的实际状态进行了比对。结果表明该方法的准确度比CSMR法高,具有较好的可靠性和实用性,也可供公路、铁路或建筑等其他岩质边坡在进行稳定性评价时参考。     

国道G318藏东段碎屑斜坡分类与稳定性评判

为了科学划分碎屑斜坡类别和准确评价国道G318藏东段碎屑斜坡的稳定性。本研究历时3年,详细调查了该区段公路沿线所有碎屑斜坡,根据斜坡碎屑物质成分、颗粒大小及运动特征等进行类型划分,分析了各类碎屑斜坡的基本特征和失稳模式。利用信息熵和FLAC数值模拟分析了影响因素与斜坡稳定的相关关系,并建立了基于支持向量机的碎屑斜坡稳定性评判模型。研究表明:（1）碎屑斜坡可细分为溜砂坡、滚石坡和碎石坡3类。（2）碎屑斜坡影响因素从大到小依次为降雨融雪、平均坡度、碎屑物、平均坡高、植被覆盖率、工程建设、地震、风化等级、振动和河水侵蚀。（3）主要影响因素作用下,碎屑斜坡安全系数斜率大小为:降雨融雪（0.8）>平均坡度（0.66）>平均坡高（0.52）>植被覆盖率（0.46）>工程建设（0.43）,其斜率越大则影响作用越显著。（4）选取前6个主要影响因素用于碎屑稳定性评判模型,通过模型训练、回判和检验,模型准确率分别达到了89.29%和93.75%,可用于碎屑斜坡的稳定性评判和整治维修参考。     

Tropical chemical weathering of hillslope deposits and bedrock source in the Aburrá Valley, northern Colombian Andes

Tropical chemical weathering produces extensive lateritization and formation of deep weathering profiles. Both processes are fundamental to landscape evolution and slope instability. The Aburrá Valley of the northern Colombian Andes is characterized by tropical conditions. The valley slopes are mostly covered by hillslope deposits originating from four basement rock suites which comprise contrasting granitoid, volcanic–sedimentary, ophiolitic, and metamorphic sources, respectively. Tropical chemical weathering of the Aburrá hillslope deposits and their respective bedrock were examined using X-ray fluorescence and X-ray diffraction analysis, to document and quantify their chemical weathering profiles, compositions, and mineralogical properties. The Chemical Index of Alteration (CIA), loss on ignition (LOI), and the Mobiles index (Imob) were used to quantify the degree of weathering of hillslope deposits and bedrock source. Weathering trends were analyzed using A–CN–K and A–CNK–FM diagrams. The material mantling the slopes in the Aburrá Valley records an intense weathering history. Chemical weathering is characterized by increased development of clay minerals (kaolinite, halloysite) and iron and aluminum sesquioxides. Lateritization characterizes the final stage of the weathering profiles. Concentrations of CaO, Na₂O, K₂O decrease markedly in the weathering products compared to the fresh bedrock source, whereas concentrations of Al₂O₃, Fe₂O₃, and MgO increase significantly. CIA ratios of matrix slope deposits derived from all four sources near 100, whereas those of boulder slope deposits and saprolites are lower, but exceed source rock values. Different A–CN–K weathering paths are evident for each lithotype, validating the correlation established between the hillslope deposits and their various parents. Chemical weathering indices in some samples are strongly influenced by the presence of sesquioxides, as reflected by high LOI, anomalously low CIA, and varying enrichment trends on the A–CNK–FM diagrams. Consequently, different chemical indices based on different criteria need to be combined to obtain best results, as illustrated here by the combination of LOI, CIA, and Imob. The overall results suggest that tropical conditions have dominated for a long time in the northern Colombian Andes, leading to uniformly high weathering indices in matrix slope deposits irrespective of parent lithotype. Prolonged warm and humid conditions could thus be responsible for the weathering and remobilization of extensive old hillslope deposits during the Quaternary. However, in addition to the influence of climatic factors, tectonism has also undoubtedly influenced slope evolution in the Aburrá Valley.