...基於系統聚類-加權馬爾科夫耦合模型滑坡預警 方法研究與應用...

2021-01-15 全國能源信息平臺

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創新點

（1）從隨機過程角度對滑坡位移加速度 a>0 這一滑坡判據進行了新的描述。

（2）運用聚類分析將GPS速度觀測信號轉換為狀態信號，並對結合滑坡判據對採集到的表面位移監測數據進行滑坡速度狀態的判識。

（3）提出了以預警區域敏感度、預警正確率與預測共識率為評估函數來檢驗滑坡預警模型的正確性和有效性，結合經典滑坡案例進行模型的驗證對比分析，對滑坡預警方法提供了借鑑意義。

作 者

王　東,杜　涵,王前領

作者單位

遼寧工程技術大學礦業學院

研究背景

世界上有很多國家面臨地質災害頻發的問題,人民生命財產安全和社會發展受到了嚴重威脅。隨著量測技術的發展和儀器精度的提高,安全監測在邊坡工程中的應用越來越廣泛,彌補了極限平衡法、數值模擬等手段在邊坡動態穩定性分析方面的不足。充分利用其獲得的動態監測數據對失穩邊坡進行預警成為了巖土工程領域的研究熱點。

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摘 要

滑坡的非線性運動規律及演化過程中表現出的隨機性態一直是滑坡災害預測研究的難點之一。針對現有滑坡預警理論與方法仍存在的可信度較低、錯誤率高及預警不及時等問題,基於馬爾科夫鏈理論和系統聚類基本思想,視滑坡過程中的位移速度演變為馬爾科夫過程,運用聚類分析將GPS 速度觀測信號轉換為狀態信號,從隨機過程角度對滑坡位移加速度a>0 這一滑坡判據進行了新的描述。認為當監測獲得的前日、當日位移速度以及預測獲得的次日位移速度狀態均為「 異常」,且動態樣本的位移速度均值和標準差持續增大時,預示著滑坡即將發生;在兼顧應規避滑坡預警滯後性的同時,還考慮了預警模型的降噪能力及可信度等3 方面需求,提出了以預警區域敏感度、預警正確率與預測共識率為評估函數來檢驗滑坡預警模型的正確性和有效性,進而提出了系統聚類-加權馬爾科夫鏈耦合滑坡預警方法;結合平莊西露天煤礦頂幫「4·17」 滑坡工程實例,以GPS 表面位移監測數據為訓練集和測試集,對該滑坡預警方法的合理性進行了驗證。研究表明:採用該滑坡預警方法,不僅可及時、準確的確定滑坡預警時刻,還可體現滑坡啟動、發生、發展在區域上的動態演變過程;對於平莊西露天煤礦的「4·17」 滑坡,最佳樣本容量為20,此時的平均7 d 預警敏感度為84%,對全部監測點的期望預警正確率為93%,平均預測共識率為76%,能夠滿足工程需要。

3

文中部分圖片

圖2　滑坡預警判斷流程

圖3　平莊西露天礦遙感正射衛星圖

圖4　滑坡區全貌

圖6　「4·17」滑坡前後剖面

圖8　譜系聚類

圖13　最優模型參數下的預警效果

圖14　滑波前各監測點滑坡區內外預警信息

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作者簡介

王東，男，1978年2月17日生，遼寧法庫人，遼寧工程技術大學科技處副處長，教授，博士生導師。曾任礦業學院副院長。在《煤炭學報》、《巖石力學與工程學報》等學術期刊發表學術論文70餘篇，其中EI收錄13篇；授權發明專利3項，參加制定國家標準1項、行業規範1部。

研究方向

露天開採、露天礦邊坡設計優化。

主要成果

作為負責人承擔國家自然科學基金2項、省部級縱向項目和企事業委託項目12項。研究成果獲省部級一等獎3項、二等獎4項等14項科研獎勵。

來源：

王東,杜涵,王前領. 基於系統聚類-加權馬爾科夫耦合模型滑坡預警方法研究與應用[J]. 煤炭學報,2020,45(5):1783-1794.

WANG Dong,DU Han,WANG Qianling. Research and application for early warning of landslides based on hierarchical clustering coupling weighting Markov Chain model[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(5):1783-1794.

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責任編輯：陶賽

編輯整理：劉暘

審 核：常琛

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