基于灰色模型及其改进模型的土石坝沉降预测

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改进的灰色预测模型及其在土坝沉降量预测中的应用

改进的灰色预测模型及其在土坝沉降量预测中的应用
料— —具 有强 随机 性 的非 等 间 隔序 列 , 行 了实 证 进 计 算 分析 , 出了 比灰 色预 测更加 准确 的结 果 。 得
对于 强 随机性 非等 间隔 序列 的 数列 预 测 , 其建 模 步骤 ( 见文献 []如下 。 详 2) 2 1 1 非等 间隔序 列 的单位 时段 差系数 . .
是静态模型 。文献 [] 4 中提 出了利 用灰色 系统理 论建
立动态预 测模 型 ( M ( , ) , 达 到 一 定 的 预测 精 G 1 1)可
度 。文 献[] 出 了利用马尔 可夫链式 灰色模 型对 防 5提 洪堤水平 位移进行 预测 , 一定 的工程意 义 。本文 采 有
用灰色模 型预测方法 G 1 1 和 马尔 可夫链 预测相 M( , )
( 西 大 学 土 木建 筑 工 程学 院 , 宁 广 南 5 00 )灰 色预测模型与马尔可夫链预测相结合 , 出了改进 的灰 色 一马 尔可夫链模 型预测方 法。用该法对 提
广 西 百 色澄 碧 河 水库 心墙 土 坝 沉 降量 进 行 了预 测 , 与灰 色模 型 预 测结 果相 比较 , 证 了该 方 法的 可行 性 和 优越 性 。 并 验 关 键 词 : 色预 测 ; 尔 可夫 链 方 法 ; 灰 马 改进 模 型 ; 土坝 沉 降 量 中 图分 类 号 : 3 1 Tv 1 文 献标 识码 : A 文 章 编 号 :0 1 0 X(0 6 0 —0 3 —0 10 —4 8 20 )4 1 2 4
非 等 间 隔 序 列 的平 均 时 间 间 隔 为 :t = An ( 一t) 则各 时段 与平 均时段 的单 位时段 差 t 】,
2 改进 的灰 色 预测 模 型
2 1 灰 色预测 模 型 .

改进的灰色模型在软土路基沉降预测中的应用

改进的灰色模型在软土路基沉降预测中的应用

Ab s t r a c t : I t i s i mp o r t a n t t o d e t e r mi n e t h e t i me f o r p a v i n g t h e p a v e me n t , c o n t r o l l i n g a n d a r r a n g i n g c o n s t r u c t i o n
学发 展 的产物 , 该 方法 可 以全面 考虑 土体 的侧 向变 形 、 流变 以及 复杂 的边 界条 件等 . 就一 般工 程 而言 , 由于
该方 法所 需 的计算 参数 多且 不易 确 定 , 所 以很 难 应 用 到 实 际工 程 中 _ 1 . 实 际工 程 中往 往 根 据 现 场 实 测 的
改 进 的 灰 色 模 型 在 软 土 路 基 沉 降 预 测 中 的 应 用
丁 斌 , 高正 夏
( 河海大学地球科学 与工程学院 , 江苏 南京 2 1 0 0 9 8 )
摘要: 路基 的最终沉降变形对于确定铺筑路 面时间 、 控制 和安排施 工进 度以及路堤的安全与正常使用 至关重要 .
p r o g r e s s a s w e l l a s s a f e t y a n d n o r m a l a p p l i c a t i o n o f s u b g r a d e . G I M( 1 ) , a s a m o d i f i e d G M( 1 , 1 )m o d e l , p r e d i c t s t h e s e t t l e me n t v o l u m e o f s u b g r a d e d y n a mi c a l l y a n d s u c c e s s i v e l y a d o p t i n g e q u a l — d i me n s i o n a l G I M( 1 )m o d e 1 . T h e

