深部煤层瓦斯含量的差值GM-RBF预测模型及其应用

基于灰熵理论和RBF神经网络理论,提出了一种改进的灰色神经网络深部煤层瓦斯含量预测模型。该模型首先利用灰熵关联度确定影响深部煤层瓦斯含量的主控因素,构建多个GM预测模型进行精度分析,寻求最优的灰色预测模块对分析系统进行一次预测,再利用灰色模型白化微分方程解序列相邻两元素分别与相应期望值作差,构建一个差值序列作为RBF神经网络输出对分析系统进行二次预测,得到的差序列预测结果的差值即为深部煤层瓦斯含量的预测值,从而构建了基于差值GM-RBF神经网络组合模型的深部煤层瓦斯含量预测体系。实际应用表明:差值GM-RBF神经网络组合模型的精度评价指标MAE、MAPE、RMSE、RRMSE分别为0.233 1、3.25%、0.2778、4.04%,远优于单一灰色、RBF模型;与传统GM-RBF组合模型相比,MAE和MAPE分别减小了23.8%和22.1%,RMSE和RRMSE分别减小了20.5%和17%。由此可见,以差值结合法将最优灰色模块与RBF神经网络有效结合起来的瓦斯含量预测体系增强了模型的泛化能力和数据利用率,精度更高,稳定性更好,能够满足深部煤层瓦斯含量准确预测的要求,为深部煤与瓦斯安全高效开采提供依据。     

基于集成学习的改进灰色瓦斯浓度序列预测*

为有效提高煤矿瓦斯浓度动态预测精度,基于微分方程理论和最小二乘法,从灰色预测模型静态灰色作用量出发,优化灰色作用量,推导幂指数型灰色作用量的改进灰色瓦斯浓度预测算法,推导基于集成学习不同灰色作用量幂指数型灰色瓦斯预测模型,进而研究吉林八连城长期和短期瓦斯浓度监控数据预测精度。结果表明:瓦斯浓度时间序列近似线性时,基于集成学习的改进灰色瓦斯浓度预测算法优于传统灰色瓦斯浓度预测算法,使瓦斯浓度预测值和实际值的均方根误差降低,均方根差最大降低2.25%。研究结果可有效提瓦斯浓度预测精度。     

GIS支持下基于非线性理论的煤与瓦斯突出综合预测模型

为弥补单一模型缺陷,提高预测的可靠性和准确性,提出了煤与瓦斯突出综合预测.根据煤与瓦斯突出的机理,选取模糊数学、灰色理论、物元分析模型、神经网络及支持向量机5种成熟的非线性方法作为综合预测的数学模型,应用灰色关联度模型确定预测指标,建立了基于非线性理论的煤与瓦斯突出综合预测模型.分析了GIS支持下基于非线性理论的煤与瓦斯突出综合预测系统的集成方法及关键技术,开发了快速综合预测系统并进行了应用.研究表明,该系统能够快速预测突出危险性.相比于单一模型,该方法综合了多种数学模型,预测结果具有较高的准确性及可信性.     

基于灰色马尔科夫模型的钻孔瓦斯流量预测

钻孔瓦斯流量是影响矿井瓦斯抽放效果的一个重要因素,为准确预测钻孔瓦斯流量,优化矿井瓦斯抽放工艺,将灰色系统理论与马尔科夫链预测相结合,充分利用两者的优点,通过对瓦斯流量原始数据处理,瓦斯流量状态划分,构建马尔科夫转移概率矩阵及Matlab分析软件进行计算的方法,建立灰色马尔科夫预测模型。结合现场工程实例,将该预测模型和GM(1,1)预测模型进行比较分析,结果表明,利用灰色马尔科夫模型预测钻孔瓦斯流量,能够消除GM(1,1)模型本身固有偏差,预测值平均相对误差为2.16%,最大相对误差仅为5.40%,均优于GM(1,1)模型。     

