基于贝叶斯网络与经验模态分解的边坡灾害危险性评价及位移预警方法研究

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我国山区面积广大,各类边坡灾害频发。由于边坡灾害数量巨大,无法对每个灾点均开展详细研究。因此,对边坡灾害进行危险性评价,然后根据不同的危险等级采取不同等级的对策措施是非常必要的。对于不同的应用场景,危险性评价对量化程度的需求是不同的;定量化程度较高的危险评价方法一般依赖于大量高质量的样本数据,这在实际情况中往往难以实现,因此传统的定量危险性评价方法在应用时容易出现过拟合问题。对于具有极高危险性的边坡灾害体,要随时准确掌握其发展情况,以便对将要发生的重大灾害作出准确预报与警示,其中边坡位移是实现该过程的关键所在。但是,目前的边坡位移预测方法存在适应性不强、无法联合多种监测数据等问题,这导致预测位移精度不高。本文从边坡灾害危险性评价方法、位移预警方法这两个方面开展研究,结合模糊理论、贝叶斯网络、经验模态分解等多种方法,提出了边坡灾害危险性的定性、半定量、定量评价方法,以及一种能够联合多种类型监测数据的新型边坡灾害位移预警方法。本文主要取得了以下创新性成果及结论:(1)提出了边坡灾害危险性分阶段评价系统。该评价系统涵盖四种形式的边坡灾害、两个不同详细程度的评价阶段,该方法可用于运营期公路边坡灾害危险性评价,且适用于边坡数量较多的情况。该系统在川九路的应用表明,该系统的评价效果良好。(2)提出了边坡灾害危险性模糊综合统计评价方法。该方法对传统的模糊综合评价中隶属度求解方法进行了改进,使方法更加量化、客观。该方法被应用于汶川地震边坡灾害危险性评价,结果表明该方法可靠性较强,且能够考虑边坡灾害的区域性特点。(3)提出了基于贝叶斯网络的Fuzzy-SVM边坡灾害危险性评价方法。该方法利用模糊理论将定性的工程经验定量化,以得到网络参数的先验分布;同时利用支持向量机求解了网络参数的实际样本潜在分布;然后将先验知识与实际样本结合,得到了网络参数的后验分布。将该方法应用于汶川地震区的路堑边坡、路堤边坡、边坡支挡结构的危险性评价中,结果表明,该方法能够适应属性缺失的情况,同时能便捷利用新获取数据进行模型更新,并且该方法适用于小样本危险性评价问题。(4)提出了基于经验模态分解的ARIMA-BP神经网络边坡灾害位移预警方法。该方法利用经验模态分解将原始位移分解为趋势项、波动项及敏感项,然后利用ARIMA模型对趋势项进行预测,同时利用BP神经网络对波动项、敏感项进行预测,最后将三者合成得到位移预测值。利用该方法对白水河滑坡进行位移预测以及灾害预警判别,结果表明,该方法预测精度总体较高,能够对陡增段位移进行准确的预判;并且,对白水河滑坡的预警判别结果与实际情况比较吻合。
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