灰色模型在建(构)筑物沉降预测中的应用与

灰色模型在建(构)筑物沉降预测中的应用与

x ( 1 ) ( k) =
∑x
i =1
( 0)
( i) ( k = 1 , 2, …, n)
3 ) 建立 X ( 1) 的紧邻均值( MEAN) 数列 Z ( 1) Z ( 1) = ( z ( 1) ( 2 ) , z ( 1) ( 3 ) , …, z ( 1 ) ( n) ) z ( 1) ( k) = 0. 5 x ( 1) ( k) + 0. 5 x ( 1) ( k - 1 ) ( 4)
151
研究探讨
X ( 1) = ( x ( 1) ( 1 ) , x ( 1) ( 2 ) , …, x ( 1 ) ( n) )
k


( 3)


2012 年 10 月
给定 α,当 珡 Φ < α,且 Φ n < α 成立时,称模型为残差合 格模型。 2 ) 关联度检验。它是灰色系统分析和预测的基础,目 的是定量地表征诸因素之间的关联程度,通过对预测数据 和样本数据的累减和比值确定 。
^
+ ax ( 1) = u
( 15 )
式中,a 称为发展系数,u 为灰色作用量。
T 设 A 为待估参数向量,即 A = [a, u] ,则灰微分方
3 ) 当样本数据数列 X ( 0) 建立的 GM ( 1 ,1 ) 模型检验不 合格时,可以用 GM ( 1 ,1 ) 残差模型来修正。 如果样本数 列建立的 GM( 1 ,1 ) 模型不够精确,也可以用 GM( 1 ,1 ) 残 差模型来提高精度。 若用原始的 GM( 1 ,1 ) 模型可获得生成数列 X ( 1 ) 的预 测值,定义残差数列为:
2012 年 10 月



改进的灰色模型在建筑物沉降预测中的应用

改进的灰色模型在建筑物沉降预测中的应用
n- 1
n- 1 i= 1
Δt ∑
i
=
1
n- 1
( t n - t1 ) .
( 1)
各期时距与平均时距的单位时间差系数 μ( t i ) =
t i - ( i - 1)Δt 0 , i = { 1 , 2 , …, n} . Δt 0 ( 2)
60
测 绘 工 程 第 19 卷
Appl ica t ion of impr oved gr ey model for for eca st ing subsidence of the engineer ing buil dings
SUN Ze2xin , PAN G Yi2qu n , H UAN G Ten g
( College of Civil Engineering , Ho hai Univer sity , Na njing 210098 , China)
各时段总的差值 Δ x ( 0) ( t i ) = μ( t i ) [ x ( 0) ( t i+ 1 ) - x ( 0) ( t i ) ] ,
第 19 卷第 3 期 测 绘 工 程 Vol . 19 №. 3 2010 年 6 月 EN GIN EERIN G OF SU RV EYIN G AND MA PP IN G J un. , 2010
收稿日期 : 2009209 214 作者简介 : 孙泽信 ( 198 பைடு நூலகம் - ) , 男 ,硕士研究生 .
型具有较高的预测精度 。
1 灰色非等间距 GM ( 1 ,1) 模型的建模过程
传统 GM ( 1 ,1) 模型是以等间隔数列为基础的 , 但在实际工程的变形监测中 ,观测数据的时间间隔 往往是呈现非等间隔的状态 ,这就限制了 GM ( 1 , 1) 模型的应用 ,这时 ,需要把非等时间间隔转化为等间 隔序列 。本文主要采用单位时段差系数修正法对原 数据进行处理 , 在进行一次累加生成处理 ,进而形成 非等时空距 GM ( 1 , 1) 模型[ 224 ] 。 设 X(0) = { X(0) ( t i ) | i = 1 , 2 , …, n} , t i ∈R , t i 与 t i+ 1 之间为任意非等时空距 , 即 Δt i = ti + 1 - t i 不为常 数。则平均时间间隔 Δt 0 = 1