基于灰色系统理论的煤与瓦斯突出预测

为了对煤与瓦斯突出事故进行有效的预防与控制 ,笔者应用灰色系统理论中的灰色聚类评估方法 ,对矿井的煤与瓦斯突出进行了预测。经实例证明 ,与常用的预测方法相比 ,灰色聚类预测方法具有能动态预测、预测准确等优点。该方法将影响突出的多个因素综合系统的来考虑 ,跳出了常规预测方法只依靠单一指标进行预测的圈子 ,提高了预测的准确性。研究结果表明 ,该方法能准确地反映矿井煤与瓦斯突出规律 ,是一种新的煤与瓦斯突出预测的方法     

基于灰色遗传神经网络法的矿井瓦斯涌出量预测

矿井瓦斯突出的发生是一个非线性系统在时空演化过程中的灾变行为,影响突出的各个基本因素与突出危险性之间存在复杂的非线性映射关系.对于处理这样的非线性时空演变问题,传统的数学方法是有局限性的.为了更好地预测矿井瓦斯涌出量,将灰色理论引入到预测精度高的遗传神经网络,使灰色理论和遗传神经网络有机结合起来,以神经网络理论为基础,利用遗传算法优化隐含层神经元个数和网络中的连接权值,并用其建立瓦斯涌出量的预测新模型.在实验室测试数据的基础上,建立遗传神经网络训练和检验样本集,并且将检验结果分别与标准BP神经网络的预测结果进行比较.     

灰色支持向量机在瓦斯流量预测中的应用

在分析了灰色预测方法和支持向量机各自的优缺点基础上,提出了将二者相结合的一种新的预测模型灰色支持向量机瓦斯流量预测模型.新模型发挥了灰色预测方法中"累加生成"的优点,弱化了原始序列中随机扰动因素的影响,增强了数据的规律性,同时避免了灰色预测方法及模型存在的理论缺陷,工程实例表明,所提出的瓦斯流量测模型较传统的GM(1,1)模型、支持向量机模型精度都有所提高,为瓦斯流量预测提供了一种新的方法.     

多维灰色评估方法在煤与瓦斯突出预测中的应用

影响煤与瓦斯突出的因素很多,并且其信息多具有灰色性。本文将瓦斯压力、瓦斯放散初速度、煤的坚固性系数、破坏类型以及综合指标K这5个因素综合起来考虑,应用基于灰色系统理论的多维灰色评估方法,对几个典型矿井进行煤与瓦斯突出预测分析,本方法突出了灰色系统理论可以进行定量分析的特点,具有能够动态预测、可靠性高等优点。研究结果表明,该方法能准确预测煤与瓦斯突出,可以为矿井的安全生产提供帮助。     

矿井相对瓦斯涌出量动态无偏灰色马尔科夫预测

矿井瓦斯涌出量预测对于煤矿瓦斯防治具有重要意义。为预测矿井瓦斯相对涌出量,以传统灰色GM(1,1)模型为基础,构建动态无偏灰色马尔科夫模型,通过分析潞安矿区某矿2003—2010年的煤矿相对瓦斯涌出量数据,预测2011—2012年煤矿相对瓦斯涌出量数据,利用无偏灰色GM(1,1)模型代替传统灰色GM(1,1)模型,通过拟合得到煤矿相对瓦斯涌出量数据变化趋势,并在此基础上利用马尔科夫模型进行预测,并在此预测中进行原始数据更新,并对4种预测方法的预测结果进行对比分析。结果表明,动态无偏灰色马尔科夫模型不但能够消除传统灰色GM(1,1)模型自身的固有偏差,而且能提高预测精度,平均绝对误差为3.2%,平均相对误差为2.59%,均低于传统灰色GM(1,1)模型与一般灰色马尔科夫模型。动态无偏灰色马尔科夫模型对于煤矿相对瓦斯涌出量数据的平均预测精度达到96.74%。     

