灰色預(yù)測(cè)模型在大壩安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究

梁妍　張勇敢　賈凡

【摘 要】在大壩安全監(jiān)測(cè)中引入灰色預(yù)測(cè)方法，進(jìn)而建立基于灰色預(yù)測(cè)理論的大壩安全監(jiān)測(cè)模型。首先，根據(jù)灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)數(shù)據(jù)的要求，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)量綱化，進(jìn)而通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析得到數(shù)據(jù)中的潛在規(guī)律，最后根據(jù)得到的規(guī)律進(jìn)行仿真預(yù)測(cè)。根據(jù)實(shí)測(cè)資料檢驗(yàn)仿真預(yù)測(cè)結(jié)果的合理性，并對(duì)關(guān)聯(lián)參數(shù)進(jìn)行合理優(yōu)化，從而找到合適的預(yù)測(cè)參數(shù)，輸出結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】灰色預(yù)測(cè)模型；關(guān)聯(lián)度方法；大壩變形；監(jiān)測(cè)模型

0 引言

我國(guó)大壩眾多，從二十世紀(jì)五六十年代開(kāi)始，大批重力式拱壩紛紛興建，它們?cè)诎l(fā)電，防洪，灌溉等領(lǐng)域?yàn)榻?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展貢獻(xiàn)了巨大的作用[1]。時(shí)至今日，許多大壩都經(jīng)歷了六七十年的風(fēng)風(fēng)雨雨，周期性的水荷載作用，以及環(huán)境的侵蝕，使得大壩的安全性逐漸降低。因此，對(duì)大壩進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，并采用數(shù)學(xué)方法對(duì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行合理分析與預(yù)測(cè)，對(duì)保證大壩運(yùn)行的安全十分必要[2，3]。灰色預(yù)測(cè)理論[4]基于對(duì)客觀系統(tǒng)的新的認(rèn)識(shí)，在信息不夠充分的條件下，依然能夠依靠其系統(tǒng)內(nèi)在的特定功能與有序性，在看似隨機(jī)的無(wú)規(guī)則的數(shù)據(jù)列中找到其本質(zhì)規(guī)律，并能夠合理預(yù)測(cè)其走勢(shì)。桂祥友[5] 等運(yùn)用灰色理論建立了巷道瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)了某礦井工作面瓦斯涌出量。王寶闊[6]將灰色理論運(yùn)用到船舶交通事故預(yù)測(cè)中，為船舶交通的管理提供了參考。常規(guī)的灰色預(yù)測(cè)因素分析常常采用回歸分析等辦法，回歸分析辦法的弊端有很多，比如對(duì)數(shù)據(jù)量的要求很大，計(jì)算較為復(fù)雜且可能出現(xiàn)反常情況導(dǎo)致預(yù)測(cè)失敗[7]。本文采用關(guān)聯(lián)度方法進(jìn)行分析，克服了常規(guī)因素分析方法存在的種種缺陷。針對(duì)以上問(wèn)題，在大壩安全監(jiān)測(cè)中引入灰色預(yù)測(cè)方法，建立了基于灰色預(yù)測(cè)理論的大壩安全監(jiān)測(cè)模型。

1 灰色預(yù)測(cè)模型

用來(lái)預(yù)測(cè)的原始數(shù)據(jù)會(huì)隨著時(shí)間有動(dòng)態(tài)變化，前一次預(yù)測(cè)出來(lái)的結(jié)果又要作為下一次的原始數(shù)據(jù)，從而使我們的數(shù)據(jù)滾動(dòng)前進(jìn)，始終保持用最新的10個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)。這種變化我們可以在程序編寫中加入二維循壞實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于變量數(shù)列，其中代表第i組原始數(shù)據(jù)。根據(jù)公式，對(duì)原始數(shù)列做一次累加生成，得累加生成數(shù)：

2 基于灰色預(yù)測(cè)理論的大壩安全監(jiān)測(cè)模型的建立

本節(jié)將灰色預(yù)測(cè)模型引入到大壩安全監(jiān)測(cè)中，建立基于灰色預(yù)測(cè)理論的大壩安全監(jiān)測(cè)模型。首先，根據(jù)灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)數(shù)據(jù)的要求，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)量綱化，進(jìn)而通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析得到數(shù)據(jù)中的潛在規(guī)律，最后根據(jù)得到的規(guī)律進(jìn)行仿真預(yù)測(cè)。根據(jù)實(shí)測(cè)資料檢驗(yàn)仿真預(yù)測(cè)結(jié)果的合理性，并對(duì)關(guān)聯(lián)參數(shù)進(jìn)行合理優(yōu)化，從而找到合適的預(yù)測(cè)參數(shù)，輸出結(jié)果。步驟流程圖如圖1所示。

圖1 基于灰色預(yù)測(cè)理論的大壩安全監(jiān)測(cè)模型

仿真流程圖

3 總結(jié)

本文在大壩安全監(jiān)測(cè)中引入灰色預(yù)測(cè)方法，克服常規(guī)的灰色預(yù)測(cè)因素分析中對(duì)數(shù)據(jù)量的要求很大，計(jì)算較為復(fù)雜且可能出現(xiàn)反常情況等弊端，進(jìn)而建立基于灰色預(yù)測(cè)理論的大壩安全監(jiān)測(cè)模型。首先，根據(jù)灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)數(shù)據(jù)的要求，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)量綱化，進(jìn)而通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析得到數(shù)據(jù)中的潛在（下轉(zhuǎn)第37頁(yè)）（上接第45頁(yè)）規(guī)律，最后根據(jù)得到的規(guī)律進(jìn)行仿真預(yù)測(cè)。根據(jù)實(shí)測(cè)資料檢驗(yàn)仿真預(yù)測(cè)結(jié)果的合理性，并對(duì)關(guān)聯(lián)參數(shù)進(jìn)行合理優(yōu)化，從而找到合適的預(yù)測(cè)參數(shù)，輸出結(jié)果。

【參考文獻(xiàn)】

[1]潘家錚，鄭順煒.我國(guó)水電站的大壩建設(shè)[J].水力發(fā)電， 1982（8）：16-25.

[2]SU Huaizhi，HU Jiang，WU Zhongru.A study of safety evaluation and early-warning method or dam global behavior[J]. Structural Health Monitoring，2012，11（3）：269-279.

[3]SU Huaizhi，HU Jiang，WU Zhongru.A study of safety evaluation and early-warning method or dam global behavior[J]. Structural Health Monitoring，2012，11（3）：269-279.

[4]鄧聚龍.灰色預(yù)測(cè)與決策[M].華中理工大學(xué)出版社， 1988.

[5]桂祥友，郁鐘銘，孟絮屹.貴州煤礦瓦斯涌出量灰色預(yù)測(cè)的應(yīng)用[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2007，24（4）：449-452.

[6]王寶闊.船舶交通事故量灰色預(yù)測(cè)應(yīng)用研究[J].中國(guó)航海，2011，34（1）：59-62.

[7]趙靜，但琦.數(shù)學(xué)建模與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn).第4版[M].高等教育出版社，2014.endprint