灰色模型(GM)在软土路基沉降量预测中的应用研究

灰色模型(GM)在软土路基沉降量预测中的应用研究






l7
这种情况。 2.1 模型的选择 在 GM 建模中, 一般要求 !I = I i - I i - l = 即要求原始数据是等时空距的, 而 COISI. = l, 工程中实际观测的数据很难满足这一要求。 考虑到软土路基在恒载后其沉降量只是时间 的函数, 于是选用连续型直接数据 GM (l, l) [2] 模型 。 2.2 数据初处理 由于最后加载后还要经过一段时间的固 结, 所以以停载后一个月作为起始时间, 即 I 又考虑到沉降数据是以累计值记录的, = 0, 所以以观测数据值减去 I = 0 时刻的观测值, [l] 后得到的 数据序列为计算序列, 即 Xi = Xi 记为: - X0 ,
(
大桥和番中公路跨线桥两桥头之间, 地处广 东省番禺市灵山镇庙南村。全长 353.43m。 根据该路段的工程地质特征、 工程要求, 设计 了不同的地基处理方案, 在不同的断面埋设 了应力应变测试仪器和沉降板, 观测了各断
( ) ( ) )T x 0( In )- x 0( I ( n -l) …, In - I ( n -l)
(0) 把上式改写成: x ( I) = ce- a I + 6
!
!
同 样,按 最 小 二 乘 法,有 ( c , 6) T -l T ( D D) D Y
! !
T
=
l e - a I2 l 其中 D = ! e- a In l (0) ( ) ( ) )T , , …, x 0( I 2 ) x 0( In ) Y = ( x ( Il )
(0)
!
!
!
其中 B = l [ (0( ) ( ) ] x I l )+ x 0( I 2 ) 2 l l 3

改进的GM(1,1)灰色模型在大坝沉降预测中的应用

改进的GM(1,1)灰色模型在大坝沉降预测中的应用

{ ; ,
f’ } ;…,f , =∑ x{ ; 其中, / o
系统 预测模 型 G 11 的定义 型 , G 11 的灰 M( ,) 即 M(,) 微分方 程为 :
部分 大 坝存 在 观 测 数 据 残 缺 或 因处 在 施 工 蓄 水
期而缺 乏长期 资料 的现象 , 上 述方 法 对大 坝 监 测 用 资料进 行分析 存 在局 限性 , 而灰 色模 型 具有 要 求 样 本数据 少 、 原理 简单 、 算 方便 、 期 预测 精 度 高 等 运 短 优点 , 此 不 少 学 者 将 其 应 用 于 大 坝 沉 降 分 析 因 中_ . 文对 传统 的 G 11模 型 进行 了改进 , l 本 剖 M( ,) 并
( ,)m dls i e a etdtnl M( ,)m d1 11 oe ih hrhnt aioa G 1 1 oe. g t h r i
K yw rsge er;G 1 1 e od :r t o yh y M( ,)Moe;dm ste et rd tn dl a tm n pei o el c i
( t nev c dE v om n IsteoZ eghuU i rt, eg 0 5 02 C i ) Wa r s a ya nin etntu hnzo n e i n 小 u 0 0 , hn eC r n n o r it f v sy 4 a A s atI v wo e ec nyo td i a G 1 1 oe,h ae tu e M( ,)m dlrm t e set bt c: i fh fi c fr io l M( ,)m dl tsppr e panwG 11 oe f rer pc r n e t di e atn i ss o h e s

基于灰理论的土石坝沉降分析

位 变化等 , 些 因素 错 综 复 杂 , 在 着 一 定 的灰 色 这 存 度 。如果 考虑 多个 因 素 , 以反 映 因素 间 的关 系 和 难 沉 降的主 要特 点 , 因而 实用 中常 常 突 出一 个 主 要 因 素 的影响 , 一般选 用 时 效量 作 为 土 石坝 沉 降 的主要 影 响因素 。灰理 论 中的 G 1 1 模 型原理 简 单 , M( , ) 计
2 1 SiTc . n n. 0 c eh E gg 1 .
建 筑 技 术
基 于 灰 理 论 的 土 石坝 沉 降 分 析
周 金 鹏
( 江苏省交通科学研究院股份有 限公司 , 南京 2 1 1 ) 1 12


