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-ANN模型的建筑物沉降量变化趋势预测方法

建筑物沉降观测结束之后,为降低和预防因地基不均匀沉降等因素造成的不安全事故发生率,准确预测建筑物沉降量变化趋势已引起相关科研单位的重视。首先,将人工神经网络数据分析与灰色GM(1,1)模型相结合,提出GM-ANN预测模型。然后,结合工程实例验证模型对监测沉降危险点数据变化的准确性,形成Matlab拟合曲线和预测趋势图。最终,结果表明仅考虑时间因素,GM-ANN模型明显优于灰色GM(1,1)模型,可使预测精度提高将近三倍。因此,利用GM-ANN预测模型可以对建筑物安全性进行有效预测。     

基于改进灰色系统的深基坑变形预测方法研究

为了对深基坑工程施工期间地质灾害进行先期预警,使用了改进的灰色系统作为预测工具,对基坑周围建筑物的沉降进行了预测。对于灰色预测系统的改进包括对数据序列初始值的改进和对灰色系统模型背景值的改进,以及实测数据转换为单调增序列的方法。使用相对误差检验、关联度检验和后验差检验对模型的精度进行了评价。最后将改进后的灰色系统与原系统的预测结果进行了对比,结果表明:在短期预测方面,灰色系统模型和改进的灰色系统模型都有很高的精度。对于长期预测,改进的灰色系统模型对中长期预测有很好的精度。     

弱化缓冲算子修正的民航不安全事件离散灰色预测

为了掌握民航不安全事件的发展状况,并据此制定民航企事业单位的安全绩效考核指标,在民航不安全事件灰色预测的基础上引入离散灰色预测和弱化缓冲算子理论,基于中国民航2004—2013年不安全事件数据建立了弱化缓冲算子修正的离散灰色预测(DGM(1,1))模型。通过中国民航2014—2015年不安全事件数据对模型进行检验,结果表明,弱化缓冲算子修正的离散灰色预测(DGM(1,1))模型的预测精度明显高于灰色预测(GM(1,1))模型和离散灰色预测(DGM(1,1))模型,其中2阶平均弱化缓冲算子修正的离散灰色预测(DGM(1,1))模型预测精度最高,采用该模型对2016—2020年我国民航不安全事件数进行了预测,预测结果为14 095、14 910、15 773、16 685、17 650。     

基于灰色-马尔科夫链理论的建筑施工事故预测研究

我国建筑事故预测中具有统计数据少、数据波动性大等特点,缺乏具有高精度、可操作性强的预测模型。将灰色系统理论和马尔可夫原理相结合,充分发挥了灰色系统理论适用于小样本数据拟合和马尔可夫适合处理数据波动大的系统过程的优势,通过GM(1,1)模型的建立,提出一种适合建筑事故统计数据特点的灰色马尔可夫预测方法。将该方法应用于1994—2007年建筑施工事故次数分析,以此为基础对2008—2009年的建筑施工事故次数进行预测。研究结果表明:基于灰色马尔可夫理论建筑事故预测结果精度可达90%以上。     

基于实测的桩基埋管换热性能和温变沉降特征分析

通过对江苏某实际工程传统钻孔单U和并联双U埋管、桩基并联双U及并联双螺旋埋管换热器进、出口水温、流速的实测,以单位井深换热量为性能指标,结合经济性指标E,对比分析了4埋管换热器换热性能和经济性的差别。分析了桩基埋管换热器运行过程中冷、热堆积对其换热性能的影响。进一步对桩基埋管换热器进行了温度-荷载联合测试,模拟冬、夏两季能源桩承载运行的取、放热工况,获得了能量桩的桩身温度分布和桩顶动态沉降曲线,分析了桩顶换热过程中因热胀冷缩而产生位移的规律性,指出桩顶沉降累积量过大会导致桩基失稳,这一点在能量桩的设计阶段应注意加以考虑。     

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Verhulst模型的新建隧道顶板下沉预测研究

隧道顶板下沉量预测对隧道安全施工十分重要.通过分析隧道下沉过程,指出其具有"S"型曲线特征,探讨了采用Verhulst模型进行隧道顶板下沉预测的适用性和可行性,并运用MATLAB软件开发相关程序,模拟遵赤高速公路中枢隧道YK39+134.6断面沉降过程,获得相应的预测方程.通过对比其预测结果、回归分析预测结果和实测值,发现该模型的顶板沉降预测值与实测值最接近,证实运用灰色Verhulst模型预测隧道顶板沉降量是合理、可行的.     

