偏最小二乘回归在大坝安全监测资料分析中的应用研究

摘要

大坝安全监测是掌握大坝运行状态,保证大坝安全运行的重要措施,也是检验设计成果和监察施工质量的有效手段。监测资料分析就是从观数据中提取出蕴藏的信息,为大坝的运行管理提供有价值的资料。本文针对最小二乘回归方法在统计模型建模过程中存在的不足,研究认为采用偏最小二乘回归方法对统计模型进行建模是行之有效的,并将该成果应用到黑河土石坝的渗流、变形回归分析中。此项研究为大坝安全监测资料分析做出有益的探讨。 论文主要研究内容如下： 文章着重对黑河土石坝渗流、变形稳定进行分析研究,首先对黑河土石坝监测资料进行时间与空间相关性分析,得出了大坝的渗流、变形规律,在此基础上对大坝渗流、变形稳定作出定性分析；然后选择与渗流、变形密切相关的因子,建立大坝渗流、变形统计模型；用偏最小二乘回归方法进行回归,得出大坝渗流、变形的偏最小二乘回归统计模型,对模型进行定性分析。 本文主要研究成果： (1)根据监测资料的时空相关性特点,分析了黑河土石坝渗流规律,并给出了科学解释。在此基础上选择合理的因子,建立偏最小二乘回归渗流统计模型。选择合理标准,对大坝渗流是否趋于稳定作出评价。 (2)运用Bootstrap方法对得到的偏最小二乘渗流统计模型回归系数进行非参数检验。从而删除对系统无解释作用的变量,给出一个更加合理、有效的自变量集合。 (3)通过对黑河土石坝垂直变形观测资料的常规分析,得出大坝的变形规律,对大坝变形稳定性作出定性分析；根据大坝变形在填筑期主要受填土高度与时效分量的耦合影响,建立大坝变形的变形分析模型：并进行偏最小二乘回归实现了对变形的定性分析。运用时效判别标准,对大坝变形稳定性进行评判。

目录

文摘

英文文摘

声明

1.绪论

1.1大坝安全监测的目的和意义

1.2大坝安全监测分析的内容

1.3大坝安全监测国内外研究状况

1.4偏最小二乘回归的国内外研究状况

1.4.1常用统计建模方法缺点与不足

1.4.2大坝监控模型因子多重相关性问题

1.4.3偏最小二乘回归方法的历史和应用现状

1.5本文的研究内容与技术路线

2.偏最小二乘回归方法基础理论

2.1偏最小二乘回归的基本原理

2.1.1常用统计量及数据预处理

2.1.2偏最小二乘回归的基本思想

2.1.3偏最小二乘回归的数学原理

2.1.4偏最小二乘回归的实用算法

2.1.5偏最小二乘成分确定

2.1.6偏最小二乘基本性质

2.2偏最小二乘回归的辅助分析技术

2.2.1精度分析

2.2.2判断自变量与因变量的相关关系

2.2.3变量投影重要性指标（VIP）

2.2.4特异点的判别

2.2.5数据重构的质量分析

2.3偏最小二乘回归参数检验与自变量选择的Bootstrap方法

2.3.1 Bootstrap方法简介

2.3.2偏最小二乘回归参数检验的Bootstrap方法实施步骤

2.4小结

3.西安市黑河金盆水利枢纽工程大坝安全监测系统

3.1工程简介

3.2工程地质条件

3.3黑河金盆水库大坝安全监测布置图

3.3.1黑河金盆水库拦河坝渗流安全监测布置

3.3.2黑河金盆水库拦河坝变形安全监测布置

4.大坝渗流分析

4.1大坝渗流观测资料常规分析

4.1.1大坝渗流稳定性定性分析

4.1.2小结

4.2渗流压力统计分析模型选择

4.2.1渗流滞后性分析

4.2.2渗流因子选择

4.2.3黑河土石坝渗流压力统计模型

4.2.4渗流时效分量的判别标准

4.2.5小结

4.3偏最小二乘回归渗流统计模型的建立

4.4渗流统计模型的偏最小二乘回归辅助分析

4.4.1自变量与因变量的相关关系分析

4.4.2精度分析

4.4.3自变量在解释因变量时的作用

4.4.4特异点的发现

4.4.5数据重构的质量分析

4.4.6偏最小二乘渗流统计模型结果评价

4.4.7小结

4.5偏最小二乘回归渗流统计模型各分量分离结果分析

4.6大坝渗流稳定综合分析

4.7偏最小二乘渗流统计模型Bootstrap参数检验方法

4.8小结

5.大坝变形分析

5.1大坝垂直变形观测资料常规分析

5.1.1大坝垂直变形定性分析

5.1.2小结

5.2变形统计分析模型

5.2.1影响土石坝变形因素

5.2.2变形统计分析模型

5.2.3变形时效分量的判别标准

5.2.4小结

5.3偏最小二乘回归变形统计模型的建立

5.4垂直变形模型的偏最小二乘回归辅助分析

5.4.1自变量与因变量的相关关系分析

5.4.2精度分析

5.4.3自变量在解释因变量时的作用

5.4.4特异点的发现

5.4.5数据重构的质量分析

5.4.6偏最小二乘变形统计模型结果评价

5.4.7小结

5.5偏最小二乘回归变形统计模型各分量分离结果分析

5.6大坝变形稳定综合分析

5.7小结

6.总结与展望

致谢

参考文献

附录