指数平滑法在稀土矿边坡位移预测中的应用

2015-05-12张永胜

卷宗 2015年4期

张永胜

摘要：边坡表面位移是滑坡研究的常用物理量，国内外相关研究多以位移—时间特征曲线为基础，采用滑坡后验的手段开展滑坡研究。指数平滑法能够对具有趋势变化的表面位移进行较好的预测，计算过程简单，而且能够降低不稳定因素对监测数据的影响。

关键词：稀土矿；指数平滑法；边坡位移；预测

1 滑坡预测研究现状

滑坡预测预报是滑坡学中最重要的内容之一，从20世纪60年代末期开始被人们所关注，已经成为边坡研究中的热门课题之一[1]。20世纪60至70年代，滑坡以现象预报及经验预报为主，学者们总结并利用滑坡的某些变形破坏规律和失稳前的宏观征兆，对坡体的稳定性进行判断[2]。该阶段以日本学者斋腾的蠕变破坏三阶段理论最具代表性。

20世纪80年代，国内外很多研究者引入较多数学方法和理论模型，用来拟合边坡变形的位移—时间关系曲线，并根据他们所建立的预测预报模型进行外推预测预报研究[3]。这一时期具有代表性的研究者有王思敬、陈道东、崔政权、日本学者福囿等等。他们主要以预报方法的探讨为主，而对与观测数据的分析研究、采集数据的处理加工、预报时序资料的选择与剔除、信号中干扰信息的剔除与分解及有用信息的增强放大等问题的认识还不够深入 [4]。

20世纪90年代人们逐渐认识到滑坡的位移—时间曲线的拟合外推预测预报方法常常只能对近期发生的滑坡破坏做出有限的趋势预测[5]。在多因素共同作用，尤其是对于非线性因素的影响，要准确、可靠地进行滑坡的长期预测预报是相当困难的[6]。因此，学者们逐步提出了跟踪预报的思想。此时，提出并发展了模糊数学、分形理论、灾变理论、专家系统、神经网络、控制论、3S技术等预测预报方法，并通常是多种方法并用，进行滑坡预测预报。具有代表性的预测预报理论有秦四清（1993）的滑坡孕育非线性动力学模型研究，黄润秋（1997）的边坡蠕动变形破坏理论模型，殷坤龙（2005）的基于WEBGIS地质灾害实时预报预警模型[7]。

在滑坡预测阶段有多种方法和理论，但都有各自的优缺点。指数平滑法是应用较多的一种，其优点在于计算过程比较简单，进行预测时能够对边坡位移作出迅速的反应[8]。

2 三次指数平滑法建模

适用于非线性统计的指数平滑法，其预测值是测量值与随机变动共同作用的结果，进行预测时首先赋予最新的观测值适当的权重，使预测结果更符合真实值[9]。由于其消除了历史数据中的极大值或极小值，因此对边坡位移进行预测的同时也减少了监测数据的随机因素的影响。

3 实例

赣南稀土矿开采广泛采用原地浸矿方法，将稀土离子浸矿液注入山体浸出回采，过程中使得山体处于饱水状态，边坡稳定性下降，滑坡风险增加。在某稀土矿边坡滑坡监测系统中，设置了六个坡体表面位移监测点，用于矿山坡体的健康监测。

以滑坡监测系统的⑥号测点表面位移监测数据为例，进行指数平滑法预测分析，取时间区间为2014年2月3日到2014年3月23日，以周为单位共有9组数据，在此基础上对第10周的边坡位移进行预测。验算表明平滑系数时方差最小，预测结果如表1。

由表中数据可知，预测误差最大为0.08%，预测结果较为理想。在预测周期方面可以选择日、周或月等不同的单位，因此，指数平滑法能够对边坡表面位移进行中短期的预报，当发现预测结果出现异常时，应加强观测，必要时要求矿山降低开采力度。

4 结论

监测结果分析表明，对于稀土矿边坡表面位移预测，适用于中短期预测的指数平滑法具有较好的预测效果，能够为边坡预测研究提供理论和实际参考。同时，指数平滑指数法能够降低各种不稳定因素对监测数据的影响，使监测数据更加精确。

参考文献

[1] 栾婷婷，谢振华，张雪冬.露天矿山高陡边坡稳定性分析及滑坡预警技术[J].中国安全生产科学技术，2013，9（4）：11～16

[2] 刘华明.滑坡灾害系统的非线性预测模型研究[D].武汉：华中科技大学，2002