雙曲線模型的卡爾曼濾波法在建筑物沉降預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

本文參考有關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合西安高新區(qū)sohu同盟北樓d7點(diǎn)沉降量觀測(cè)數(shù)據(jù)分析實(shí)例。以卡爾曼濾波的4個(gè)特點(diǎn)（見(jiàn)本文末）。介紹了自適應(yīng)卡爾曼濾波系統(tǒng)在建筑物變形監(jiān)測(cè)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方面的應(yīng)用及其優(yōu)越性。

卡爾曼濾波由于能夠?qū)崟r(shí)快速地處理大量的變形數(shù)據(jù),并能夠預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的變化狀態(tài)等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理。本文論述了方差補(bǔ)償自適應(yīng)卡爾曼濾波模型,將自適應(yīng)卡爾曼濾波模型應(yīng)用到光纖光柵動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)上,基于matlab編程實(shí)現(xiàn)模型的建立并運(yùn)用該模型對(duì)建筑物變形進(jìn)行分析與預(yù)測(cè),取得了較好的效果,證實(shí)了方差補(bǔ)償自適應(yīng)卡爾曼濾波在濾波和預(yù)測(cè)方面的可行性。

本文參考有關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合西安高新區(qū)sohu同盟北樓d7點(diǎn)沉降量觀測(cè)數(shù)據(jù)分析實(shí)例。以卡爾曼濾波的4個(gè)特點(diǎn)（見(jiàn)本文末）。介紹了自適應(yīng)卡爾曼濾波系統(tǒng)在建筑物變形監(jiān)測(cè)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方面的應(yīng)用及其優(yōu)越性。

為提高地表沉降預(yù)測(cè)精度,針對(duì)灰色預(yù)測(cè)模型(gm(1,1))易受隨機(jī)干擾影響致使預(yù)測(cè)精度不高的問(wèn)題,建立了基于卡爾曼濾波的灰色理論預(yù)測(cè)模型?？紤]到沉降量受到溫度和時(shí)間因素影響較大的特點(diǎn),將地表的沉降看作時(shí)間、溫度的相關(guān)函數(shù)來(lái)建立卡爾曼濾波模型,并利用迭代濾波理論和levenbergmarquardt優(yōu)化濾波,構(gòu)建改進(jìn)的卡爾曼濾波模型。改進(jìn)的卡爾曼濾波模型與灰色模型相結(jié)合,應(yīng)用于地表沉降預(yù)測(cè)中,并將改進(jìn)的卡爾曼濾波灰色模型預(yù)測(cè)結(jié)果與卡爾曼濾波灰色模型的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。實(shí)例計(jì)算表明,使用改進(jìn)的卡爾曼濾波對(duì)消除檢測(cè)數(shù)據(jù)擾動(dòng)誤差后的數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色模型預(yù)測(cè)的精度相比于單純灰色預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)精度更高。

對(duì)于工程建設(shè)者來(lái)說(shuō),準(zhǔn)確進(jìn)行工程造價(jià)預(yù)測(cè)決定著投標(biāo)成敗以及在工程實(shí)施過(guò)程中能否盈利的關(guān)鍵。利用同一公司過(guò)去幾年承建同類工程的資料,建立灰色gm(1,1)模型,同時(shí),采用卡爾曼序貫濾波算法減弱數(shù)據(jù)序列的隨機(jī)性。通過(guò)實(shí)例仿真結(jié)果表明,該方法比傳統(tǒng)灰色模型具有更好的預(yù)測(cè)效果,具有使用價(jià)值。

為了確保建筑物施工、運(yùn)營(yíng)期間的安全,需要進(jìn)行沉降觀測(cè).分析了沉降觀測(cè)的流程和要求,在沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,提出了使用雙曲線進(jìn)行沉降預(yù)測(cè)的方法,從而可以根據(jù)預(yù)測(cè)的沉降量,科學(xué)決策,確定沉降觀測(cè)的周期.