两种预测模型在煤层瓦斯抽采量预测中的对比分析

本文分别采用灰色GM(1,1)预测模型与灰色马尔科夫预测模型对贵州某矿21124工作面运输巷本煤层瓦斯抽采量进行预测,其中灰色GM(1,1)预测模型的绝对误差为13.33%,灰色马尔科夫预测模型的绝对误差为4.22%;利用残差检验法对以上两种预测模型进行精度检验,其中灰色GM(1,1)预测模型的小误差概率为0.25,均方差比值为1.55,马尔科夫预测模型的小误差概率为0.92,均方差比值为0.46,结合预测精度等级划分,看出后者的预测精度级别更高;灰色马尔科夫预测模型更适合数据波动性较大的煤层瓦斯抽采量预测,与灰色预测模型相比,该法具有预测误差更小、预测精度更高、预测规律更符合实际数据的真实变化趋势等优点。     

大同矿区煤的导热系数灰色关联分析及预测

为分析煤质指标及密度对导热系数的影响作用,选取了山西大同矿区的不同煤质煤样,进行导热系数测定实验,应用灰色系统理论对导热系数与影响因素进行灰色关联分析,建立导热系数与主要影响因素的GM(1,4)灰色预测模型,进行导热系数预测。结果表明:固定碳、密度和水分是影响煤导热系数的主要因素;根据得出的主要影响因素建立的GM(1,4)预测模型平均相对误差为4.5%,预测精度较高,能够用于导热系数的预测。     

基于灰色马尔科夫模型的机场安检危险品数量预测

机场安检的危险品数量具有动态、随机、非线性等特点,传统的GM(1,1)模型无法对其作出准确的预测。利用灰色GM(1,1)模型对2014年1—5月所查获的危险品数量进行计算、检验,并对6—8月的危险品数量进行预测。首先建立危险品数量的GM(1,1)模型,然后再对其预测值进行修正,结果表明,灰色马尔科夫模型的平均相对误差比灰色预测模型的平均相对误差减小了25.18%,表明灰色马尔科夫模型比单一的灰色预测模型的精度高,该模型是有效可行的,可为航空公司6—8月将要查获的危险品数量预测提供理论基础,以便引起相关部门的高度重视,并采取相应措施以保障旅客安全。     

航空装备事故的灰色时序组合预测模型

为提高航空装备事故预测水平,提出一种基于灰色和时间序列分析模型的航空装备事故组合预测模型。先构建灰色模型,提取历史数据中承载的趋势信息。然后进行模型选择、阶数识别和参数估计,建立灰色残差的时间序列分析模型,用以刻画历史数据中的随机波动特征。最后,将2个模型的预测值相加,得到所求的组合预测结果。实例中,以美国空军1996—1999年的A级飞行事故10万时率数据为基础,建立灰色时序组合模型,模型中短期预测精度优于单一灰色模型,平均相对误差控制在5%以内,预测结果能够反映航空装备安全的实际状况。     

金竹山土朱煤矿开采地表沉降规律与灰色预测模型研究

针对金竹山矿业公司土朱煤矿煤层赋存条件,依据采动理论的裂缝垂直分带模型,分析地表沉降和塌陷的机理;提出在采煤活动阶段应进行地表实际位移观测,经数据处理后得到地面沉降曲线,以确保地面人类活动的安全;在采煤活动后阶段则实施灰色预测地面沉降,即通过采煤活动阶段的地表实际观测数据为历史原始数据序列,建立灰色Logistic模型;并对采煤活动后阶段的地面沉降进行预测。精度检验表明:灰色Logistic模型预测精度高,利用该模型预测地面沉降可减少地面沉降监测经费和实时提供预警信息,以确保开采区域内人们生命财产安全。     

基于相似理论的飞机实际着陆距离预测方法

为防止飞机着陆时冲出跑道事件的发生,提出一种基于相似理论的飞机实际着陆距离预测方法。首先,通过量纲分析法结合影响飞机实际着陆距离的主要因素,推导出表征实际着陆距离的无量纲方程;然后,利用真实飞行数据,得出不同接地俯仰角条件下飞机实际着陆距离的预测方程;最后,对比分析方程预测结果与由真实数据所得的飞机实际着陆距离。结果表明:采用该方法能够在不同接地俯仰角条件下预测飞机实际着陆距离;在小接地俯仰角条件下,预测值与实际值吻合度最高,最大绝对误差在50 m范围内,最大相对误差约为3%。     

