建筑物变形监测数据分析中的灰色改进模型应用研究

摘要

随着我国经济的飞速发展，城市化进程日益加快，高层及超高层建筑物越来越多。为了保证建筑物的正常使用和安全性，对其在建及使用过程中进行系统的监测是必要的。变形监测的目的是利用观测所积累的变形数据，分析和把握变形体的变形特征和规律，进而对其变形趋势作出预测。经多年研究、实践，目前对变形观测数据的分析、处理，已形成了一套较为成熟的理论体系，建立了丰富的趋势拟合与预测预报模型，如回归模型、卡尔曼滤波模型、时间序列模型(ARMA)、人工神经网络模型、小波理论以及灰色GM模型等。 灰色系统理论是以“部分信息已知，部分信息未知”的“小样本”、“贫信息”不确定性系统为研究对象，通过对“部分”已知信息的生成、挖掘，以实现对整个系统的确切描述和认识。变形监测的数据本身就是变形体的离散灰色序列，所以将灰色系统理论应用于变形监测数据的分析处理不失为一种现实而有效的选择。 本文以西安市朱雀大厦及其周边建筑物与地表的沉降观测数据为基础，经大量的数据试算分析，探讨和研究了灰色模型用于变形监测数据处理的若干关键问题：建模序列长度的不同对模型精度的影响、计算零点的不同对模型精度的影响和累加次数的不同对模型精度的影响；结合国内外对灰色改进模型的学术研究现状和进展，总结了改进灰色模型精度的一系列方法和原理，提出了适用于建筑物变形监测数据处理的灰色改进模型，包括：等维新息模型和等维灰数递补模型、对原始序列的预处理、对传统GM(1，1)的改进、灰色组合模型等，给出了其原理方法并通过工程实例的计算，验证了改进模型在变形监测数据处理的可行性和有效性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1变形监测的目的和意义

1.2变形监测的主要内容与分类

1.3变形监测技术现状与发展

1.4变形监测数据处理方法与研究进展

1.4.1变形监测数据处理方法概述

1.4.2变形分析与预测研究的发展趋势

1.5问题的提出与本文的研究内容

1.5.1问题的提出

1.5.2本文的研究内容

第二章灰色系统理论和灰色模型

2.1灰色系统理论的产生和发展

2.2灰色系统理论的基本概念、内容与原理

2.2.1灰色系统的基本概念

2.2.2灰色系统理论的研究内容和特点

2.2.3灰色系统理论的基本原理

2.3灰色模型的实质和特点

2.4灰色时间序列

2.4.1灰色序列生成

2.4.2累加生成灰指数律(Grey Exponential Law)

2.5灰色预测模型(GM(1,1)模型)

2.5.1灰色预测的分类

2.5.2灰色模型用于变形监测数据处理的优点

2.5.3 GM(1，1)建模机理

2.5.4 GM(1，1)的建模过程

2.5.5 GM(1，1)模型的可行性判断

2.5.6数据变换问题

2.5.7灰色模型精度检验

第三章基于工程实例的GM(1,1)模型若干问题探讨

3.1朱雀大厦工程概况

3.1.1工程概况

3.1.2沉降数据

3.2序列长度的不同对模型精度的影响

3.3计算零点的不同对模型精度的影响

3.4累加次数的不同对模型精度的影响

第四章变形监测数据处理的灰色改进模型

4.1灰色改进模型概述

4.2等维新息和等维灰数递补GM(1，1)

4.3对原始数据的变换

4.3.1施加序列算子

4.3.2原始序列平滑处理

4.3.3非等间隔GM(1，1)模型

4.4对传统GM(1，1)的改进

4.4.1 GM(1，1)初值的讨论

4.4.2 GM(1，1)背景值的改进

4.5灰色组合模型

4.5.1灰色残差组合模型

4.5.2灰色线性回归组合模型

第五章 灰色改进模型的工程应用

5.1原始序列的变换及平滑处理

5.2原始序列等间隔处理

5.3背景值加权系数的选取

5.4初始条件的选取

5.5灰色线性回归组合模型建模结果

结论

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