贴近度的诱导有序加权平均算子最优组合模型

针对由路基沉降观测数据建立的各种沉降预测模型各有优缺点的问题,该文提出了将基于贴近度的诱导有序加权平均算子最优组合模型应用于路基沉降变形预测分析中的方法。该文将贴近度与诱导有序加权平均算子进行结合,建立基于贴近度的诱导有序加权平均算子最优组合预测模型,并用于沉降预测分析。对各模型的预测精度进行比较分析,结果显示:该组合模型效果优于单项模型的预测精度,预测相对误差小,最大误差5%;其各项误差指标也低于参与组合的各单项预测方法。     

结合注意力机制和Bi-LSTM的降雨型滑坡位移预测

受季节降雨波动和邻近点位的牵引作用影响,滑坡位移呈阶梯状变化趋势。为有效预测该类滑坡的位移,本文提出一种基于注意力机制的双向长短时记忆(Bi-LSTM)神经网络位移预测模型。首先,建立滑坡监测累计位移时间序列模型,将滑坡累计位移分解为趋势项和周期项;然后,分析滑坡因子与趋势项及周期项的相关性,采用多项式回归对趋势项进行拟合,通过基于注意力机制的Bi-LSTM对周期项进行预测。试验结果表明:基于注意力机制的Bi-LSTM预测模型具有稳健的泛化能力,能有效捕获不同时序数据间的相关性;预测结果精度平均绝对误差为0.088 mm,平均均方误差为0.042 mm,相比常规的长短时记忆(LSTM)神经网络模型,本文方法的预测结果精度更高。     

一种顾及修正新陈代谢电路式组合模型在基坑变形监测中的应用

针对基坑沉降监测数据处理过程中,动态组合模型越来越多地被应用到监测数据预测工作中的情形,本文按照组合方式的不同,提出类似并联式电路组合模型,并基于最小二乘法定权法进行新陈代谢周期改进,提出顾及修正新陈代谢的最小二乘法,以此提高模型精度。通过实际工程应用：顾及修正新陈代谢最小二乘法组合模型在拟合和预测精度均有所提高,结果可靠,在实际工程监测数据预测分析中具有可行性。     

顾及降雨影响的动态优化时滞时序GM(1,2)模型在滑坡位移预测中的应用

滑坡体除了因自身重力产生位移外,还受到降雨的影响,但通常降雨对滑坡位移的作用具有滞后性。为了分析并预测降雨对滑坡位移的影响,本文提出一种顾及降雨影响的动态优化时滞时序GM(1,2)滑坡位移预测模型。首先,利用经验模态分解(EMD)分解位移序列并通过时间序列重构得到周期位移序列和趋势位移序列,对降雨数据和滑坡周期位移序列进行时滞分析和相关分析,确定时滞时间和影响程度,建立基于背景值优化的动态时滞GM(1,2)模型预测降雨量变化导致的滑坡周期位移变化;然后,建立门限自回归模型预测滑坡趋于自然变化的趋势位移;最后,通过时序叠加得到顾及降雨影响的滑坡预测位移,建立了顾及降雨因素的动态优化时滞时序GM(1,2)组合预测方法。本文以福宁高速公路八尺门滑坡和秭归县八字门滑坡监测数据为例,验证了动态优化时滞GM(1,2)模型的精度,并与其他模型的预测结果进行了对比分析。试验结果表明,动态优化时滞时序GM(1,2)组合预测模型能准确地预测降雨影响导致的滑坡位移变化,预测效果较好,该组合模型对滑坡灾害的预警与防治具有一定的参考价值。     

