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基于TW-SVM預(yù)測(cè)模型的某堆石壩變形預(yù)測(cè)分析

發(fā)布時(shí)間:2019-07-25 06:49
【摘要】:為提高監(jiān)測(cè)資料有缺失的大壩變形預(yù)測(cè)模型精度,采用支持向量機(jī)方法建立一種具有小樣本、高維、非線性的預(yù)測(cè)模型,并結(jié)合對(duì)其重要組成部分核函數(shù)的分析應(yīng)用,提出一種根據(jù)結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化的TW-SVM預(yù)測(cè)模型。以某堆石壩為例進(jìn)行研究,利用壩坡垂直位移和水平位移的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),分別采用TW-SVM方法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NET)方法建立相應(yīng)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明:采用TW-SVM方法和NET方法預(yù)測(cè)的垂直位移最大絕對(duì)誤差分別為0.58 mm和6.18 mm,最大相對(duì)誤差分別為270.00%和1 286.22%;采用TW-SVM方法和NET方法預(yù)測(cè)的水平位移最大絕對(duì)誤差分別為0.25 mm和14.91 mm,最大相對(duì)誤差分別為31.25%和1 189.85%;TW-SVM預(yù)測(cè)模型比NET預(yù)測(cè)模型更適合于影響因素為時(shí)間、水位的小樣本預(yù)測(cè)分析。研究結(jié)果為堆石壩變形預(yù)測(cè)與分析提供參考。
【圖文】:

基于TW-SVM預(yù)測(cè)模型的某堆石壩變形預(yù)測(cè)分析


中體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì),其理論及應(yīng)用也隨之迅速發(fā)展和完善[4],其重要參數(shù)核函數(shù)是將復(fù)雜的非線性問(wèn)題轉(zhuǎn)化為某個(gè)高維空間的線性問(wèn)題的關(guān)鍵,不同的核函數(shù)可解決不同性質(zhì)的非線性問(wèn)題[5-7]。本文針對(duì)與大壩變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)的時(shí)間、水位兩類(lèi)影響因素特點(diǎn),選用兩種不同的核函數(shù)分別簡(jiǎn)化其樣本數(shù)據(jù)之間的復(fù)雜關(guān)系,提出一種TW-SVM預(yù)測(cè)模型,基于某堆石壩的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析,并與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法所建預(yù)測(cè)模型結(jié)果進(jìn)行精度比較,證明了該模型具有更好的預(yù)測(cè)精度,在工程實(shí)踐中具有一定的推廣價(jià)值。圖1堆石壩主要橫斷面及監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置設(shè)計(jì)(單位:m)1TW-SVM預(yù)測(cè)方法SVM方法能夠根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論中結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化原理較好的解決了小樣本建模問(wèn)題,并且采用基于點(diǎn)積運(yùn)算理論的核函數(shù)將復(fù)雜的非線性問(wèn)題轉(zhuǎn)化為某個(gè)高維空間的線性問(wèn)題來(lái)解決。核函數(shù)的基本作用就是轉(zhuǎn)換低維空間里的向量,使得計(jì)算出在高維空間里經(jīng)過(guò)相應(yīng)變換的向量?jī)?nèi)積值[8]。不同的點(diǎn)積核函數(shù)將形成不同的算法,,滿足Mercer條件的點(diǎn)積函數(shù)K(x→i,x→j)稱(chēng)之為核函數(shù),常用公式詳見(jiàn)文獻(xiàn)[9]。樣本因素中的時(shí)間因素,若為連續(xù)的時(shí)間段,采用線性核函數(shù)來(lái)進(jìn)行降維簡(jiǎn)化;若為不連續(xù)的時(shí)間段,采用多項(xiàng)式核函數(shù)進(jìn)行降維簡(jiǎn)化。水位因素可采用徑向基核函數(shù)進(jìn)行降維。即采用不同的核函數(shù)來(lái)解決時(shí)間和水位兩類(lèi)樣本因素的支持向量機(jī)方法為T(mén)W-SVM預(yù)測(cè)方法,所建預(yù)測(cè)模型為T(mén)W-SVM預(yù)測(cè)模型,基于本文算例,相應(yīng)數(shù)學(xué)表達(dá)式如下f(x→)=α*1K線性(x→i·x→)+α*2K徑向基(x→i·x→)+b*(1)式中,α*i為被選中的支持向量系數(shù);b*為分類(lèi)閾值。2工程應(yīng)用2.1工程概況河南省某水庫(kù)的控?

