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随着人类活动对自然界影响的不断加剧,引起了地震、滑坡、泥石流等自然灾害的不断发生,造成了人类的重大生命和财产损失。同时随着生产力的进步,技术的革新,工程的规模和难度不断的剧增,如大型输气管道、地铁隧道等,因而对工程的安全性和稳定性进行监测和预报就显得极其重要。
灰色系统理论发展至今已有三十余载,不仅自身理论体系构建日趋成熟,其生产应用也日益广泛。从预测模型方面来看,它由最初的静态灰色预测模型到动态灰色预测模型,再发展到各种以此为基础加工而成的改进型灰色预测模型,期间经历了单变量等步长、多变量非等步长、动态等步长和动态非等步长等多个时期的发展变换。从理论体系方面来看,灰色系统理论下的灰色关联分析理论、灰色聚类分析理论、灰色算子理论等一系列新学科体系蓬勃发展,在预测模型不断改进的同时,为预测分析提供了越来越准确的判断依据。
时间序列是指将某种现象某一个统计指标在不同时间上的各个数值,按时间先后顺序排列而形成的序列。时间序列法是一种定量预测方法,亦称简单外延方法。在统计学中被作为一种常用的预测手段而广泛应用。在第二次世界大战前时间序列分析被应用于经济预测。二次大战中和战后,在军事科学、空间科学、气象预报和工业自动化等部门得到更加广泛地应用。时间序列分析(Time series analysis)是一种动态数据处理的统计方法。此方法以随机过程理论和数理统计学方法为依据,研究随机数据序列遵从的统计规律,来解决实际问题。
本文主要探讨了灰色预测模型的一些基本理论知识以及运用改进后的灰色模型到组合模型中去,保证组合模型的预测精度;以及根据时间序列预测的特点,在灰色预测的基础上运用时间序列分析方法对滑坡变形的随机项进行了分析预测,提高了组合模型的预测精度。
本文结合工程实际,对滑坡变形分析和预测方法进行了分析研究,提出了一些方法和建议。主要内容为:
(1)结合滑坡变形具有一定的单调性和随机性的特征,导入了灰色-时序动态组合模型对滑坡变形进行了分析预测。灰色-时序组合模型体现了灰色模型处理小样本数据和贫信息的能力,同时体现了时间序列模型处理随机序列的能力;为了进一步提高组合模型的动态处理变形数据的功能,本文应用了等维新息模型和等维递补模型;AICC定阶准则的引入提高了小样本序列时序建模定阶准确度。
(2)讨论了非等时距序列的建模。分析了预测步数与周期的关系,确定了一般情况下最佳插值周期长度;
(3)结合具体工程实例,以滑坡长期监测数据为基础,简历灰色-时序动态组合模型对滑坡每期监测变形量进行分析预测,并在MATLAB平台基础上编制了预测程序来实行模型计算;从计算结果看,灰色-时序动态组合模型能够较好的实现滑坡变形预测,本文所提措施有效的提高了预测精度。
(4)最后,文章展望了滑坡变形分析与预测方法以及研究途径的发展方向,同时提出了一些建议,为今后从事该领域研究奠定基础和探索方向。