發(fā)布時(shí)間：2018-11-27 11:40

【摘要】：滑坡是發(fā)生在自然界中的一種常見的地質(zhì)災(zāi)害,其危害巨大,經(jīng)常對人們的生命和財(cái)產(chǎn)造成重大的損失。我國幅員遼闊,地質(zhì)條件復(fù)雜,滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生十分頻繁,造成災(zāi)害損失極為嚴(yán)重。據(jù)初步統(tǒng)計(jì),我國每年因滑坡、崩塌等斜坡變形破壞造成的損失高達(dá)180-300億元。隨著人們不斷地深入研究滑坡演化過程,開始有越來越多的學(xué)者重視對滑坡災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報(bào)研究,給出了各種防治和控制滑坡的方法和手段�；戮哂兄鲗�(dǎo)因素控制下的多場演化特征,其演化過程分為漸變型、突發(fā)型和穩(wěn)定型。確認(rèn)滑坡的演化過程與所處的階段是進(jìn)行滑坡預(yù)測的基礎(chǔ),而復(fù)雜環(huán)境條件下滑坡的多場特征信息是確認(rèn)滑坡演化過程和階段判定的重要依據(jù),因此針對滑坡開展特征監(jiān)測,跟蹤滑坡動(dòng)態(tài)變化,對監(jiān)測信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)測滑坡閾值,是進(jìn)行滑坡預(yù)報(bào)的一種有效手段。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展,多源異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)在滑坡監(jiān)測中的應(yīng)用越來越多,逐步替代過去傳統(tǒng)的人工監(jiān)測手段,開始發(fā)揮著重要的監(jiān)測和預(yù)警作用。有效建立多源異構(gòu)傳感器綜合監(jiān)測系統(tǒng),提取滑坡的多場特征信息,進(jìn)行多場信息融合處理和決策分析是當(dāng)前進(jìn)行滑坡預(yù)測的主要方法。通過對現(xiàn)有的滑坡監(jiān)測系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理方法的研究發(fā)現(xiàn),不同的信息融合方法對滑坡預(yù)測的效果不同,因此研究者開始對數(shù)據(jù)融合算法和預(yù)測模型展開了深入的研究。目前信息融合的研究主要集中在融合算法、融合結(jié)構(gòu)以及具體信息融合系統(tǒng)的建模與實(shí)現(xiàn)等方面,其中融合算法和各領(lǐng)域信息融合系統(tǒng)的應(yīng)用研究是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn),目前基于多源異構(gòu)傳感器組成的滑坡監(jiān)測系統(tǒng)在信息融合應(yīng)用中還存在著很多關(guān)鍵性問題和難點(diǎn),主要表現(xiàn)為：1)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換內(nèi)容多：由于多傳感器輸出的數(shù)據(jù)形式、對環(huán)境的描述各不相同,因此信息融合中的首要任務(wù),是把這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相同的形式和描述,然后再進(jìn)行相關(guān)的處理。其中轉(zhuǎn)換的內(nèi)容包括對不同層次的信息的轉(zhuǎn)換,以及對同一層次信息的轉(zhuǎn)換,使之能形成相同的描述,由此造成轉(zhuǎn)化計(jì)算過程愈加復(fù)雜,系統(tǒng)開銷過大。2)數(shù)據(jù)相關(guān)判定難：在融合處理中由于傳感器測量的不精確性和各種環(huán)境的干擾容易引起相關(guān)二義性,導(dǎo)致相關(guān)判定難,無法順利融合,求解得到符合預(yù)測趨勢的相關(guān)性系數(shù)難。3)數(shù)據(jù)管理復(fù)雜性大：信息融合系統(tǒng)中通常建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫來對信息進(jìn)行管理。其中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的作用是把當(dāng)前各傳感器的觀測結(jié)果及時(shí)提供給融合中心,提供融合計(jì)算所需要的各種其他數(shù)據(jù)。同時(shí)也存貯融合處理中的中間結(jié)果和分析結(jié)果。非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)各個(gè)傳感器的歷史數(shù)據(jù)、有關(guān)監(jiān)測目標(biāo)和環(huán)境的輔助信息以及融合計(jì)算的歷史信息。在信息融合處理過程中要求數(shù)據(jù)庫的容量大、搜索速度快,開放互聯(lián)性好,并且能給其他的異構(gòu)平臺(tái)提供良好的用戶接口。4)預(yù)測模型單一化：信息融合系統(tǒng)的核心工作是通過融合模型對多傳感器的相關(guān)觀測結(jié)果來驗(yàn)證、分析、補(bǔ)充、取舍、修改和狀態(tài)跟蹤估計(jì)計(jì)算,最終實(shí)現(xiàn)滑坡趨勢的預(yù)測。但是現(xiàn)有系統(tǒng)中一般所采用的融合模型過于單一化,最終對滑坡的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)效果并不明顯,成功預(yù)報(bào)的概率偏小�；谏鲜鰡栴},在廣泛查閱國內(nèi)外有關(guān)滑坡預(yù)測方法、多傳感器信息融合理論及監(jiān)測方法等文獻(xiàn)資料基礎(chǔ)上,本文首先分析了滑坡演化和預(yù)測研究的歷史、現(xiàn)狀,總結(jié)了信息融合理論在滑坡預(yù)測領(lǐng)域應(yīng)用的特點(diǎn)和發(fā)展的趨勢,結(jié)合本人參與的三峽中心信息共享平臺(tái)以及多源異構(gòu)滑坡監(jiān)測信息系統(tǒng)開發(fā)等研究項(xiàng)目,提出解決上述問題的思路：1)基于轉(zhuǎn)換內(nèi)容過多的問題,研究適應(yīng)于多源異構(gòu)數(shù)據(jù)特點(diǎn)的預(yù)處理方法,提出針對多源非穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)高效并行化計(jì)算的G-CWT算法,提高融合效率；對多源異構(gòu)傳感器形成的底層數(shù)據(jù)進(jìn)行像素級融合處理,運(yùn)用多源傳感器估值理論實(shí)現(xiàn)信息之間的異常值剔除和互補(bǔ),減少因數(shù)據(jù)之間非線性變換所帶來的誤差影響；2)基于數(shù)據(jù)相關(guān)判定難的問題,結(jié)合所開發(fā)的監(jiān)測系統(tǒng)中多