Verhulst反函数滑坡预测预报模型的改进

由于位移时间曲线不一定通过第一个数据点,原始Verhulst反函数模型将第一个数据点作为已知条件来求取模型参数的理论依据不充分,可能导致预报误差较大.为了解决该问题,本文基于误差最小原则,将非线性拟合的方法应用到Verhulst反函数模型的参数求取中.两个实例预报结果表明:经非线性拟合确定模型参数后,Verhulst反函数模型在滑坡时间预报上能取得较准确的预报结果,且预报的时间多稍早于滑坡实际发生时间,这说明经非线性拟合确定模型参数后,用Verhulst反函数模型进行滑坡时间预报是可行的,其预报结果可能能起到提前预报的作用.     

Verhulst滑坡预测预报模型的改进及其应用

Verhulst生物生长模型是一种统计型的滑坡预测预报模型,针对原始Verhulst模型中把第一个数据点作为已知条件的理论依据不存在,可能导致预报精度较低问题,将前人改进Verhulst模型的方法应用到滑坡预测预报中,推导出用改进模型和速度最大值判据预报滑坡发生时间的计算公式。通过分析表明,原始Verhulst模型中以速度最大值作为预报滑坡发生时间的判据缺乏合理性,以加速度和加加速度最大值作为预报判据应更合理,并推导出用加速度和加加速度最大值判据预报的计算公式。基于推导的公式,编写Matlab程序进行计算,将原始和改进的Verhulst模型以及3种判据应用于一些滑坡实例的预报中。结果表明,（1）与原始Verhulst模型相比,改进模型的预报效果较好,其预报滑坡发生的时间更早,且更准确;（2）与速度最大值判据相比,加速度和加加速度最大值判据的预报效果较好,其预报时间较早,且较准确;（3）可把原始模型中单一的时间预报值拓展为一段预报的时间范围,该预报时间范围的上限是加速度最大值时刻,下限是加加速度最大值时刻;（4）用改进模型和该时间段范围判据进行预报能起到提前预报的作用,且预报结果较准确。此外,经讨论认为临近破坏时,裂缝的增多以及动摩擦系数小于静摩擦系数导致抗滑力降低,剩余下滑力增大,是使滑体产生加速度逐渐增大运动的原因。     

基础沉降预测的Verhulst模型

目前,基础沉降随时间的变化关系一般通过渗透固结理论来计算,由于假设条件较多且影响渗透固结的因素复杂,计算结果常与实际观测值不一致。本文通过分析基础沉降的发生过程及Verhulst模型的特点,提出可以根据施工过程中的观测资料,运用Verhulst模型预测今后不同时刻基础的沉降量,预测实例表明,这一模型具有较好的适应性,可以运用到实际工程中。     

4种灰色Verhulst模型在基坑沉降预测中的应用研究

基于基坑沉降监测问题,提出了4种监测模型。模型1为传统的灰色Verhulst模型。模型2为采用变换倒数和优化的约束模型来求解背景值参数与初值参数的优化灰色Verhulst模型。模型3为采用离散化思维对原数据序列进行倒数变换,完成从连续的形式向离散的形式变化的优化灰色离散Verhulst模型。模型4为采用新陈代谢方法的优化灰色离散Verhulst模型。利用提出的4种模型对中国深圳龙城工业园某基坑的沉降进行预测计算。计算结果与实测结果比较表明,采用新陈代谢方法的优化灰色离散Verhulst模型具有较高的预测精度和稳定性,能较好地描述基坑沉降。     

滑坡位移灰色预测模型的VB编程实现

灰色模型在社会科学、自然科学的许多方面已得到广泛的应用，并取得了一系列重大成果。在滑坡地质灾害研究方面，灰色模型多用于滑坡变形的中长期预测预报，且精度较高。文章在介绍分析了灰色预测模型GM(1，1)的基本原理基础上，开发了用VB语言编写的滑坡位移灰色预测软件，解决了笔算困难问题。实例验证了该模型用于预测滑坡位移值的适用性及软件的可靠性。VB编程能够很好地与其它软件(GIS软件)集成，在其它专业软件中使用，有聋于滑坡地质灾害的研究。     

基于灰色Verhulst模型的岩溶塌陷定量预报预测方法

在总结分析现有岩溶塌陷预报预测方法的基础上,从灰色系统理论出发,选取带有时间因子的地下水动力条件因素为已知信息,应用灰色Verhulst模型对桂林柘木村岩溶塌陷的发生时问进行了预报预测验证.验证结果显示,预测时问和实际塌陷时间基本吻合.柘木村3月份岩溶塌陷的预测时问为2000年3月17日,实际塌陷时问为2000年3月20日,预测值比实际值提前3天,准确率为90%;8月份岩溶塌陷的预测时间为2000年8月14日,实际塌陷时问为2000年8月14日,准确率为100%.另外,作者对预报产生误差的可能原因进行了分析,以便能改进模型,进一步提高预测精度.     