土 石坝沉 降主要是 时效变形 , 一般采用 回归模型进行分析。针对土石坝沉 降的特点 , 引入 了能反 映工程动 态变化的
“()=∑ ( ) m
为 ¨ 的均 值序 列 ’
() 2
令 (‘ =( ‘ 2 ,‘ ( ) … ,‘ ( ) ) ( ) z ( ) z 3 , n )
’k ( )=0 5 ’k 0 5 ’k一1 ( ) . x ( )+ . x ( ) 3
G 1 1 的灰微 分方 程 为 M( ,)
第1卷 1
第 5期
2 1 年 2月 01








V 1 1 No 5 F b 2 1 0. 1 . e.0 1

17 — 1 1 (0 1 5 11 —4 6 1 8 5 2 1 ) —100
Sce c c n l g nd En ie rng in e Te h o o y a gn e i

基于改进灰色模型的机场软土道基沉降预测

基于改进灰色模型的机场软土道基沉降预测发表时间:2018-12-25T10:01:42.227Z 来源:《防护工程》2018年第28期作者:王伟①朱立国②[导读] 针对机场软土道基沉降的随机性和复杂性,提出了一种马尔可夫链改进灰色GM(1,1)模型的沉降预测方法。

1上海浦东工程建设管理有限公司上海 201203; 2中铁第五勘察设计院集团有限公司北京 102600 摘要:针对机场软土道基沉降的随机性和复杂性,提出了一种马尔可夫链改进灰色GM(1,1)模型的沉降预测方法。

利用马尔可夫模型修正传统灰色GM(1,1)预测模型的残差,并以华东某软土道基跑道沉降实测值为例,对比分析了传统GM(1,1)和修正GM(1,1)两种灰色模型方法的预测能力。

结果表明修正方法的平均误差能减少一半,预测精度能满足实际工程要求。

关键词:沉降预测;马尔可夫模型、灰色模型引言我国民航发展迅速,越来越多的民用机场建设在沿海地区。

沿海地区的软土道基沉降问题是决定机场工程造价的重要因素,处理不当将会对机场运营期的安全、效率产生较大的影响。

依据已有的沉降监测数据预测未来沉降量是机场软土道基沉降控制标准制定的前提,也是沉降处理措施选择的关键。

由于修建在软土道基上的机场存在特殊性,如软土层大面积分布且厚度不一、软土自身的高压缩性而易产生较大沉降量、水域和陆域区之间的差异沉降等使得传统的固结理论在沉降预测中将产生较大的误差[1]。

研究表明,在环境和荷载的双重作用下,软土道基沉降具有一定的复杂性和随机性[2]。

随着服役时间的增加,软土道基的沉降呈现逐渐增大的趋势,灰色GM(1,1)模型在路基沉降发展的总体趋势上适应性较好;但是当道基沉降具有波动较大的随机性时,该模型可能导致残差的累积[3]。

马尔科夫链模型可通过计算残差中各状态之间的转移概率来反映原始数据的随机性,对于波动性较大的数据序列,预测精度较高,这一点有效弥补了传统灰色GM(1,1)预测模型的不足[4]。

GM(1,1)灰色模型在建筑物沉降预测中的应用

GM(1,1)灰色模型在建筑物沉降预测中的应用麻超河海大学土木工程学院,南京 (210098)E-mail :machao2902@摘 要:本文详细介绍了 GM(1,1) 灰色理论模型,并利用该模型对一泵站的沉降进行了预测,同时将预测结果与回归模型进行了对比,最后从分析结果可知GM(1,1)灰色模型能较好地预测该建筑物的沉降发展趋势。

关键词:GM(1,1)模型;灰色理论;回归模型;沉降预测众所周知,建筑物在其施工过程中以及竣工后,由于受到诸如基础变形、上部荷重、工程地质条件及外界扰动等多因素影响,会产生沉降、倾斜、甚至倒塌。

因此对于正在施工中或竣工后的建筑物进行变形观测,并及时、准确地通过观测数据了解和预测建筑物的变形情况显得尤为重要。

目前建筑物沉降预测方法一般有:回归分析法、德尔菲法、最小方差预测法、马尔柯夫预测法、趋势外推法等,但这些方法均属统计型方法,要想达到一定的精度,就必须依赖大量的原始观测数据[1]。

