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专利号: 2017110427149
申请人: 中国地质大学(武汉)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种多影响因素下滑坡动态响应情况分析的方法,其特征在于,包括以下步骤:S1.按降雨次数统计降雨数据、库水位数据及地表位移数据;

S2.利用K均值聚类算法及统计的降雨数据划分降雨类型;

S3.利用统计的库水位数据和地表位移数据提取库水位特征值;

S4.根据滑坡演化不同时刻的系统响应公式,以步骤S2划分好的降雨类型及步骤S3提取的库水位特征值作为外界影响因素,采用加权叠加的方法构建滑坡对外界影响因素的响应因子模型;

S5.根据响应因子模型运用单纯形优化算法分别得到滑坡对不同时刻外界影响因素的动态响应因子;

S6.根据不同时刻外界影响因素的动态响应因子分析滑坡对不同外界因素的动态响应情况,并利用外界影响因素与其动态响应因子拟合地表位移速率,实时得到滑坡内在结构变化情况;

所述步骤S3中,提取库水位特征值的具体方法为:

S3.1.采用皮尔逊简单相关系数计算公式分别计算滞后N天的月度库水位总数据与地表位移数据的相关系数,N为0~30,取相关系数最大时N的取值作为库水位的滞后天数,求取滞后N天的月库水位总数据;

S3.2.利用K均值聚类方法对月度地表位移数据进行聚类分析,得到滑坡变形较大的月度;

S3.3.获得滑坡变形较大时库水位下降阈值Q,在库水位月总降值大于Q时,库水位特征值为月总下降值;在库水位月总降值小于Q时,库水位特征值为0;

所述滑坡对外界影响因素的响应因子模型为:

式中:Si为第i个的月地表位移速率;[X1,X2,…,Xn-1,Xn]i为外界影响因素的第i个月的特征向量;Xn为库水位数据;矩阵αi为滑坡在第i个月时对不同外界影响因素的响应因子,其中,α1,1表示第一类降雨X1的响应因子,αn,n表示库水位Xn的响应因子,αn-1,n-1表示第n-1类降雨Xn-1的响应因子,α1,n表示第一类降雨X1和库水位Xn联合作用的响应因子,αn-1,n表示第n-1类降雨Xn-1和库水位Xn联合作用的响应因子。

2.根据权利要求1所述的多影响因素下滑坡动态响应情况分析的方法,其特征在于,所述步骤S2中,划分降雨类型的具体方法为:S2.1.预设间隔周期N,根据所述预设间隔周期N将研究时间段内的降雨分为M次;

S2.2.统计M次降雨时的降雨总量、降雨时间及持续时长,构成特征数据集;

S2.3.预设聚类数为K,在所述特征数据集中随机选取K个特征数据分别设为K个初始聚类中心;

S2.4.计算除K个初始聚类中心外其他特征数据分别到K个初始聚类中心的距离,分别比较每个特征数据到K个初始聚类中心的距离,将每个特征数据和与其距离最小的初始聚类中心归为同一类簇,初次聚类后,计算每个类簇里所有特征数据的平均值,并将该平均值确定为新的聚类中心,重复计算每个特征数据分别到每个新的聚类中心的距离,并比较距离,重新得到类簇,依此重复直至损失函数的精度小于0.001或相邻损失函数的值不变,所述损失函数的值越小,各个类簇的区分度越大。

3.根据权利要求2所述的多影响因素下滑坡动态响应情况分析的方法,其特征在于,所述步骤S2.4中,损失函数的计算方式为:式中:L表示损失函数;Dintra表示一类簇里所有特征数据到对应聚类中心的距离总和,反映类内数据的一致性;Dinter表示K个聚类中心之间的距离总和,反映类间数据的差异性;

xi表示特征数据i;cj为第j类簇的聚类中心。

4.根据权利要求1所述的多影响因素下滑坡动态响应情况分析的方法,其特征在于,所述步骤S4中,滑坡演化不同时刻的系统响应公式为:Y(t)=f(x1,…,xn)tα(x1,…,xn)t

式中:f(x1,…,xn)t为某一时刻不同的外界影响因素输入,Y(t)为滑坡系统某一时刻的输出,α(x1,…,xn)t为某一时刻滑坡系统对不同外界影响因素的响应因子。