基于灰色模型的多年凍土區(qū)路基狀態(tài)預(yù)測(cè).pdf

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1、劉秋華等：基于灰色模型的多年凍土區(qū)路基狀態(tài)預(yù)測(cè)119基于灰色模型的多年凍土區(qū)路基狀態(tài)預(yù)測(cè)劉秋華，陳孟喬(1．武漢建工特種3-程有限公司，武漢430022；2．北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院。北京100044)【摘要】討論了灰色系統(tǒng)理論在路基狀態(tài)預(yù)測(cè)中的應(yīng)用，建立了多年凍土區(qū)鐵路路基狀態(tài)的灰色動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型(GrayDynamicMode1)GM(1，1)，實(shí)例預(yù)測(cè)表明該模型具有較高的精度。利用VB編程將上述模型程序化?！娟P(guān)鍵詞】路基狀態(tài)；灰色系統(tǒng)；GM(1，1)模型；6t態(tài)預(yù)測(cè)【中圖分類(lèi)號(hào)】TU475．2【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】1001—6864(2012)O2—0l19

2、—02多年凍土區(qū)路基狀態(tài)的影響因素較多，主要包括凍土式(4)的解為的礦物成分、級(jí)配、含水率、地溫、路基幾何尺寸、氣候條件(

3、j}+1)=(。(1)一旦)e+旦(6)等，且其中部分因素不完全、不確知。采用機(jī)理分析等方法預(yù)測(cè)時(shí)，影響因素及權(quán)重的確定比較困難，而灰色預(yù)測(cè)模型當(dāng)k=1，2，?，n—l時(shí)，利用式(6)得到下列值：為解決上述問(wèn)題提供了可能，同時(shí)具有人為因素影響小、建(2)，(3)，?，(／Z)模簡(jiǎn)單、模型參數(shù)容易獲取等優(yōu)點(diǎn)。最終得到還原數(shù)列：1灰色系統(tǒng)理論?！?k)=‘’(k)一曼‘”(k一1)，k=2，3，?，n(7)灰色系統(tǒng)是指既含有已知又含有未知或非確知的信息式

4、(7)中的(k)在本文表示某一時(shí)間點(diǎn)的路基狀態(tài)評(píng)系統(tǒng)?；疑到y(tǒng)預(yù)測(cè)理論綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)方法對(duì)信息不完全分預(yù)測(cè)值。不確知的系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，其基本思路是將與時(shí)間有關(guān)的已1．2預(yù)測(cè)模型精度檢驗(yàn)知數(shù)據(jù)按某種規(guī)則加以組合，構(gòu)成灰色模塊，然后按某種規(guī)1．2．1殘差檢驗(yàn)則提高灰色模塊的白化度，具有利用較少數(shù)據(jù)就能建模的預(yù)測(cè)的絕對(duì)誤差：特點(diǎn)?。s‘?！?k)：‘。(k)一曼‘?！?k)，k=1，2，?，n(8)1．1等間隔GM(1，1)模型預(yù)測(cè)的相對(duì)誤差：GM(1，1)中前一個(gè)?1表示方：程階數(shù)，后一個(gè)“1”表示q=I‘?！?k)／x‘?！?k)IX100％(9)因素，在本文的路基狀態(tài)預(yù)測(cè)中表

5、示時(shí)間。設(shè)X‘?！?[‘。(1)，‘?！?2)，?，‘?！?n)](1)1．2．2后驗(yàn)差檢驗(yàn)為原始數(shù)列，上標(biāo)表示原始數(shù)列，所對(duì)應(yīng)的時(shí)間列為s÷[后)一](0)t=[tl，t2，?，#](2)式(10)中‘?！?k)為原始數(shù)列，其中，式(1)中’()在本文表示某一時(shí)間點(diǎn)的路基狀態(tài)評(píng)分，式(2)中ti為進(jìn)行路基狀態(tài)評(píng)分的時(shí)間點(diǎn)。原始數(shù)列的：÷∑()一次累加數(shù)列為：X‘’=[‘(1)，‘(2)，?，‘‘(n)](3)2[()一；](11)式(3)中上標(biāo)“’表示一次累加數(shù)列，其中：式(11)中c(k)為殘差數(shù)列，其中，“’(k)=∑’(m)；)對(duì)”建立白化形式的微分方程：c=82

6、／sl為均方差比值。對(duì)于給定的c0>0，當(dāng)C0，當(dāng)P>Po時(shí)，模型為小誤差概率合格模型。其中，預(yù)測(cè)模型精度根據(jù)C和P值進(jìn)行判斷，分為“好”、“合=[‘。(2)，‘。(3)，?，‘。’(It,)]格”、“基本合格”、“不合格”4級(jí)，如表1所示。一1[(I)(2)+(I)(1)]l表1預(yù)測(cè)精度等級(jí)一1(3)+(I)(2)]1B=●●●●●●一1[(1)(n)+(I)(n—1)]1

7、120低溫建筑技術(shù)2012年第2期(總第164期)q值根據(jù)實(shí)際工程需要確定，一般小于10％。3．1模型預(yù)測(cè)實(shí)例當(dāng)c、P、q值都在允許范圍之內(nèi)時(shí)，建立的灰色預(yù)測(cè)模型以青藏鐵路格拉段某里程的路基巡檢數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立精度滿足要求，可應(yīng)用該模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。等間隔時(shí)序數(shù)據(jù)序列，相鄰數(shù)據(jù)時(shí)間間隔為14d。首先將巡2路基狀態(tài)評(píng)價(jià)檢數(shù)據(jù)錄入多年凍土區(qū)鐵路路基養(yǎng)護(hù)管理信息系統(tǒng)計(jì)算得到根據(jù)青藏鐵路公司工務(wù)段巡檢資料及鐵路路基大維修實(shí)測(cè)路基狀態(tài)評(píng)分，然后根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立GM(1，1)預(yù)測(cè)模規(guī)則，將路基分為路基本體、排水設(shè)備、防護(hù)加固設(shè)備、路基型，利用該模型計(jì)算與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的路基狀態(tài)評(píng)附屬

8、設(shè)備4個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)采用扣分的方法，利用巡分。預(yù)測(cè)模型、實(shí)測(cè)及預(yù)測(cè)評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)如表2和表3所示。檢資料，根據(jù)破損情況分別對(duì)各項(xiàng)目所含設(shè)備進(jìn)行評(píng)分，各公3．2預(yù)測(cè)結(jié)果分析里范圍內(nèi)各項(xiàng)目的設(shè)備評(píng)分總和除以該項(xiàng)目的設(shè)備數(shù)量(維從表3中可以看出該灰色模型所得預(yù)測(cè)值相對(duì)誤差小修延長(zhǎng)m或維修)即為平均分，平均扣分在1分及以下，且于15．5％，將表3中的數(shù)據(jù)代入式(10)和(11)，并根據(jù)表1無(wú)單項(xiàng)質(zhì)量扣l0分者為合格，否則為失格J。以上評(píng)價(jià)過(guò)可知該灰色模型的預(yù)測(cè)精度等級(jí)為“好”，滿足工程要求。程通過(guò)VB編程實(shí)現(xiàn)，將巡檢資料分類(lèi)錄入多年凍