为克服上述缺陷,本文在一泵站现有沉降观测数据的基础上,利用GM(1,1)模型对该建筑物进行沉降建模预测,同时其结果与回归模型的结果进行了对比分析,最后得出了一些参考性的结论。

1 灰色理论灰色理论[2]是我国著名学者邓聚龙教授1982年创立的一门横断学科,它以“部分信息已知,部分信息未知”的“小样本”、“贫信息”不确定系统作为研究对象,主要通过对部分已知的信息开发、提取出有价值的信息,实现对系统运行规律的正确描述和有效控制。

1.1 GM(1,1)模型设非负离散数列为(0)(0)(0)(0){(1),(2),...,()}xx x x n =,n 为序列长度(此序列一般取等时距序列,当原始数据为非等时距序列,则可采用线性差值的方法来处理,从而保证模型有较高的滤波精度),对(0)x 进行一次累加生成(1-AGO ),即可得到一个生成序列: (1)(1)(1)(1){(1),(2),...,()}x x x x n = (1)对此生成序列建立一阶微分方程:(1)(1)dx ax u dt+⊗=⊗,记为GM(1,1)。

灰色GM(1,N)模型在海堤沉降预测中的应用

灰色GM(1,N)模型在海堤沉降预测中的应用摘要:本文以中化泉州中下游回填工程为例,采用灰色GM(1,N)模型对观测数据进行分析和预测,并通过MATLAB平台编程实现建模。

结果表明:灰色GM (1,N)组合模型能较好的对沉降监测数据进行预测,且具有良好的预报精度。

关键词:GM(1,N)模型;MATLAB;分析预测;建模1.引言灰色系统理论是上世纪八十年代由我国邓聚龙教授提出。

灰色系统分析的经典方法就是将系统的行为当作是随机变化的一个过程,使用概率统计的方法,从大量数据中找出统计规律,这种方法对于较大量的数据统计处理比较高效,但是对小量数据下的贫信息系统的分解分析会显得比较困难[1]。

在变形监测数据处理中,可对带有随机性的离散的变形监测数据进行“生成”处理,以做到增强规律性、弱化随机性的效果。

然后由微分方程建立数学模型,经过模型“逆生成”计算还原得到结果数据[2]。

2.灰色GM(1,N)模型的建立设某变形体有n个有联系的监测点,共获取m个周期的变形原始观测数据,则变形体的观测序列为:一次累加生成序列为:考虑n个点之间的关联,则建立n元一阶常微分方程组为:简化成矩阵形式:其中:由积分变换原理得,对公式(2)式两边左乘得:在区间[0,t]上积分,整理后有:为得到模型参数A 和B,对公式(1)进行离散化,可由最小二乘法得到估值[3]:其中:根据阵中即可得到A 和B 的辨识值:对于离散形式的模型,可化为[4]:;其中:累减还原后有当k<m 时,为模拟值;k=m 时,为滤液值;k>m 时,为预测值。

模型的平均拟合精度为[5]:其中:残差预测模型核心代码如下:(1)累加矩阵的生成(2)微分方程求解for i=1:n-1 Q=P';W=(RR)';P(i)=(X1(i+1)+X1(i)); B=[(-0.5)*Q W];end Yn=X;Yn(1)=[];for i=1:n-1 a0=0; c=[a b]';a0=R(i+1)+a0; c=inv(B'*B)* B'* Yn';RR(i)=a0; c=c';a=c(1);b=c(2);End F(1)=X(1);(3)累减生成预测数据 for k=1:n-1G(1)=F(1); F(k+1)=(X1(1)-(b/a)for k=1:(n-1) *R(k+1))*exp(-a*k)+(b/a)*R(k+1);G(k)=F(k+1)-F(k); end3.GM(1,N)模型实例应用与分析本文根据湄洲湾南岸外走马埭垦区海堤监测项目,已知数据由福建省海事局提供,该数据采用坐标系统:1954年北京坐标系(中央子午线 L0=120°),高程系统:1985国家高程基准。