基于最优加权的道路交通事故组合预测模型

针对各种单一灰色预测方法存在的局限性,建立了一种基于最优加权的灰色组合预测方法。根据我国道路交通事故的发展情况,建立了GM(1,1)模型和Verhulst模型相结合的组合预测模型,运用最优加权法确定了组合预测模型的权重系数。利用2001—2007年我国道路交通事故数据死亡人数数据,对建立的灰色组合预测模型进行了预测。预测结果表明,组合预测模型比单一的GM(1,1)模型和Verhulst模型具有更高的预测精度。     

基于Verhulst模型的新建隧道顶板下沉预测研究

隧道顶板下沉量预测对隧道安全施工十分重要。通过分析隧道下沉过程,指出其具有“S”型曲线特征,探讨了采用Verhulst模型进行隧道顶板下沉预测的适用性和可行性,并运用MATLAB软件开发相关程序,模拟遵赤高速公路中枢隧道YK39＋134．6断面沉降过程,获得相应的预测方程。通过对比其预测结果、回归分析预测结果和实测值,发现该模型的顶板沉降预测值与实测值最接近,证实运用灰色Verhulst模型预测隧道顶板沉降量是合理、可行的。     

多方案联合处理土岩组合地基效果研究

建筑物土岩组合地基的不均匀沉降一直都是设计和施工的难题,结合工程实例,借助ABAQUS有限元软件,对使用CFG桩、旋挖桩和换填垫层法联合处理方案进行处理的土岩组合地基进行数值模拟。通过对比不同的地基处理方式对土岩组合地基差异沉降的影响,并分析地基的差异沉降和整体沉降,判断使用何种处理方式能较好地处理土岩组合地基的不均匀沉降问题。研究结果表明：使用CFG桩和换填垫层法联合处理的土岩组地基可以较好地解决地基的不均匀沉降问题,模拟结果可以为相关工程土岩组合地基的设计及处理提供一定的参考。     

素土挤密桩处理超高填方下深厚湿陷性黄土地基的试验研究

以某民用机场工程为背景,选取该机场拟建场区85 m黄土高填方所在位置作为试验区,开展素土挤密桩处理地基的试验研究.采用桩体动力触探试验、桩问土室内土工试验及现场载荷试验对处理后的地基进行检测,分析了各小区试验前后土体孔隙比、干密度、压缩模量、动力触探击数等物理力学参数的变化规律,得到了处理后的土体变形模量、地基承载力特征值及其对应沉降量.结果表明,采用素土挤密桩处理后湿陷性黄土地基桩体密实性较好,单桩承载力特征值较低,只有70～75 kPa,而单桩复合地基承载力特征值为240 kPa,与本区黄土承载力特征值相比有较大提高.处理后的地基土层干密度、孔隙比与处理前的平均参考值相比,基本没有变化,而压缩模量增幅较大,桩间土的湿陷性消除.桩间距越小,地基土的处理效果越佳,但处理效果受桩间距影响不显著.研究表明,采用冲击沉管或振动沉管工艺施工素土挤密桩,抱管及塌孔现象严重,工效不佳.施工工艺及参数应根据工程特点合理选择,才能同时满足地基承载力及施工工效的要求.     

多变量灰色模型及其在钻孔瓦斯流量预测中的应用

钻孔瓦斯流量直接关系着钻孔抽放煤层瓦斯涌出量及钻孔瓦斯涌出初速度的判定,因此研究钻孔瓦斯流量的变化及发展趋势具有较大实用价值。钻场中各钻孔瓦斯流量与其周围煤(岩)的渗透性、强度、瓦斯压力和地应力等因素之间是灰色的非线性关系[1]。笔者把钻场中互相影响的各钻孔看作一个系统,建立多变量灰色模型(MGM(1,n));借助MATLAB软件,实现对钻场中多钻孔的瓦斯流量的预测;克服了过去钻场中单钻孔瓦斯流量预测的结果与实际测量值吻合程度不理想的弊端。与此同时,结合工程实例,将多变量模型模拟和单点模型模拟的结果进行比较,其结果表明多变量灰色模型预测精度较高,对瓦斯抽放设计和矿井安全生产具有较大的指导意义。     