基于TW-SVM預(yù)測(cè)模型的某堆石壩變形預(yù)測(cè)分析


蔚畝縞糠治黿峁鉖嘣時(shí)疚?將同一高程的各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的年平均監(jiān)測(cè)值作為預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)對(duì)象;影響大壩變形量的因素可作為預(yù)測(cè)模型的樣本因素,本文重點(diǎn)分析了監(jiān)測(cè)年份和相應(yīng)最高庫(kù)水位兩類(lèi)樣本因素。即可針對(duì)不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)所測(cè)的垂直位移和水平位移各建立14個(gè)預(yù)測(cè)樣本,如表1所列。2.3大壩變形預(yù)測(cè)分析為了比較分析SVM預(yù)測(cè)模型的適用性,先將樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理,再依據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和SVM方法分別建立兩套預(yù)測(cè)模型,最后采用2003、2004、2005三年的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)模型的精度檢驗(yàn)及對(duì)比分析。分析思路如圖2所示。圖2堆石壩變形預(yù)測(cè)分析流程2.3.1垂直位移預(yù)測(cè)分析基于SVM方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法,采用1—11號(hào)樣本分別對(duì)圖1所示的3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)所得垂直位移建立兩類(lèi)預(yù)測(cè)模型,采用12—14號(hào)樣本中的實(shí)測(cè)位移數(shù)據(jù)分別于預(yù)測(cè)位移值進(jìn)行對(duì)比分析,如圖3—圖5所圖3監(jiān)測(cè)點(diǎn)1的垂直位移實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值分布示。采用SVM方法預(yù)測(cè)的垂直位移與實(shí)際監(jiān)測(cè)值均較為接近,最大絕對(duì)誤差僅為0.58mm,相對(duì)誤差最大為270.00%;采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的預(yù)測(cè)值與實(shí)際監(jiān)測(cè)值偏差較大,最大絕對(duì)誤差達(dá)到6.18mm,相對(duì)誤差最大為1286.22%。具體誤差分析如表2所列。111
【作者單位】: 黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院;小流域水利河南省高校工程技術(shù)研究中心;開(kāi)封市引黃管理處;
【基金】:河南省高等學(xué)校青年骨干教師資助項(xiàng)目(2013GGJS-197) 黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研基金項(xiàng)目(2014QNKY013)
【分類(lèi)號(hào)】:TV698.1

【參考文獻(xiàn)】

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7 孫鵬;風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)異常辨識(shí)廣義模型與運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法研究[D];重慶大學(xué);2016年

8 馬新;基于灰色系統(tǒng)與核方法的油藏動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法研究[D];西南石油大學(xué);2016年

9 周闖;原發(fā)性肝癌術(shù)后轉(zhuǎn)移復(fù)發(fā)分子預(yù)測(cè)模型的優(yōu)化整合與臨床轉(zhuǎn)化[D];復(fù)旦大學(xué);2012年

10 孫忠林;煤礦安全生產(chǎn)預(yù)測(cè)模型的研究[D];山東科技大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉冰;基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的纖維熱磨過(guò)程能耗預(yù)測(cè)模型的研究[D];東北林業(yè)大學(xué);2015年

2 張念;鐵路軌道幾何不平順趨勢(shì)預(yù)測(cè)的關(guān)鍵算法研究[D];西南交通大學(xué);2015年

3 田振偉;城市能源預(yù)測(cè)模型的研究與應(yīng)用[D];昆明理工大學(xué);2015年

4 吳迪;基于模糊決策樹(shù)算法的安全庫(kù)存量預(yù)測(cè)模型[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京);2015年

5 齊雯;采用灰色預(yù)測(cè)模型改進(jìn)的HHT算法在故障診斷中的應(yīng)用[D];華南理工大學(xué);2015年

6 王萍;膀胱癌遺傳分?jǐn)?shù)的計(jì)算及發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建[D];復(fù)旦大學(xué);2013年

7 石大宏;基于序列的蛋白質(zhì)—核苷酸綁定位點(diǎn)預(yù)測(cè)研究[D];南京理工大學(xué);2015年

8 熊盛華;基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的混合預(yù)測(cè)模型的實(shí)例研究[D];蘭州大學(xué);2015年

9 趙Z

本文編號(hào):2518913


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