【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及混凝土壩變形監(jiān)控指標(biāo)擬定，更具體的說(shuō)是涉及一種混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控指標(biāo)擬定方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、混凝土壩作為水利建設(shè)過(guò)程中的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在防洪、發(fā)電、通航、灌溉等方面發(fā)揮著巨大的綜合效益。考慮到水利工程的區(qū)位重要性和失事的危險(xiǎn)性，如何進(jìn)行混凝土壩的安全服役已成為關(guān)乎社會(huì)穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的公共安全問(wèn)題。混凝土壩在建設(shè)過(guò)程中布設(shè)了大量的原位觀測(cè)儀器，可為混凝土壩安全形態(tài)的分析與診斷提供豐富的數(shù)據(jù)。變形作為混凝土壩安全形態(tài)的最直觀反映，基于原位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)擬定混凝土壩的變形監(jiān)控指標(biāo)，是對(duì)混凝土壩安全形態(tài)進(jìn)行感知與饋控的重要手段。
2、傳統(tǒng)的變形監(jiān)控指標(biāo)擬定方法主要包括置信區(qū)間法、典型小概率法和極限狀態(tài)法，但是這些方法多聚焦于單側(cè)點(diǎn)變形數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，而混凝土壩作為體型龐大的結(jié)構(gòu)體系，其變形行為通常具有復(fù)雜的空間分布特征，基于單側(cè)點(diǎn)變形數(shù)據(jù)的監(jiān)控指標(biāo)具有顯著的片面性和不準(zhǔn)確性，難以實(shí)現(xiàn)混凝土壩變形行為的有效感知。
3、因此，如何提出一種混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控指標(biāo)擬定方法及系統(tǒng)，考慮多測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)性與離散性，綜合運(yùn)用主成分分析法和最大熵理論，全面感知和饋控混凝土壩變形形態(tài)是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控指標(biāo)擬定方法及系統(tǒng)，考慮多測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)性與離散性，綜合運(yùn)用主成分分析法和最大熵理論，全面感知和饋控混凝土壩變形形態(tài)，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：>
2、一種混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控指標(biāo)擬定方法，包括：
3、采集對(duì)混凝土壩變形的關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)和變形序列數(shù)據(jù)，構(gòu)建多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控序列的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣；
4、求解標(biāo)準(zhǔn)化矩陣的相關(guān)系數(shù)矩陣及其特征值分量；
5、計(jì)算不同分量的累積方差貢獻(xiàn)率，并根據(jù)閾值確定多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控序列的相關(guān)性分量和離散性分量；
6、分別計(jì)算相關(guān)性分量和離散性分量的年最大值和年最小值得到年極值序列，利用最大熵法計(jì)算年極值序列的概率密度函數(shù)，并根據(jù)概率密度函數(shù)和典型小概率法確定相關(guān)性分量和離散性分量的監(jiān)測(cè)閾值范圍。
7、可選的，所述構(gòu)建多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控序列的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣包括：
8、構(gòu)建混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控序列yij(0≤i≤n,0≤j≤m)，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化：
9、式中：zij為標(biāo)準(zhǔn)化后的變形監(jiān)控序列，變形監(jiān)控序列平均值為標(biāo)準(zhǔn)差為
10、可選的，所述求解標(biāo)準(zhǔn)化矩陣的相關(guān)系數(shù)矩陣包括：
11、其中，z為標(biāo)準(zhǔn)化矩陣，zt為標(biāo)準(zhǔn)化矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣，r為標(biāo)準(zhǔn)化矩陣z的相關(guān)系數(shù)矩陣r。
12、可選的，求解所述特征值分量包括：