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,研究滑坡監(jiān)測數(shù)據(jù)相關(guān)性判定理論和算法的特點(diǎn),提出基于多元回歸分析模型來發(fā)現(xiàn)具有顯著性的相關(guān)因子,并通過最小二乘方法計(jì)算多因子間相關(guān)系數(shù),改進(jìn)滑坡監(jiān)測中多源數(shù)據(jù)融合處理中相關(guān)判定缺少量化機(jī)制的現(xiàn)狀；3)基于數(shù)據(jù)組織管理復(fù)雜化問題,提出基于點(diǎn)源數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)建立多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的組織和管理模型,利用分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效搜索機(jī)制,實(shí)現(xiàn)快速查找,形成滑坡監(jiān)測多源異構(gòu)數(shù)據(jù)之間共享和融合的信息處理平臺(tái)；4)基于模型單一化問題,進(jìn)行聯(lián)合多種模型組合進(jìn)行預(yù)測的可行性研究,尋找適合于滑坡多場監(jiān)測系統(tǒng)特征融合的組合模型,運(yùn)用組合模型實(shí)現(xiàn)信息融合后的滑坡預(yù)測。突破單一融合系統(tǒng)的局限性,提高成功預(yù)測的幾率。本文的工作具體包括：(1)基于三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的現(xiàn)狀,依托三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害研究中心,開展三峽庫區(qū)滑坡災(zāi)害監(jiān)測和數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的理論研究；基于物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了多源異構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)和信息融合平臺(tái)原型,著重介紹了基于數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)的多源異構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理方式。重點(diǎn)對滑坡實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)所面臨的上述技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了深入的剖析。(2)針對監(jiān)測系統(tǒng)中數(shù)據(jù)所形成的時(shí)間序列表現(xiàn)形式多樣性特點(diǎn),如大樣本和小樣本數(shù)據(jù),線性和非線性數(shù)據(jù),平穩(wěn)和非平穩(wěn)數(shù)據(jù)共存等,對系統(tǒng)中多源傳感器數(shù)據(jù)以時(shí)間域序列方法進(jìn)行分析,提出使用肖維納檢驗(yàn)算法判定異常點(diǎn)并合理剔除,實(shí)驗(yàn)證明該方法是一種有效的異常值檢測方法,并結(jié)合實(shí)例證明多源傳感器估值融合方法可以防止異常值誤判；同時(shí)利用直觀散點(diǎn)分布圖示法判定監(jiān)測數(shù)據(jù)的平穩(wěn)性,用三次樣條插值和多項(xiàng)式擬合的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)平滑化和補(bǔ)缺等問題的預(yù)處理,通過實(shí)驗(yàn)仿真證明上述方法具有可行性；針對多源信息融合轉(zhuǎn)換處理開銷大的問題,提出基于GPU小波并行變換計(jì)算方法(G-CWT),對GPS非平穩(wěn)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行了并行測算和仿真實(shí)驗(yàn),提高了融合系統(tǒng)的計(jì)算效能。(3)針對滑坡復(fù)雜系統(tǒng)的高度非線性特征,引入了能較好解決小樣本、非線性時(shí)間序列預(yù)測問題的回歸分析擬合方法,對多源異構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理,通過多元回歸分析方法建立滑坡多因素變量之間相關(guān)性模型,然后對多源的監(jiān)測樣本進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和檢驗(yàn),證明該融合方法對減小預(yù)測結(jié)果的誤差有效。(4)對影響滑坡體變形的諸多影響因素進(jìn)行分析后,判定其中的主成分作為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入變量,采用遺傳算法優(yōu)化模型參數(shù),結(jié)合GM灰色預(yù)測模型特點(diǎn),建立了滑坡變形預(yù)測的BP-GM組合模型。將上述組合模型用于巴東縣黃土坡滑坡變形監(jiān)測過程中的趨勢分析和預(yù)測,在滑坡位移預(yù)測仿真實(shí)驗(yàn)中取得了較好的效果。理論和實(shí)驗(yàn)證明,該組合預(yù)測模型比單一模型的預(yù)測效果更優(yōu)。本文的工作首先為基于物聯(lián)網(wǎng)體系的現(xiàn)代滑坡綜合監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了方法上的借鑒,同時(shí)針對多源異構(gòu)傳感器數(shù)據(jù)的不同像素特征進(jìn)行信息融合預(yù)處理,重點(diǎn)介紹了異常值判定和剔除方法,其中多源數(shù)據(jù)估值融合方法能有效防止決策中誤判發(fā)生。特別針對非穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的預(yù)處理問題,創(chuàng)新性地提出了基于Kepler GPU架構(gòu)的CWT(簡稱為G-CWT)算法的并行化處數(shù)據(jù)處理方法,能有效提高融合內(nèi)容的轉(zhuǎn)化效率。指出利用多元逐步回歸分析方法進(jìn)行多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合處理的建模思路,最后通過運(yùn)用BP-GM組合預(yù)測模型進(jìn)行滑坡預(yù)測,證明其是一種能優(yōu)化預(yù)測結(jié)果的可取方法。本文研究成果為滑坡監(jiān)測及預(yù)報(bào)提供了一種新穎的方法體系,對滑坡及相關(guān)領(lǐng)域的預(yù)測研究是一種有益的嘗試。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P642.22

