一种大坝监测量最佳统计模型优选方法与流程

技术特征：
1.一种大坝监测量最佳统计模型优选方法，其特征在于：它包括如下步骤：步骤1)输入输出数据的准备：由实际大坝工程获得监测数据，并对监测数据进行预处理，剔除粗大误差或异常测值；然后按最佳统计模型优选原则，准备好回归分析数据系列和检验数据系列；步骤2)统计模型类属确定：首先根据工程经验和监测量物理成因确定统计模型组成分量，然后在不同效应量统计模型各分量的因子可选域中选择合适的因子进行组合，得到l个统计模型m
i
(1≤i≤l)；步骤3)统计模型参数识别：基于回归数据系列，对于集合m中的不同模型，采用回归分析或优化方法辨识统计模型系数，并获得相应的复相关系数r
i
；步骤4)对所建统计模型进行检验分析：采用检验数据系列，对参数辨识的统计模型进行检验分析，获得相对于检验数据系列的均方根误差rmse
i
；步骤5)最佳统计模型决策分析：将回归拟合精度(即复相关系数r
i
)、模型因子数n
i
和检验效果(即均方根误差rmse
i
)进行标准化，获得相应的标准化后的拟合良好性f
i
、模型简单性s
i
及检验有效性v
i
，进而计算决策量，最大决策量对应的统计模型即为最佳统计模型。2.根据权利要求1所述的一种大坝监测量最佳统计模型优选方法，其特征在于：所述步骤1)中，监测数据包括环境量或变形或渗流或应力应变监测数据；最佳统计模型优选原则为拟合的良好性、模型的简单性和检验的有效性。3.根据权利要求1所述的一种大坝监测量最佳统计模型优选方法，其特征在于：所述步骤1)中，为了使经过优选后的最佳统计模型具备更强的鲁棒性，将监测数据划分为回归分析数据与检验数据系列，其中前者用于建立回归方程，要求监测效应量的组数与模型因子的比值在5～10倍；后者不参与回归方程的计算，而用作检验回归效果。4.根据权利要求1所述的一种大坝监测量最佳统计模型优选方法，其特征在于：所述步骤2)中，根据工程经验和监测量物理成因，确定统计模型组成分量，进而由输入响应的统计模型各分量的因子可选域，组合得到模型类属集合m，将这些模型记为m1,m2…
m
i
…
,m
l
(1≤i≤l)，则有m＝{m1,m2…
m
i
…
,m
l
}。5.根据权利要求1所述的一种大坝监测量最佳统计模型优选方法，其特征在于：所述步骤3)中，采用逐步回归分析或优化算法，基于回归数据系列，对于集合m中的不同模型，优化辨识统计模型系数，并获得相应的复相关系数r
i
；式中：y
j
、和分别为回归分析数据系系列实测值、拟合值和平均值，m为回归分析数据系列组数。6.根据权利要求1所述的一种大坝监测量最佳统计模型优选方法，其特征在于：所述步骤4)具体为：据步骤3)中获得的基于回归数据系列的不同统计模型系数，将检验数据系列代入至各个不同的统计模型中，得到相对于的拟合值，采用式(2)计算拟合值与实测值偏差的平方与监测次数n比值的平方根，即均方根误差rmse
i
；
式中：y
j
和分别为检验数据系列实测值、拟合值，n为检验数据系列组数。7.根据权利要求1所述的一种大坝监测量最佳统计模型优选方法，其特征在于：所述步骤5)具体包括：步骤5-1：对步骤3)、步骤4)中获取的回归拟合精度(即复相关系数r
i
)、模型因子数n
i
和检验效果(即均方根误差rmse
i
)进行标准化与归一化处理；对于回归拟合精度(即复相关系数r
i
)，采用式(3)对复相关系数进行归一化处理；对于模型因子数n
i
和检验效果(即均方根误差rmse
i
)，采用式(4)对模型因子数与均方根误差进行归一化处理；行归一化处理；式中：x
i
、x
j
分别为复相关系数、模型因子数和均方根误差归一化后的无量纲数值；x
max
、x
min
分别表示复相关系数、模型因子数和均方根误差的最大值和最小值；归一化处理后需对回归拟合精度、模型因子数和检验效果进行标准化，采用的标准化公式为：式中：y
m
为回归拟合精度、模型因子数和检验效果进行标准化后的无量纲数值；x
m
为回归拟合精度、模型因子数和检验效果归一化后的无量纲数值；步骤5-2：对回归拟合精度、模型因子数和检验效果进行标准化，获得相应的标准化后的拟合良好性f
i
、模型简单性s
i
及检验有效性v
i
，进而计算决策量，最大决策量对应的统计模型即为最佳统计模型，即m
opt
＝max{odc
i
}(1≤i≤l)，其中，odc
i
为决策量；综合上述统计模型优选原理、原则及标准化处理，获得统计模型优选决策量为odc
i
＝λ1f
i
λ2s
i
λ
3vi
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)式中：f
i
、s
i
、v
i
分别为回归拟合精度、模型因子数和检验效果的标准化值；λ1、λ2、λ3分别为相应的权重。

技术总结
本发明公开一种大坝监测量最佳统计模型优选方法，该方法包含以下步骤：步骤1）：输入输出数据的准备；步骤2）：统计模型类属确定；步骤3）：统计模型参数识别；步骤4）：对所建统计模型进行检验分析；步骤5）：最佳统计模型决策分析；本发明从系统论角度出发，发明一种以模型拟合良好性、检验有效性以及模型简单性三方面为优选原则的大坝监测量最佳统计模型优选方法，可有效避免目前广泛采用的数学模型过度着眼于拟合精度，而忽略了模型简单性原则定量分析的缺陷。缺陷。缺陷。


技术研发人员：黄耀英 何一洋 徐小枫 丁倩 徐世媚 余正源
受保护的技术使用者：三峡大学
技术研发日：2021.10.15
技术公布日：2022/2/8