13、根據(jù)相關(guān)系數(shù)矩陣r的特征方程確定所述特征值分量；
14、相關(guān)系數(shù)矩陣r的特征方程為|r-βip|＝0，β為矩陣r的假設(shè)特征值，ip為n階單位矩陣；
15、計(jì)算得到相關(guān)系數(shù)矩陣r的m個(gè)特征值：β1,β2,…,βm(β1≥β2≥…≥βm≥0)；
16、βi對(duì)應(yīng)的單位特征向量即為第i階分量ui。
17、可選的，所述計(jì)算不同分量的累積方差貢獻(xiàn)率包括：
18、求解不同分量的累積方差貢獻(xiàn)率；
19、累積方差貢獻(xiàn)率計(jì)算公式為：
20、根據(jù)變形分量特征設(shè)定閾值c，c通常取0.85-0.95，根據(jù)當(dāng)前k個(gè)分量的累積方差貢獻(xiàn)率是否大于閾值c，確定多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控序列的相關(guān)性分量up和離散性分量ue。
21、可選的，所述相關(guān)性分量up＝upi(0≤i≤n)和所述離散性分量ue＝uei(0≤i≤n)通過(guò)下式確定：
22、可選的，所述分別計(jì)算相關(guān)性分量和離散性分量的年最大值和年最小值得到年極值序列包括：分別計(jì)算相關(guān)性分量up和離散性分量ue的年最大值和年最小值形成其年極值序列xmax＝xmaxi(0≤i≤l)與xmin＝xmini(0≤i≤l)，其中l(wèi)為序列所包含的年數(shù)。
23、可選的，所述利用最大熵法計(jì)算年極值序列的概率密度函數(shù)包括：
24、構(gòu)建使年極值序列xmax＝xmaxi(0≤i≤l)和xmin＝xmini(0≤i≤l)信息熵h(x)達(dá)到最大值的概率密度函數(shù)f(x)，所述概率密度函數(shù)f(x)滿足最大化目標(biāo)函數(shù)以及相應(yīng)的約束條件；
25、采用拉格朗日乘子法建立拉格朗日函數(shù)求解上述問(wèn)題；
26、確定拉格朗日乘子的初始值，將拉格朗日函數(shù)與概率密度函數(shù)進(jìn)行函數(shù)耦合，采用非線性規(guī)劃求解方法求解耦合函數(shù)得到拉格朗日乘子的確定值。
27、可選的，所述根據(jù)概率密度函數(shù)和典型小概率法確定相關(guān)性分量和離散性分量的監(jiān)測(cè)閾值范圍包括：
28、通過(guò)公式確定相關(guān)性分量up的監(jiān)測(cè)閾值范圍和離散性分量ue的監(jiān)測(cè)閾值范圍
29、
30、其中，fmax(δ)和fmin(δ)為年極值序列xmax＝xmaxi(0≤i≤l)與xmin＝xmini(0≤i≤l)的概率密度函數(shù)。
31、可選的，一種混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控指標(biāo)擬定系統(tǒng)，包括：
32、采集模塊：用于采集對(duì)混凝土壩變形的關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)和變形序列數(shù)據(jù)；
33、構(gòu)建模塊：用于構(gòu)建多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控序列的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣；
34、求解模塊：用于求解標(biāo)準(zhǔn)化矩陣的相關(guān)系數(shù)矩陣及其特征值分量；
35、閾值確定模塊：用于計(jì)算不同分量的累積方差貢獻(xiàn)率，并根據(jù)閾值確定多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控序列的相關(guān)性分量和離散性分量；
36、計(jì)算模塊：用于分別計(jì)算相關(guān)性分量和離散性分量的年最大值和年最小值得到年極值序列，利用最大熵法計(jì)算年極值序列的概率密度函數(shù)；
37、監(jiān)測(cè)閾值范圍確定模塊：用于根據(jù)概率密度函數(shù)和典型小概率法確定相關(guān)性分量和離散性分量的監(jiān)測(cè)閾值范圍。
38、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)提供了一種混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控指標(biāo)擬定方法及系統(tǒng)，具有如下有益效果：
39、本專(zhuān)利技術(shù)提出了一種混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控指標(biāo)擬定方法，包括：采集對(duì)混凝土壩變形的關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)和變形序列數(shù)據(jù)，構(gòu)建多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控序列的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣；求解標(biāo)準(zhǔn)化矩陣的相關(guān)系數(shù)矩陣及其特征值分量；計(jì)算不同分量的累積方差貢獻(xiàn)率，并根據(jù)閾值確定多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控序列的相關(guān)性分量和離散性分量；分別計(jì)算相關(guān)性分量和離散性分量的年最大值和年最小值得到年極值序列，利用最大熵法計(jì)算年極值序列的概率密度函數(shù)，并根據(jù)概率密度函數(shù)和典型小概率法確定相關(guān)性分量和離散性分量的監(jiān)測(cè)閾值范圍。