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 鄔曉嵐,涂亞慶;滑坡監(jiān)測方法及新進(jìn)展[J];中國儀器儀表;2001年03期

2 張青;史彥新;林君;;時(shí)間域反射法用于滑坡監(jiān)測的試驗(yàn)研究[J];吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版);2007年01期

3 晏小明，蔡耀軍，王秋明，張進(jìn)保;滑坡監(jiān)測預(yù)測預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)庫的開發(fā)與應(yīng)用研究[J];水文地質(zhì)工程地質(zhì);1996年01期

4 鄭萬模;用變形體系論點(diǎn)指導(dǎo)滑坡監(jiān)測工作[J];中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào);1997年04期

5 劉悅;李永樹;;淺談滑坡監(jiān)測研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];測繪;2013年05期

6 吳金桂;319國道龍巖市新羅區(qū)龍門考塘滑坡監(jiān)測初步探討[J];探礦工程(巖土鉆掘工程);2000年S1期

7 康東玲,余京生,張紅秀;歐洲滑坡監(jiān)測與預(yù)測新進(jìn)展[J];湖北地礦;2002年04期

8 韓建設(shè);巖土工程中滑坡監(jiān)測的主要技術(shù)方法簡述[J];西北水電;2002年02期

9 成偉,趙超英;特殊條件下滑坡監(jiān)測網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];長安大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版);2003年03期

10 周平根;滑坡監(jiān)測的指標(biāo)體系與技術(shù)方法[J];地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào);2004年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 葉金桃;王俊超;馮光柳;萬蓉;;顧及降雨誘因的滑坡監(jiān)測三維GIS系統(tǒng)的研究[A];第28屆中國氣象學(xué)會(huì)年會(huì)——S3天氣預(yù)報(bào)災(zāi)害天氣研究與預(yù)報(bào)[C];2011年

2 夏耶;;干涉雷達(dá)滑坡監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)探討[A];中國地球物理2013——第二十七專題論文集[C];2013年

