[发明专利]基于BFGS算法的概率积分模型中参数的反演方法

说明书

本发明公开了一种基于BFGS算法的概率积分模型中参数的反演方法，包括以下步骤：(1)给定观测点的坐标及观测点实测的下沉值、水平移动值，工作面地质采矿条件参数和初始概率积分参数。将工作面地质采矿条件参数、概率积分参数初始值和观测点坐标代入概率积分公式，预计观测点的下沉值和水平移动值；(2)将步骤1中的预计下沉值和水平移动值与观测点的实测下沉值和水平移动值作差，构建误差函数；(3)根据步骤2中构建的误差函数作为目标函数，使用BFGS算法，反演出该工作面的概率积分参数。本发明首次将BFGS算法应用于概率积分参数求取，能够解算出全部概率积分参数，具有求取参数精度高，曲线拟合效果好的优点。

技术领域

本发明涉及开采沉陷预计参数领域，具体是基于BFGS算法的概率积分模型中参数的反演方法。

背景技术

煤炭作为人类生活和经济发展的主要能源，在世界能源消费结构中占据非常重要的地位。虽然随着全球清洁能源难道不断推广，煤炭在一次能源中的需求占比不断下降，但仍是世界能源的主要组成部分。煤炭开采虽然获得有效的煤炭资源，但是同时伴随着地表塌陷、公路和铁路变形、建筑物损坏等灾害发生，对人民生命财产安全构成了巨大威胁，有必要研究煤炭开采引起的地表变形规律和特征，用于指导灾害控制和防治。目前常用于开采沉陷的预计方法为概率积分法，如何反演出准确的概率积分参数成为提高预测精度的关键。

现有的参数反演方法大体分为传统优化算法和智能优化算法。一类是传统的优化算法，例如模矢法等，虽然求参精度高，但存在参数初值要求较高，求解过程易发散和易陷入局部最优解等问题；一类是智能优化算法，例如遗传算法等，虽然可以解决传统优化算法存在的问题，但是解算过程编程复杂、求解参数不稳定，且容易出现早熟现象(提前收敛)。因此，建立一种能够求取高精度概率积分参数的方法具有极其重要的意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的是提供一种基于BFGS算法的概率积分模型中参数的反演方法。本发明首次将BFGS算法应用于反演概率积分参数，能够解算出全部概率积分参数，具有求取参数精度高，曲线拟合效果好的优点。

本发明实现发明目的采用如下技术方案：

本发明提供基于BFGS算法的概率积分模型中参数的反演方法，步骤如下：

步骤1，给定观测点的坐标及观测点实测下沉值、水平移动值，工作面地质采矿条件参数和初始概率积分参数。将工作面地质采矿条件参数、概率积分参数初始值和观测点坐标代入概率积分公式，预计观测点的下沉值和水平移动值；

步骤2，将步骤1中的预计观测点的下沉值和水平移动值与观测点的实测下沉值和水平移动值作差，构建误差函数；

步骤3，根据步骤2构建的误差函数作为目标函数，使用BFGS算法，反演出该工作面的概率积分参数。

作为优选，本发明提供一种基于BFGS算法的概率积分模型中参数的反演方法，在步骤1中，已知工作面观测点的横坐标x和纵坐标y，以及观测点对应的下沉值W_实和水平移动值U_实；工作面的地质采矿条件参数采厚为m、煤层倾角为α、倾向长为D₁、走向长为D₃、开采深度为H；工作面初始的概率积分参数，包括下沉系数q₀、水平移动系数b₀、主要影响角正切tanβ₀、开采影响传播角θ₀₀、下拐点偏移距S₁₀、上拐点偏移距S₂₀、左拐点偏移距S₃₀和右拐点偏移距S₄₀。

作为优选，本发明提供一种基于BFGS算法的概率积分模型中参数的反演方法，在步骤2中，所构建的误差函数为公式(1)：