北斗监测滑坡及其梯度增强多元回归位移预测北大核心CSCD

山体滑坡位移量预测精度主要受预测模型和参量的影响,而基于回归模型和灰度预测模型的传统滑坡预测模型主要存在模型预测结构单调、引入的预测影响参量不全面、长期性预测精度低等问题,因此,本文基于北斗数据提出了一种基于梯度增强多元回归算法的滑坡预测方法。梯度增强多元回归模型在考虑多重因素的前提下,使用如降水量、土壤湿度、地形参数等滑坡主影响因子作为回归模型参量,同时结合梯度增强方法,可以增强预测模型的有效结构,提升数据的使用率,进而提高长、短期的滑坡位移量预测精度。最后以西宁市南山寺滑坡带为例,考虑降水、地面沉降、地形地貌等诱发滑坡的关键因素,分别基于梯度增强多元回归模型、贝叶斯岭回归模型、弹性网络回归模型及支持向量机回归模型进行试验。结果表明,梯度增强多元回归模型的方差(EV)结果为0.99 mm^(2),均方差(MSE)结果为0.04 mm,平均绝对误差(MAE)结果为0.15 mm,且利用梯度增强多元回归模型对2020年12月的表面位移量进行预测,发现相对误差区间为(-0.8%,0.8%],预测精度最高。因此,相对而言,梯度增强多元回归预测模型精度更优、效率更高,更能准确反映滑坡表面位移量的变化状态,精确地对滑坡体进行全天候监控、预警,保障滑坡体周边环境的安全。     

新陈代谢GM(1,1)模型在大坝边坡沉降监测中的应用

针对传统GM(1,1)模型存在数据序列的初始值过旧使预测意义减弱的问题,文中采用更新数据序列初始值的新陈代谢GM(1,1)模型对传统模型进行改进;以南方某大坝边坡监测点的沉降位移为例,分别使用两种模型对该监测点沉降位移进行拟合预测并与实际值进行比较。实验证明,新陈代谢GM(1,1)模型精度明显高于传统模型,更接近于真实值。     

改进灰色马尔科夫模型在基坑预测中的研究

基坑预测问题关系到工程施工的安全,在施工过程中对基坑进行周密的监测和变性预测分析显得尤为重要。针对传统预测模型存在固有偏差和可靠性低的缺点,采用新陈代谢的原理对无偏灰色加权马尔科夫模型进行改进。该模型先用无偏灰色模型拟合系统的总体变化趋势,然后,对拟合残差进行马尔可夫状态划分,并根据各阶权重对不同步长的转移矩阵进行加权处理,用加权后的无偏灰色马尔科夫模型进行预测。在每一步的预测中,利用新陈代谢的原理不断更新建模所使用的数据。将该模型用于基坑沉降预测,并通过实例进行验证。实验表明:基于新陈代谢的无偏灰色加权马尔科夫模型提高了基坑沉降预测的精度和可靠性,预测精度与未改进模型相比提高了8.54%。     

滑坡位移EEMD-SVR预测模型

滑坡位移预测是滑坡灾害实时监测预警的重要组成部分,良好的滑坡位移预测模型有助于预测地质灾害发生。滑坡变形受多种外界因素影响呈现出随机性和非线性的特点,在现有的滑坡位移预测方法中,机器学习方法在滑坡位移预测中得到了广泛的应用。针对滑坡位移预测是趋势项位移和周期项叠加的特点,本文研究采用基于集成经验模态分解(EEMD)的滑坡趋势项和周期项位移提取方法,结合支持向量回归(SVR)模型实现对滑坡的位移预测。首先,详细介绍了该模型的构建过程和预测性能,并以均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、平均绝对百分比误差(MAPE)和决定系数(R²)作为评估模型的预测性能指标。然后,分别利用EEMD-SVR、SVR、Elman模型对贵州省岩溶山区的一处滑坡进行位移预测,结果表明,EEMD-SVR模型连续1 d预测的RMSE值、MAPE值和R²值分别为0.648 mm、0.518%和0.996 8,可以提供更高可靠的滑坡位移预测精度,对同类滑坡的位移预测具有一定的参考价值。     

