[发明专利]一种基于灰色模型预测大坝变形极值的方法

说明书

本发明公开了一种基于灰色模型预测大坝变形极值的方法，包括大坝变形监测数据的波段去噪、极值原始序列的统计、序列的光滑度检验、构建缓冲算子、计算缓冲序列、分别通过GM(1，1)模型计算原始序列和缓冲序列的拟合值和预测值、模型精度检验等。本发明在已有观测数据的前提下，通过数据统计与处理得到原始序列、利用新构建的弱化缓冲算子计算缓冲序列、序列的光滑度检验、GM(1，1)模型计算等方法预测大坝的变形极值，操作简单，易于实现，弥补现有大坝变形模糊理论预测精度低的缺陷，可为水电站各种坝型的大坝变形极值预测提供方法和途径。

技术领域

本发明属于水电站大坝监测数据分析以及灰色模型预测领域，具体涉及一种基于灰色模型预测大坝变形极值的方法。

背景技术

大坝的变形资料是分析和评价大坝运行状态的重要依据，而历史极值特别是极大值直接关乎大坝的运行安全。大坝变形极值的预测工作对于大坝的预警监控管理很有必要。

大坝变形的极值受众多因素的影响，灰色模型法是预测大坝历史极值的常用方法之一，计算方便、快捷，然而传统模型预测精度时常难达预期。在提高灰色模型的预测精度方面，大量学者做过相关研究，并取得不少成果，研究中针对灰色模型背景值、初始值优化较多，且拟合和预测的数据多为短期数据，在较长周期、多因素影响下的大坝变形预测精度不理想。

中国专利，申请公布号CN 105550767 A，提供了一种基于缓冲算子的等维动态递补灰色模型预测方法，用于城市用水量的预测。该专利采用的缓冲算子为常见的二阶平均弱化缓冲算子，未考虑数据可能存在指数趋势震荡；该发明未进行原始序列的光滑特性检验与判定，直接作用二阶平均弱化缓冲算子，可能破坏原有符合平滑特性的初始序列的变化规律，导致预测结果不佳。

中国专利，申请公布号CN 107368928 A，提供了一种古建筑沉降的组合预测方法及系统。该发明亦存在未进行原始序列的光滑特性检验与判定的问题，直接采用五点三次平滑滤波，可能会导致原始序列数据失真；且五点三次平滑滤波法未充分考虑新信息的趋势影响。该发明系统由多个模块组成、过程相对繁琐，一般技术人员不易掌握。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有大坝变形模糊理论预测精度低的缺陷，提供一种基于灰色模型预测大坝变形极值的方法。该方法在已有观测数据的前提下，通过数据处理与波段分析去噪、筛选极值得到原始序列、序列光滑特性检验、利用新构建的弱化缓冲算子计算缓冲序列、GM(1，1)模型计算、精度检验等方法预测大坝的变形极值，操作简单，易于实现和掌握，可为水电站各种坝型的大坝变形极值预测提供方法和途径。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于灰色模型预测大坝变形极值的方法，包括如下步骤：

步骤1)选择需要预测的大坝变形相关测点，整理相关历史监测数据，根据过程线法以及波段3σ准则剔除粗差，去除噪声，筛选出历年极值作为原始序列{x⁰(k)}，k＝1，2，…，n，n为统计周期内的年份数；

步骤2)计算原始序列{x⁰(k)}的光滑比，根据相关定理，序列{x⁰(k)}的光滑比通过下式来计算：

当原始序列{x⁰(k)}满足下式要求，即ρ_k为递减序列，当n足够大时，ρ_k的值趋近于0，则认为{x⁰(k)}为光滑序列；

步骤3)根据原始序列的数值分布情况，合理确定光滑比控制系数ω，判定原始序列是否满足光滑特性要求，如序列光滑性满足要求，直接进入步骤6)，如不满足进入步骤4)；

步骤4)根据新信息优先利用原则，构建一种适用的弱化缓冲算子，如X＝(x(1)，x(2)，…，x(n))为输入的原始序列，令