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mo de l ba s e d on t h e a c t ua l ob s e r v a t i o n d a t a o f t he d a m .To i nc r e a s e t he a c c u r a c y o f pr e d i c t i o n,a
we i g h t e d GM ( 1 , 1 )m o d e l wa s p u t f o r wa r d c o n s i d e r i n g t h e e f f e c t o f d i f f e r e n t d a t a o n t h e p r e d i c —
SHEN Yi ,GU0 J i n — y u n ,Z HOU J u n ,YU Ho n g - j u a n
( 1 .Co l l e g e o f Ge o ma t i c s ,S h a n d o n g Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y ,Qi n g d a o 2 6 6 5 9 0 ,C h i n a ;
2 .S u r v e y i n g a n d Ma p p i n g En g i n e e r i n g I n s t i t u t e o f Ch i n a Ge z h o u b a Gr o u p ,Yi c h a n g 4 4 3 0 0 2,Ch i n a )
t i n g r e s u l t s . An o t h e r i mp r o v e d GM ( 1 , 1 )mo d e l wa s b u i l t wi t h e x p o n e n t f u n c t i o n t r a n s f o r ma t i o n
V o1 . 28 No .1
J a n .2 0 1 4
文章 编号 : 1 6 7 2 — 6 1 9 7 ( 2 0 1 4 ) 0 1 — 0 0 0 6 — 0 4
基 于灰 色模 型及 其 改进 模 型 的土 石 坝沉 降预 测
沈 毅 ,郭金 运 ,周 俊 ,于红娟
t o i mp r ov e t h e s mo ot h ne s s o f or i gi n a l d a t a s . Th e p r a t i c a l c a s e s ho we d t h a t t he p r e d i c t i o n p r e c i — s i o ns o f t he t WO i mpr o v e d mo de l s a r e h i g he r t ha n t ha t o f t he o r i gi na l o ne .
( 1 . 山东 科技 大学 测绘 科学 与工 程学 院,山东 青 岛 2 6 6 5 9 0 ;
2 .中国葛 洲坝集 团股 份有 限公 司测绘 工程 院 ,湖北 宜 昌 4 4 3 0 0 2 )
摘 要 :考 虑到土 石坝 沉 降变形 因素 的复 杂性 以及 GM ( 1 , 1 ) 灰 色模 型基 于 贫信 息 数据 所表 现 出 来 的优 势 , 由大坝 实测数 据拟合 构造 GM( 1 , 1 ) 模 型. 为 了进 一步提高 大坝沉 降 变形 的预测 精度 , 对 原 始 GM( 1 , 1 ) 模 型分别进 行 了考 虑不 同数据 对预 测 结果 有 不 同影响 的加 权 改进 和 利 用指 数 函数 变换来 提高 原始 数据光 滑度 的 改进 . 实例 应用 表 明 , 加 权 改进 的 GM( 1 , 1 ) 模 型 和 函数 变换 改进 的 GM( 1 , 1 ) 模 型的预 测精度 均优 于原始 GM( 1 , 1 ) 模 型. 关 键词 :土石 坝 ;沉 降预测 ;灰 色模 型 ;加权 GM( 1 , 1 ) 模 型 ;函数 变换
第 2 8卷 第 1期
2 0 1 4年 i月
山 东 理 工 大 学 学 报( 自 Байду номын сангаас 科 学 版)
J o u r n a l o f S h a n d o n g Un i v e r s i t y o f Te c h n o 1 o g y ( Na t u r a 1 S c i e n c e Ed i t i o n )
中图分 类号 : TV6 9 8 . 1 文献标 志码 :A
S u b s i d e n c e p r e di c t i o n o f e a r t h a n d r o c k f i l l d a m b a s e d o n g r a y mo d e l a n d i t s i mp r o v e d mo d e l s
Ab s t r a c t : Co n s i d e r i n g t h e c o mp l e x i t y o f e a r t h a n d r o c k f i l l d a m a n d t h e a p p l i c a t i o n o f t h e g r a y mo d e l i n t h e p r e d i c t i o n o f t h e d a m d e f o r ma t i o n wi t h p o o r i n f o r ma t i o n, we c o n s t r u c t e d a GM ( 1 , 1 )
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