融合多层感知机和优化支持向量回归的滑坡位移预测模型

滑坡位移高精度预测对于滑坡预测预警具有重要的参考价值。顾及智能优化与机器学习组合模型在滑坡时序位移预测中的优势,构建了一种融合多层感知机和优化支持向量回归的滑坡位移组合预测模型。首先采用多层感知机（multilayer perceptron, MLP）对滑坡位移进行初步预测,然后构建基于差分进化（differential evolution,DE）算法改进的人工鱼群算法（artificial fish swarm algorithm, AFSA）与支持向量回归（support vector regression, SVR）组合预测模型（optimal combination SVR, OPSVR）以修正MLP预测结果。通过两起典型滑坡体北斗实测算例发现,由于DE有效克服了AFSA运行后期人工鱼个体大多处于随机运动状态而无法搜索到全局最优解的问题,提高了其寻优性能,进一步与SVR结合可更合理确定出SVR的超参数,从而提高了其预测精度;相较于单一MLP和SVR预测模型,以及常规智能优化算法（遗传算法、粒子群算法）、改进人工鱼群算法与SVR的组合预测模型,MLP-OPSVR组合预测模型具有更...     

基于深度学习的滑坡位移时空预测

滑坡变形监测数据是认识滑坡变形演化规律的直接依据,对该数据深度挖掘是实现滑坡灾害预警预报的有力保障。现有的滑坡位移预测模型多局限于单个监测点的时序预测,且未考虑监测点间的空间相关性。针对上述问题,本文提出了一种基于深度学习的滑坡位移时空预测模型:首先,构建表达所有点间空间相关性的加权邻接矩阵;其次,引入外界影响因素加强属性特征矩阵,以构建图结构数据;最后,采用集合图卷积网络(GCN)和门控循环单元(GRU)的深度学习模型,并通过多组试验寻找最优超参数,实现滑坡位移的时空预测。本文模型结果的均方根误差为4.429 mm,与对比模型相比至少降低了47.3%。而消融试验结果也显示,引入外界影响因素的属性增强可进一步提高模型的预测性能,均方根误差相对于未属性增强结果减少了28.4%。结果表明,该方法可用于滑坡位移或其他地质灾害中同样具有时空关联属性的观测量的时空预测。     

变权组合模型在工程变形预测中的研究

随着变形预测在工程中的广泛应用,很多单一预测模型预测精度较低,因此,很多学者对组合预测模型进行探讨研究。本文主要研究定权和变权两种确定权重系数建立组合预测模型的方法,以灰色GM(1,1)模型和时间序列模型两种单一模型为基础建立定权组合预测模型和变权组合预测模型进行拟合预测,并通过实例验证分析,得出变权组合预测模型拟合预测精度高于定权组合预测模型拟合预测精度,得到了较好的拟合预测结果,从而可以更好地应用到工程变形预测当中。     

诱发因素影响下的滑坡参数优化预测模型研究

在降雨等外界诱发因素的综合作用下,滑坡位移预测是一个复杂的动力系统问题。利用三峡库区白家包滑坡综合监测数据,分析滑坡演化实时特征,提取影响滑坡变形的最相关因素,研究发现白家包滑坡为降雨主导型堆积层滑坡;采用自回归综合移动模型（ARIMA）模型进行拟合及预测,引入月累积降雨量对模型季节性趋势参数进行评估优化,对白家包滑坡72期月相对位移数据进行拟合及预测研究,最终模型结果和实测值的平均绝对误差和相关系数分别为2.873和0.983。研究结果表明,与传统经验法相比,优化参数模型更符合滑坡变形的一般规律。     

GM(1,1)模型反演预测方法在沉降预测中的应用

为了研究提高GM(1,1)模型预测精度的方法,本文首先讨论了GM(1,1)模型对初值的不敏感性和拟合预测序列增长率的恒定性;其次,根据GM(1,1)的性质提出新陈代谢反演预测的方法;最后,通过工程实例对比不同模型的预测精度。结果表明:GM(1,1)反演预测方法具有很高的预测精度,适用于沉降变形预测。     

基于神经网络的组合模型在基坑沉降预测中的应用研究

通过对基坑沉降发展规律及其沉降曲线特点进行的研究,在多种S型单项预测模型基础上引入了组合预测的思想,本文先用4种S型增长曲线模型分别对基坑开挖周边地表沉降值进行拟合和预测,然后基于各单一模型预测数值通过神经网络进行组合建立组合模型进行预测。通过实例,对模型的预测结果进行了分析和检验,证明了在沉降变形分析中应用此组合预测法的可行性。     