3 鄧德潤;;新灘滑坡監(jiān)測系統(tǒng)的研究[A];滑坡監(jiān)測技術(shù)討論會(huì)論文匯編[C];1988年

4 葉青;趙全麟;;三峽工程庫區(qū)滑坡監(jiān)測幾個(gè)問題的探討[A];新世紀(jì)巖石力學(xué)與工程的開拓和發(fā)展——中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)第六次學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2000年

5 黃家然;;李家峽水電站水庫滑坡監(jiān)測成果分析[A];滑坡監(jiān)測技術(shù)討論會(huì)論文匯編[C];1988年

6 王傳先;時(shí)湘江;呂國娟;馬艷飛;;測量技術(shù)在滑坡監(jiān)測中的應(yīng)用[A];河南地球科學(xué)通報(bào)2009年卷（下冊）[C];2009年

7 陸新;王凱;;涼水井滑坡監(jiān)測預(yù)警技術(shù)研究[A];和諧地球上的水工巖石力學(xué)——第三屆全國水工巖石力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

8 李昂;侯圣山;韓冰;周平根;;基于北斗一號(hào)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕卤O(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建[A];第九屆全國工程地質(zhì)大會(huì)論文集[C];2012年

9 潘新;楊愛明;;重慶寶塔滑坡監(jiān)測中GPS技術(shù)的應(yīng)用[A];新世紀(jì)巖石力學(xué)與工程的開拓和發(fā)展——中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)第六次學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2000年

10 張青;史彥新;朱汝烈;;TDR滑坡監(jiān)測技術(shù)的研究[A];加入WTO和中國科技與可持續(xù)發(fā)展——挑戰(zhàn)與機(jī)遇、責(zé)任和對策（下冊）[C];2002年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前5條

1 ;滑坡監(jiān)測預(yù)測新技術(shù)研究告捷[N];中國國土資源報(bào);2003年

2 通訊員 夏杰　唐曉萍;重慶研發(fā)啟用區(qū)縣級精細(xì)化滑坡監(jiān)測預(yù)報(bào)系統(tǒng)[N];中國氣象報(bào);2010年

3 訪談專家 湖南化工地質(zhì)工程勘察院 高工 劉東;滑坡監(jiān)測與工程建設(shè)同步[N];中國水利報(bào);2008年

4 郭啟鋒　李忠;探工所研發(fā)系列地災(zāi)監(jiān)測儀器[N];中國國土資源報(bào);2013年

5 記者 曾冰　通訊員 黃華;省政府對黃土坡整體避險(xiǎn)搬遷一月一督查[N];恩施日報(bào);2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 樊俊青;面向滑坡監(jiān)測的多源異構(gòu)傳感器信息融合方法研究[D];中國地質(zhì)大學(xué);2015年

2 王朝陽;滑坡監(jiān)測預(yù)報(bào)效果評估方法研究[D];成都理工大學(xué);2012年

3 周勇;湘西高速公路滑坡監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)及監(jiān)測信息系統(tǒng)研究[D];中南大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 宋浩;基于RIA/JavaScript技術(shù)的高速公路滑坡監(jiān)測預(yù)報(bào)管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];長安大學(xué);2015年

2 林保羅;基于TDR技術(shù)的滑坡監(jiān)測系統(tǒng)研制[D];長安大學(xué);2015年

3 鐘全金;基于激光點(diǎn)云的滑坡監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法研究[D];江西理工大學(xué);2015年

4 熊濤;WSN定位算法及其滑坡監(jiān)測應(yīng)用研究[D];重慶大學(xué);2015年

5 王春華;復(fù)雜事件處理在滑坡監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)集成研究中的應(yīng)用[D];華東師范大學(xué);2016年

6 陳凌軍;光纖光柵傳感技術(shù)在滑坡監(jiān)測中的應(yīng)用[D];燕山大學(xué);2010年

7 羅虎;滑坡監(jiān)測復(fù)合光纖裝置性能試驗(yàn)研究[D];重慶大學(xué);2012年

8 魏小楠;滑坡監(jiān)測預(yù)報(bào)方法研究及工程應(yīng)用[D];貴州大學(xué);2008年

9 盧曉鵬;基于三維激光掃描技術(shù)的滑坡監(jiān)測應(yīng)用研究[D];長安大學(xué);2010年

10 張國輝;全自動(dòng)全站儀滑坡監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳和處理[D];遼寧工程技術(shù)大學(xué);2005年

，

本文編號(hào)：2360617