客车侧翻评价指标的估计与灰色预测研究

为精确评价客车侧翻危险程度和补偿防侧翻控制系统的时滞,提出客车横向载荷转移率(LTR)在线估计和灰色预测方法。首先,根据车辆结构参数和车辆动力学理论建立3自由度客车侧翻动力学模型;然后建立客车LTR的估计模型,并基于Trucksim和Matlab/Simulink联合仿真模型,在J-Turn试验工况下分析估计模型的精度;最后,为补偿控制系统的时滞,利用灰色预测模型在线预测车辆LTR,同样基于联合仿真模型分析预测精度。分析结果表明,用估计模型能准确估计客车的LTR,相对误差在4.3%以内;用灰色预测模型能准确预测客车LTR,最大相对误差在5%左右,且建模维数和提前预测时间对预测精度有较大影响。     

基于粒子群优化的DGM（1,1）模型在基坑变形安全预测中的研究

为确保基坑施工期间发生变形后能够正常使用,将变权缓冲算子结合DGM(1,1)模型构造出变权离散灰色模型,利用相对误差、后验差比,灰色绝对关联度3种精度检验法作为粒子群算法适应度建立模型,构造PSO-VWDGM(1,1)模型,并结合实际工程监测数据研究不同适应度对基坑变形预测精度的影响。研究结果表明:不同适应度函数对预测精度存在较大影响,以灰色绝对关联度作为适应度建立模型预测精度较高,可以更好应用在工程中。研究成果可为工程施工阶段的基坑变形预测、稳定性分析与灾害评估、预警提供参考。     

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%。     

盾构隧道下穿建筑物引起的地表沉降分析及控制研究

以广东某区间地铁隧道下穿单层工业厂房为工程背景,在ANSYS平台建立了地铁盾构施工的三维模型,再通过有限差分软件FLAC3D对不同工况下不同开挖阶段的横、纵向地表沉降进行数值模拟计算,研究了盾构隧道开挖时的空间效应和时间效应对地表沉降及周围建筑物的影响规律。同时针对上软下硬复合地层中的沉降控制技术进行研究,可为类似工程的沉降控制提供有力参考。     

新建铁路路基斜交超浅埋地铁的变形监控与安全评估

为评估深厚软土地区临近超浅埋地铁施工对盾构的扰动,结合斜交超浅埋地铁的某客运专线桩板结构路基工程,基于"第三方监测"的工程安全监控模式进行施工及试运营期间的安全评估,并研究了各阶段的变形规律及安全敏感因素。研究结果表明:地铁水平位移只出现于桩基施工阶段;沉降变形与收敛变形则贯穿于整个施工与运营阶段,变形值呈"增大—减小—稳定"的趋势;地铁变形中沉降影响最大,收敛变形次之,水平位移最小,且变形极值均小于安全限值,说明地铁结构是安全的;桩板结构有效控制了后续沉降的发生,大大降低了新建客运专线与既有地铁的相互影响。     

基于灰色拓扑的公共聚集场所火灾预测模型

根据1991—2006年间中国公共聚集场所火灾统计资料,针对公共聚集场所火灾影响因子的不确定性和数据的波动性,运用灰色拓扑预测方法探讨公共聚集场所火灾发生的规律,并建立灰色拓扑预测模型,预测未来5年内火灾发生情况。结果表明,所建立的灰色拓扑预测模型的检验精度都达到"好"的标准。因此,采用该模型对公共聚集场所火灾发生情况进行预测,其结果比较可靠,可供消防部门参考。     

煤矿百万吨死亡率动态无偏灰色马尔科夫预测

为掌握我国煤炭行业整体安全生产状况,构建动态无偏灰色马尔科夫模型,通过处理我国1999—2008年度煤矿百万吨死亡率数据,对2009—2011年度煤矿百万吨死亡率数据进行预测。用无偏灰色GM(1,1)模型代替传统灰色GM(1,1)模型,拟合得到煤矿百万吨死亡率数据的变化趋势,在此基础上应用马尔科夫模型进行预测,并在每一次预测中更新原始数据,最后对预测结果进行对比分析。计算结果表明:动态无偏灰色马尔科夫模型既能消除传统灰色GM(1,1)模型的固有偏差,又能提高预测精度尤其是中长期预测精度。其中,平均绝对误差为3.35%,平均相对误差为3.85%,均低于传统灰色GM(1,1)模型和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百万吨死亡率数据的平均预测精度超过96%。