基于最优分解模态和GRU模型的库岸滑坡位移预测研究

在滑坡位移综合预测研究中,常因滑坡随机位移分量无法准确提取、最优训练数据集及时效性无法确定等,造成多源监测数据利用不充分、位移预测结果不稳定。鉴于此,引入变分模态分解,在滑坡位移时序分析的基础上,结合门控循环单元递归神经网络,提出一种新型滑坡位移综合预测模型。以三峡库区白水河滑坡为例,选取2003-07—2012-12的位移监测数据和同时期库水位及降雨数据进行分析研究,综合模型预测结果的均方根误差为9.715 mm,判定系数为0.967。对比实验分析表明,该模型在保证高预测精度的同时,在有效预测时长和时效性上同样优势明显,在库岸滑坡位移预测研究中具有很强的应用和推广价值。     

基于GM(1,1)-ARIMA最优组合的大坝预测模型

为了对大坝变形进行预测,本文根据ARIMA模型和灰色模型各自的特点,建立综合ARIMA模型和灰色模型的变形组合预测模型,并在不同的定权准则下建立了多种组合模型。在通过平均绝对误差(MAE)及均方误差(MSE)两种精度指标选取最优组合模型时,为了克服单一评价方法导致的结果非一致性问题,提出基于最小机会损失准则进行评价的方法,通过将各组合预测模型的最小机会综合评价值进行排序,得到最优组合预测模型。最后以某大坝位移监测数据为例,建立不同的组合模型,通过模型精度评价,得到了最优组合预测模型。     

基于粒子群算法的组合模型在变形分析中的应用

在构建并联组合模型进行变形预测时,单项模型权值的确定是个关键问题。为了提高变形预测的精度,以基坑监测数据为例,采用GM(1,1)模型与ARMA模型进行组合,在拟合误差平方和最小的准则下,使用粒子群算法求解两单项模型的最优权值,进而构建并联组合模型进行变形预测。结果表明,该方法融合各单项模型的优势,可以提高预测精度,避免求解线性规划问题,具有较好的实用性。     

基于小波去噪的灰色Verhulst模型在高铁路基沉降预测的应用

高铁路基需严格控制工后不均匀沉降。鉴于高铁路基沉降预测值精度受观测噪声和预测拟合函数的影响,本文提出了基于小波函数去噪,对去噪数据进行灰色Verhulst模型预测的方法,并阐述了高铁路基沉降预测评价方法。通过工程实例对比分析了去噪灰色Verhulst模型、GM(1,1)模型、双曲线模型在沉降数据处理中的拟合精度和预测精度。结果表明:GM(1,1)模型拟合精度高,预测精度低,不适用于长期预测;双曲线法预测精度最低,预测曲线不包含路基饱和发展过程;小波去噪灰色Verhulst模型符合高铁路基沉降规律,预测精度高,可以广泛用于路基沉降预测。     

基于动态指数平滑模型的降雨诱发型滑坡预测

为了快速而准确地分析降雨型滑坡的变形趋势,以指数平滑法为数学基础,从滑坡的实际演化阶段出发,建立外界主要诱发因素与模型参数的关联,引入月累积降雨量作为模型参数动态评估因子,对白家包滑坡90期累积位移数据进行了拟合及预测。最终拟合的累计位移平均绝对误差和相关系数分别为11.346和0.933。与传统的静态参数方法相比,这种方法更符合降雨型滑坡发展的一般规律,预测精度更高。     

改进灰色GM(1,1)模型在滑坡预测中的应用

滑坡形成因素复杂,具有典型的灰色不确定性。为研究滑坡发展趋势,在已有滑坡预测技术的基础上,分析了典型灰色GM(1,1)模型在运算过程的误差原因,建立了改进灰色GM(1,1)模型;并运用滑坡实例验证了改进模型,直观显示曲线拟合情况。结果表明,改进后的模型预测精度等级明显提高,相对误差减小;说明所建滑坡预测模型效果好,在滑坡位移预测中有效可行。