本專(zhuān)利技術(shù)可同時(shí)考慮多個(gè)變形測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)信息，相對(duì)于傳統(tǒng)的單測(cè)點(diǎn)變形指標(biāo)，可以反映混凝土壩整體的變形形態(tài)，指標(biāo)含義更加豐富全面；針對(duì)多測(cè)點(diǎn)變形的相關(guān)性分量和離散性分量分別擬定監(jiān)控指標(biāo)，可對(duì)兩組監(jiān)控指標(biāo)進(jìn)行融合使用，如果相關(guān)性分量監(jiān)控指標(biāo)出現(xiàn)異常，可判斷混凝土壩整體變形可能有不利趨勢(shì)；如果隨機(jī)性分量出現(xiàn)異常，可判斷混凝土壩局部變形測(cè)點(diǎn)可能有監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)的情況。本專(zhuān)利技術(shù)擬定的變形監(jiān)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控指標(biāo)擬定方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控指標(biāo)擬定方法，其特征在于，所述構(gòu)建多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控序列的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控指標(biāo)擬定方法，其特征在于，所述求解標(biāo)準(zhǔn)化矩陣的相關(guān)系數(shù)矩陣包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控指標(biāo)擬定方法，其特征在于，求解所述特征值分量包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控指標(biāo)擬定方法，其特征在于，所述計(jì)算不同分量的累積方差貢獻(xiàn)率包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控指標(biāo)擬定方法，其特征在于，所述相關(guān)性分量Up＝upi(0≤i≤n)和所述離散性分量Ue＝uei(0≤i≤n)通過(guò)下式確定：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控指標(biāo)擬定方法，其特征在于，所述分別計(jì)算相關(guān)性分量和離散性分量的年最大值和年最小值得到年極值序列包括：分別計(jì)算相關(guān)性分量Up和離散性分量Ue的年最大值和年最小值形成其年極值序列Xm
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控指標(biāo)擬定方法，其特征在于，所述利用最大熵法計(jì)算年極值序列的概率密度函數(shù)包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控指標(biāo)擬定方法，其特征在于，所述根據(jù)概率密度函數(shù)和典型小概率法確定相關(guān)性分量和離散性分量的監(jiān)測(cè)閾值范圍包括：
10.一種混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控指標(biāo)擬定系統(tǒng)，其特征在于，包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控指標(biāo)擬定方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控指標(biāo)擬定方法，其特征在于，所述構(gòu)建多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控序列的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控指標(biāo)擬定方法，其特征在于，所述求解標(biāo)準(zhǔn)化矩陣的相關(guān)系數(shù)矩陣包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控指標(biāo)擬定方法，其特征在于，求解所述特征值分量包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控指標(biāo)擬定方法，其特征在于，所述計(jì)算不同分量的累積方差貢獻(xiàn)率包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種混凝土壩多測(cè)點(diǎn)變形監(jiān)控指標(biāo)擬定方法，其特征在于，所述相關(guān)性分量up＝upi(0≤i≤n)和所述離散性分量ue＝uei(0≤i≤n)...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：秦向南，漆天奇，楊舒涵，何向陽(yáng)，李少林，王鑫，李沈晨，黨理杰，方程陽(yáng)，付明樸，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：鄭州大學(xué)，
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