灰色GM(1,1)模型和Verhulst模型在喀斯特地区耕地预测中的应用——以毕节生态试验区为例

毕节生态试验区是典型的喀斯特地区,人口密度大,生态环境脆弱,水土流失严重,耕地保护尤为重要.本文以毕节地区1998-2006年常用耕地面积统计数据为基础,分别利用灰色GM(1,1)模型和Verhulst模型对该喀斯特地区常用耕地面积变化作预测.预测结果表明,GM(1,1)模型和Verhulst模型都揭示了毕节地区常用耕地面积在未来几年呈逐年递减的趋势.但是通过模拟精度验证,研究区耕地面积原始数据变化曲线呈S型,就灰色GM(1,1)模型与Verhulst模型模拟预测结果相比较,对于原始数据的模拟,GM(1,1)模型预测精度较高,而Verhulst模型更适合研究区未来几年耕地面积变化的预测.该研究结果可为区域合理利用土地资源、编制土地利用规划和耕地保护提供依据.     

改进的GM(1,1)模型在滑坡变形预测中的应用

为了提高GM(1,1)模型在滑坡变形预测中的预测精度和普遍适用性,论文首先分析了GM(1,1)模型的数学特点,并根据建模机理所存在的固有缺陷探讨了几种合理实用的改进方法。在此基础上,结合呈对数型曲线的链子崖危岩体变形监测数据和呈指数型曲线的黄龙西村滑坡变形监测数据,分别了建立了传统GM(1,1)、无偏GM(1,1)、中心逼近式GM(1,1)、重构背景值的GM(1,1)和灰色神经网络组合等预测模型。预测结果表明:针对不同数学特点的滑坡变形数据,特定改进的GM(1,1)模型较传统模型预测精度更高,适用性更强。     

常州地面沉降的灰色Verhulst预测

文章首先指出了土体的固结沉降过程具有“S”型曲线特征,这与Verhulst模型（Logistic生长模型）具有相似性.然后比较系统地给出了Logistic生长模型、模型的参数估计、模型的精度检验及适用条件,并将模型用于常州市清凉小学地面沉降过程的模拟,进行了初步预测.研究表明,灰色Verhulst模型在预测地面沉降方面是十分有效的,特别是发生在主采层及顶、底板土层中的变形,该模型给出地面沉降预测值时间序列与实测值序列是相当接近的.     

基于变系数回归模型的三峡库区滑坡位移预测

降雨-库水联合作用影响着三峡库区滑坡,而降雨、库水分别对滑坡演化的贡献及作用规律迄今尚不明确.以库区树坪滑坡和八字门滑坡为例,通过分析降雨和库水位资料,采用变系数回归模型,对滑坡位移进行预测.实验结果表明:经过改进的变系数回归模型方法不仅比传统的线性回归模型、自回归积分滑动平均模型、支持向量机模型方法具有更高的预测精度,而且能定量地给出各影响因素对滑坡位移的贡献.      

pGM(1,1)灰色预测模型及其应用

分析了pGM(1,1)模型在背景取值上的不足，给出了一种基于权的pGM(1,1)模型，并用该模型进行了实际的变形预测。     

基于时间序列分解和多变量混沌模型的滑坡阶跃式位移预测

三峡库区某些库岸滑坡在强降雨、库水位涨落等诱发因素影响下,其位移时间序列表现出阶跃式变化特征且可能存在混沌特性.但目前常用于滑坡位移预测的混沌模型,均建立在单变量混沌理论的基础之上.且已有的考虑了诱发因素的常规多变量模型,大都采用经验性的方法来选取输入变量;常规多变量模型对滑坡位移序列的非线性特征,及其与诱发因素间的动态响应关系缺乏数学理论上的深入分析.因此,提出一种基于指数平滑法、多变量混沌模型和极限学习机（extreme learing machine,ELM）的滑坡位移组合预测模型.指数平滑多变量混沌ELM模型首先对滑坡累积位移序列的混沌特性进行识别;然后用指数平滑法对累积位移进行预测,得到趋势项位移,并用累积位移减去趋势项位移得到剩余的波动项位移;之后对波动项位移及降雨量、库水位变化量这3个因子进行多变量相空间重构,并用ELM模型对多变量重构后的波动项位移进行预测;最后将预测得到的趋势项和波动项位移值相加,得到最终的累积位移预测值.以三峡库区白水河滑坡ZG93监测点的累积位移作为实例进行分析,并将模型与指数平滑多变量混沌粒子群-支持向量机（PSO-SVM）模型、指数平滑单变量混沌ELM模型作对比.结果表明滑坡位移序列存在混沌特性,模型能有效预测滑坡位移,其预测效果优于对比模型.且本文模型从混沌理论的角度将波动项位移与降雨量、库水位变化量的动态响应关系进行综合分析,更能反映滑坡位移系统演化的物理本质.      