為了提高超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)的精度,通過(guò)卡爾曼濾波理論建立了實(shí)時(shí)調(diào)度子系統(tǒng)的超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)模型,并用兩種方法對(duì)基本模型進(jìn)行改進(jìn)。利用電能管理系統(tǒng)記錄的各交易段實(shí)際調(diào)度負(fù)荷和各競(jìng)價(jià)電廠以機(jī)組申報(bào)的競(jìng)價(jià)數(shù)據(jù),預(yù)測(cè)未來(lái)各時(shí)段的調(diào)度負(fù)荷。通過(guò)對(duì)3種模型所預(yù)測(cè)出的電力短期負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果比較,表明對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比例變換的預(yù)測(cè)方法更為理想。

基于灰色關(guān)聯(lián)分析的卡爾曼濾波在橋梁變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用——在某長(zhǎng)江特大橋橋面撓度變形監(jiān)測(cè)過(guò)程中,考慮引起橋梁撓度變化的相關(guān)因素,采用灰色關(guān)聯(lián)分析確定其中較重要的影響因子后,在傳統(tǒng)卡爾曼濾波模型基礎(chǔ)上建立改化后的狀態(tài)方程和觀測(cè)方程,從而完成相關(guān)因素...

在某長(zhǎng)江特大橋橋面撓度變形監(jiān)測(cè)過(guò)程中,考慮引起橋梁撓度變化的相關(guān)因素,采用灰色關(guān)聯(lián)分析確定其中較重要的影響因子后,在傳統(tǒng)卡爾曼濾波模型基礎(chǔ)上建立改化后的狀態(tài)方程和觀測(cè)方程,從而完成相關(guān)因素的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明,基于灰色關(guān)聯(lián)分析的卡爾曼濾波對(duì)橋梁撓度變化的預(yù)測(cè)結(jié)果比傳統(tǒng)濾波模型更加接近最終實(shí)測(cè)值,具有更高的準(zhǔn)確性與可信度。

最小二乘法擬合橢圓過(guò)程中,把所有樣本點(diǎn)都當(dāng)作準(zhǔn)確值,但當(dāng)擬合點(diǎn)中出現(xiàn)噪聲和孤立點(diǎn)時(shí),擬合出的橢圓誤差較大,而最小平方中值法具有較好的穩(wěn)健性,但該方法計(jì)算量大,計(jì)算不方便。針對(duì)這種情況,筆者首先使用最小平方中值法擬合出一組橢圓參數(shù),然后利用中位數(shù)法剔除孤立點(diǎn),最后使用卡爾曼濾波方法修正橢圓的參數(shù),通過(guò)模擬實(shí)例和工程實(shí)例,證明該算法能夠剔除孤立點(diǎn),并且擬合出的橢圓具有較小的形狀誤差,因此該方法可以推廣到實(shí)際工程中應(yīng)用。

提出了跳變系統(tǒng)檢測(cè)的卡爾曼濾波算法，與鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)信號(hào)特征相對(duì)應(yīng)，設(shè)計(jì)了鋼絲繩斷絲定量識(shí)別的多重假設(shè)檢測(cè)方法，克服了差分超門限方法不能考慮背景噪聲、測(cè)量噪聲及誤判率的不足，可以在線監(jiān)測(cè)鋼絲繩狀態(tài)。

文中研究了kalman濾波方法在建筑物沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用,并利用模擬和實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù),分別采用了標(biāo)準(zhǔn)kalman濾波,抗差自適應(yīng)kalman濾波,雙自適應(yīng)因子濾波三種方案進(jìn)行了濾波處理,比較和分析了各種方案的優(yōu)點(diǎn)和不足,以指導(dǎo)實(shí)踐應(yīng)用.

文中研究了kalman濾波方法在建筑物沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用,并利用模擬和實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù),分別采用了標(biāo)準(zhǔn)kalman濾波,抗差自適應(yīng)kalman濾波,雙自適應(yīng)因子濾波三種方案進(jìn)行了濾波處理,比較和分析了各種方案的優(yōu)點(diǎn)和不足,以指導(dǎo)實(shí)踐應(yīng)用。

卡爾曼濾波作為一種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理方法已在許多測(cè)量領(lǐng)域得到應(yīng)用,就卡爾曼濾波方法在施工變形測(cè)量應(yīng)用中,如何建立濾波模型和精度評(píng)定問(wèn)題進(jìn)行探討,提出解決這些問(wèn)題的方法,并通過(guò)一個(gè)實(shí)例說(shuō)明這些方法的有效性。

在傳統(tǒng)gm(1,1)模型的基礎(chǔ)上考慮初始條件選取的理論缺陷,提出了改進(jìn)的灰色預(yù)測(cè)模型。通過(guò)在隧道開挖后上方建筑物沉降預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比分析得出,該模型具有良好的精度,并具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。