高校事故非线性灰色预测模型及应用研究

通过调查和分析表明,近几年来湖南省高校事故中学生非正常死亡由自杀、交通、溺水等7项因素组成,且统计数据信息偏少。笔者将影响湖南省高校事故学生非正常死亡人数的各项因素作为一个系统,应用系统灰预测理论建立高校事故系统灰预测模型;将原始建模数据序列经过方根变换和数值初始化处理后,适合于建模的要求,构造GM(1,N)与GM(1,1)的嵌套模型;通过建模事中和事后的检验,预测湖南省2007年高校事故学生非正常死亡人数,预测值与实际值相差较小,模型精度较高;高校事故非线性灰色预测模型,为高校事故预测提供了一种应用方法并有一定的指导意义。     

单变量灰色预测模型在煤矿开采沉降预测中的对比分析

以预测煤矿开采而引起的地表高程的损失为目的,通过灰色系统理论的建模、关联度分析和残差辨识,建立基于贫信息的传统GM(1,1)模型、GM(1,1)残差模型、时序残差GM(1,1)模型,又建立基于原始数据具有绝对误差的灰色CompertzⅠ和灰色LogisticⅠ模型与具有相对误差的灰色CompertzⅡ和灰色LogisticⅡ模型,并将其应用到金竹山矿业公司土珠煤矿的地表沉降量的实际预测分析中,对该矿2007年度1—10月的地表高程损失量进行灰色生成后,建立了7种灰色预测模型。根据其预测值的精度检验结果对比分析表明,所建立的7种模型均为一级(好)模型,且灰色CompertzIⅡ和灰色LogisticIⅡ模型远优于传统GM(1,1)模型,预测精度高,可靠性强,对煤矿开采的复垦规划有重要指导作用。     

基于GM(1,1)的残差修正模型的电梯故障率预测

为研究某城市某品牌电梯故障率发展趋势,建立了该城市该品牌电梯故障率的GM(1,1)灰色预测模型,并对所建模型进行了数据检验,检验结果表明该预测模型的预测精度波动较大。为了提高GM(1,1)灰色预测模型的预测精度,利用对模型进行数据检验时得到的残差序列,建立GM(1,1)灰色预测模型的残差修正模型,利用该残差修正模型对原预测模型进行修正。利用经残差修正模型修正后的故障率预测模型对该城市A品牌电梯的故障率进行预测,结果表明:1)残差修正模型对原模型修正后的相对误差与修正前相比有升也有降,但精度有所提高且趋于稳定,表明残差修正模型有利于提高预测精度;2)利用所建立的故障率预测模型求得的预测故障率与实际故障率相比,相对误差不超过8.010%,表明该故障率预测模型的预测精度较高;3)修正模型预测值表明,在现有状态下该城市A品牌电梯的故障率呈上升趋势,应加强该品牌电梯的检维修与管理。     

基于灰色GM(1,1)-马尔科夫模型的职业病预测研究

为准确预测量化我国职业病的发病趋势,在灰色GM(1,1)模型的基础上结合马尔科夫过程构建灰色GM(1,1)-马尔科夫预测模型,探讨灰色GM(1,1)-马尔科夫模型在职业病预测领域的应用。通过平均相对误差、后验差比值、小误差概率3个指标对该组合模型的预测精度进行评估。结果表明:10维灰色GM(1,1)-马尔科夫模型与原始数列的拟合程度较高,预测精度等级为一级（好）,该组合模型的预测精度优于单一的灰色GM(1,1)预测模型;在遵循新陈代谢原理的情况下,我国职业病发病呈现上升态势,2015—2018年的职业病发病例数依次为31 196,36 284,37 724,39 147例。