灰色预测模型在大坝安全监测中的应用研究

梁妍　张勇敢　贾凡

【摘 要】在大坝安全监测中引入灰色预测方法，进而建立基于灰色预测理论的大坝安全监测模型。首先，根据灰色预测模型对数据的要求，将监测数据无量纲化，进而通过灰色关联分析得到数据中的潜在规律，最后根据得到的规律进行仿真预测。根据实测资料检验仿真预测结果的合理性，并对关联参数进行合理优化，从而找到合适的预测参数，输出结果。

【关键词】灰色预测模型；关联度方法；大坝变形；监测模型

0 引言

我国大坝众多，从二十世纪五六十年代开始，大批重力式拱坝纷纷兴建，它们在发电，防洪，灌溉等领域为经济社会发展贡献了巨大的作用[1]。时至今日，许多大坝都经历了六七十年的风风雨雨，周期性的水荷载作用，以及环境的侵蚀，使得大坝的安全性逐渐降低。因此，对大坝进行安全监测，并采用数学方法对监测资料进行合理分析与预测，对保证大坝运行的安全十分必要[2，3]。灰色预测理论[4]基于对客观系统的新的认识，在信息不够充分的条件下，依然能够依靠其系统内在的特定功能与有序性，在看似随机的无规则的数据列中找到其本质规律，并能够合理预测其走势。桂祥友[5] 等运用灰色理论建立了巷道瓦斯涌出量的預测模型，预测了某矿井工作面瓦斯涌出量。王宝阔[6]将灰色理论运用到船舶交通事故预测中，为船舶交通的管理提供了参考。常规的灰色预测因素分析常常采用回归分析等办法，回归分析办法的弊端有很多，比如对数据量的要求很大，计算较为复杂且可能出现反常情况导致预测失败[7]。本文采用关联度方法进行分析，克服了常规因素分析方法存在的种种缺陷。针对以上问题，在大坝安全监测中引入灰色预测方法，建立了基于灰色预测理论的大坝安全监测模型。

1 灰色预测模型

用来预测的原始数据会随着时间有动态变化，前一次预测出来的结果又要作为下一次的原始数据，从而使我们的数据滚动前进，始终保持用最新的10个数据来预测。这种变化我们可以在程序编写中加入二维循坏实现。

对于变量数列，其中代表第i组原始数据。根据公式，对原始数列做一次累加生成，得累加生成数：

2 基于灰色预测理论的大坝安全监测模型的建立

本节将灰色预测模型引入到大坝安全监测中，建立基于灰色预测理论的大坝安全监测模型。首先，根据灰色预测模型对数据的要求，将监测数据无量纲化，进而通过灰色关联分析得到数据中的潜在规律，最后根据得到的规律进行仿真预测。根据实测资料检验仿真预测结果的合理性，并对关联参数进行合理优化，从而找到合适的预测参数，输出结果。步骤流程图如图1所示。

图1 基于灰色预测理论的大坝安全监测模型

仿真流程图

3 总结

本文在大坝安全监测中引入灰色预测方法，克服常规的灰色预测因素分析中对数据量的要求很大，计算较为复杂且可能出现反常情况等弊端，进而建立基于灰色预测理论的大坝安全监测模型。首先，根据灰色预测模型对数据的要求，将监测数据无量纲化，进而通过灰色关联分析得到数据中的潜在（下转第37页）（上接第45页）规律，最后根据得到的规律进行仿真预测。根据实测资料检验仿真预测结果的合理性，并对关联参数进行合理优化，从而找到合适的预测参数，输出结果。

【参考文献】

[1]潘家铮，郑顺炜.我国水电站的大坝建设[J].水力发电， 1982（8）：16-25.

[2]SU Huaizhi，HU Jiang，WU Zhongru.A study of safety evaluation and early-warning method or dam global behavior[J]. Structural Health Monitoring，2012，11（3）：269-279.

[3]SU Huaizhi，HU Jiang，WU Zhongru.A study of safety evaluation and early-warning method or dam global behavior[J]. Structural Health Monitoring，2012，11（3）：269-279.

[4]邓聚龙.灰色预测与决策[M].华中理工大学出版社， 1988.

[5]桂祥友，郁钟铭，孟絮屹.贵州煤矿瓦斯涌出量灰色预测的应用[J].采矿与安全工程学报，2007，24（4）：449-452.

[6]王宝阔.船舶交通事故量灰色预测应用研究[J].中国航海，2011，34（1）：59-62.

[7]赵静，但琦.数学建模与数学实验.第4版[M].高等教育出版社，2014.endprint