介紹灰色非等間距gm(1,1)模型的建立及其精度評(píng)定方法,著重探討模型精度的主要影響因素,并從模型背景值的構(gòu)造以及初值選取兩個(gè)方面對(duì)灰色非等間距gm(1,1)模型進(jìn)行改進(jìn),結(jié)合高層建筑沉降監(jiān)測(cè)實(shí)例進(jìn)行預(yù)測(cè)結(jié)果分析,結(jié)果表明,改進(jìn)后的灰色模型具有較高的精度,在沉降預(yù)測(cè)中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

針對(duì)建筑物出現(xiàn)的變形問(wèn)題,提出在現(xiàn)有建筑物觀測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,在mtalab的語(yǔ)言環(huán)境下,建立gm(1,1)模型,來(lái)預(yù)測(cè)該建筑物的沉降量。分析結(jié)果表明,把灰色gm(1,1)模型和matlab結(jié)合起來(lái)預(yù)測(cè)建筑物的沉降發(fā)展趨勢(shì)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

為了克服建筑物變形預(yù)測(cè)中單一模型預(yù)測(cè)精度差、不穩(wěn)定的問(wèn)題,本文融合了適應(yīng)性強(qiáng)、互補(bǔ)性好的自回歸滑動(dòng)模型、灰色模型和三次指數(shù)平滑法三種模型,基于誤差平方和最小準(zhǔn)則,采用滾動(dòng)時(shí)間域的方式構(gòu)建了非負(fù)變權(quán)組合預(yù)測(cè)模型.工程應(yīng)用表明:非負(fù)變權(quán)組合預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)精度、可靠性優(yōu)于三種單一預(yù)測(cè)模型、方差倒數(shù)組合預(yù)測(cè)模型以及等權(quán)組合預(yù)測(cè)模型.研究成果對(duì)建筑物沉降預(yù)測(cè)具有較好的參考價(jià)值.

本文首次將卡爾曼濾波法應(yīng)用于懸索橋主纜架設(shè)階段施工控制。以基準(zhǔn)索股的線形為施工預(yù)測(cè)和控制對(duì)象，首先利用卡爾曼濾波法消除施工中的隨機(jī)噪聲，得到系統(tǒng)在統(tǒng)計(jì)意義上無(wú)偏的最優(yōu)估計(jì)值；然后建立系統(tǒng)的最優(yōu)終點(diǎn)控制公式計(jì)算出索股的最優(yōu)調(diào)整值

建立合理有效的模型對(duì)建筑物的變形進(jìn)行分析是至關(guān)重要的。通過(guò)具體工程實(shí)例分析了gm(1,1)模型、kalman濾波以及自適應(yīng)kalman濾波各自的特點(diǎn):gm(1,1)模型較為適合變形趨勢(shì)呈指數(shù)或線性分布的變形分析與預(yù)測(cè),而kalman濾波對(duì)建筑物變形趨勢(shì)呈線性或波形具有較好的預(yù)測(cè)效果;在相同的條件下,自適應(yīng)kalman濾波較kalman濾波模型的收斂性及自適應(yīng)性好,更接近于實(shí)際,具有一定的應(yīng)用效果。

建筑施工中,沉降觀測(cè)是監(jiān)測(cè)建筑物是否安全的重要環(huán)節(jié)。為此,將灰色系統(tǒng)理論應(yīng)用于建筑物沉降變形數(shù)據(jù)分析,結(jié)合實(shí)例,驗(yàn)證了灰色gm(1,1)預(yù)測(cè)方法在建筑物沉降監(jiān)測(cè)中應(yīng)用的可行性和可靠性。

本論文先簡(jiǎn)單介紹建筑物沉降觀測(cè)的基本內(nèi)容和預(yù)測(cè)方法,再重點(diǎn)介紹非等間距灰色理論模型的基本原理、模型及其應(yīng)用,采用了一個(gè)實(shí)例預(yù)測(cè)分析了其模型gm(1,1)在建筑物沉降預(yù)報(bào)中的結(jié)果,對(duì)比多項(xiàng)式擬合方法預(yù)測(cè)結(jié)果,驗(yàn)證了非等間距灰色模型對(duì)建筑物沉降預(yù)測(cè)中的有效性。