GM（1,1）模型在矿井水动态预测中的应用

本文以灰色系统理论为基础，建立了矿井地下水涌出的ＧＭ（１，１）动态预测模型，并用该模型进行了实际预测。     

基于灰色模型的城市用水量预测

介绍灰色理论建模原理和模型参数辨识方法,并结合实例建立灰色GM(1,1)预测模型,运用残差检验与后验差检验2种方法对模型进行精度检验,其模型拟合精度达99％.用所建立的模型对某市2010-2013年城市用水量进行外推预测.结果表明,该灰色模型用于城市用水量预测,符合其灰色特性,通用性好,并且所需数据少,计算量适中,预测...     

基于非线性理论的大气环境质量预测与评价

大气环境质量的预测和评价是一个典型的多变量和非线性问题。根据大气环境系统的性质，运用灰色系统理论和模糊数学理论建立大气环境质量预测和评价 的数学模型，通过对江西省抚州市环保局提供的实测数据进行科学计算，得到令人满意的结果，有较好的实用价值。     

基于改进Shannon伪近邻法研究易滑地层位移变形时序

合理地运用科学的理论方法,研究计算滑移地层的滑移规律并进行有效的预测,一直是亟待解决的岩土工程问题。通过基于Shannon伪近邻法时序分析理论研究易滑岩层变形破坏的演变机理;通过边坡演变的动力学方程组,建立相空间重构,得出显示边坡系统动态特性延迟时间与关联维数的计算公式,并对边坡变形破坏过程进行了实例分析,得到最佳嵌入维数取值,提取和恢复边坡系统原有的规律。在古树屋滑坡位移的外推预测中,模型计算相对误差都控制在2%以内,计算结果接近于实测位移值。工程实践表明,基于该模型的时序预测方法,在边坡位移初始变形和等速变形阶段,能保证95%以上的拟合控制精度。     

基于灰色马尔柯夫预报模型地下水动态预报研究

随着社会经济发展,地下水超采日益严重,为了科学地保护和合理利用地下水,本研究讨论了地下水动态预报方法.针对 GM (1,1) 灰色预报和马尔柯夫预报的优缺点,提出了灰色与马尔柯夫相耦合的灰色马尔柯夫预报模型,最后以河南某地区地下水埋深为例,验证了该方法的可行性.     

基于灰色支持向量机残差修正模型的地面沉降量预测

沉降现象在各地区普遍发生,地面沉降量预测越来越受到重视。本文通过结合灰色(GM(1,1))预测模型和支持向量机(SVM)模型各自的优点,建立灰色支持向量机(GM(1,1)-SVM)残差修正模型,在突出时间序列发展趋势影响的同时降低序列中异常值的消极作用。以某高层建筑的18次地面沉降量数据为实例,检验GM(1,1)-SVM模型的预测效果。结果表明:相对单一的GM(1,1)沉降量预测模型,GM(1,1)-SVM模型相对误差小,预测精度高,对地面沉降量预测有一定指导意义。     

基于灰色模型的煤矿涌水量预测研究

孟加拉巴拉普库利亚煤矿位于孟加拉国西北部,为一独立的半断陷冈瓦纳群含煤盆地。该矿主采的Ⅵ煤层为特厚煤层,煤层均厚36m。受矿井水文地质条件等因素影响,目前仅在南翼采区进行开采。根据煤矿Ⅵ煤一分层开采2000-2012年的涌水量实测资料,建立灰色理论模型并进行模型精度检验。在此基础上,利用灰色理论的预测方法,基于Matlab软件编程计算,对2013-2018年的矿井涌水量动态变化进行预测,并将模型预测值与实测资料进行对比。结果表明,所建立的灰色系统模型具有可靠性和适用性,涌水量预测成果可为矿井排水系统的设计提供依据。