基于人工神经网络的仪器地震烈度预测模型研究

地震发生后,针对能够快速预测震中附近的烈度分布情况的问题,首先对632次地震触发的台站进行筛选,对2 231个台站触发后20 s内有效的7个地震动参数以及震级和震源距的信息进行提取,并利用人工神经网络对所选数据样本进行训练,建立三种有效的预测模型。研究结果显示模型一所选的输入参数为7个,不利用震源参数,在预测中有着较好的时效性,从第1 s到20 s,预测的平均烈度差值逐渐减小到0.45;模型二所选的输入参数为8个,利用了震源距信息,可以用于烈度级别的预测,预测的平均烈度差值逐渐减小到0.36;模型三所选的输入参数为9个,预测结果较好,可用于震后烈度场的实时预测,平均烈度差值逐渐减小到0.31。利用提出的3种模型对两次地震事件进行烈度预测,预测烈度差值取整后分别有95%和76%以上在1以内,有着较好的结果,可以用于地震预警当中。

岩爆烈度预测的改进物元可拓模型与实例分析

应用改进的物元可拓理论,并选取影响岩爆烈度的主要因素,如硐室最大切向应力σθ、岩石单轴抗压强度σc、岩石单轴抗拉强度σt以及冲击倾向指数Wet,以σθ/σc、σc/σt及Wet作为岩爆烈度评价指标,建立岩爆烈度预测的改进物元可拓模型。该模型首先确定岩爆烈度分级标准,通过隶属函数对分级标准进行隶属化,并确定节域隶属化范围,弥补特征值可能超出节域而使关联函数失效的缺陷;然后运用博弈论,将评价指标客观动态权重与主观静态权重优化、融合,克服传统物元可拓评价中单纯依靠特征值赋权而忽略特征本身对评价结果的重要性的弊端;最后通过最大关联度准则对岩爆烈度等级进行预测,从而建立岩爆烈度预测的改进物元可拓模型。为进一步考察该模型有效性及实用性,运用该模型对国内外20个岩爆工程进行分析。应用结果表明:该模型预测结果与实际情况吻合较好,且与传统物元可拓评价方法和模糊数学综合评价方法得到的结果相比,具有更高的准确度。

变权靶心贴近度在岩爆烈度预测中的应用

针对岩爆烈度预测的不确定性和影响岩爆发生的各单个指标间互不相容的问题,将变权理论和靶心贴近度相结合,进行岩爆烈度预测。首先,该方法在考虑评判者偏好度的基础上,引入了一种均衡函数,给出了一种变权模式,用来计算各个指标的权重;然后,该方法构造了一种区间关联函数,将单指标关联函数的最大值作为靶心坐标,根据样本与靶心的贴近度来预测岩爆烈度,即靶心贴近度值越大,则岩爆烈度越接近该贴近度所对应的岩爆烈度等级;最后,将该方法应用于灵宝东峪矿区、冬瓜山铜矿和秦岭隧道岩爆预测等实例中,结果表明:该方法不仅可以准确、合理地预测岩爆烈度,而且相比其他方法,该方法不需要任何先验知识,使用起来更直接、更方便。

基于物元矩阵和理想点法的岩爆烈度预测

针对岩爆烈度预测问题,采用物元矩阵和理想点法进行了相关研究。在综合考虑影响岩爆发生的主要因素的基础上,以影响岩爆烈度的围岩最大切向应力与岩石单轴抗压强度比σθσc、岩石单轴抗压强度与岩石单轴抗拉强度比σcσt和弹性能量指数wet等三个常用影响因子为评价指标,并且通过改进的层次分析法和熵值法相结合的组合赋权法来评价各个指标的影响程度,构建了岩爆烈度的物元矩阵,以靠近岩爆烈度理想点的远近程度为判断标准,基于此原理建立了岩爆烈度预测的物元-理想点模型。最后,将该模型应用于秦岭隧道、灵宝东峪矿区和冬瓜山铜矿的岩爆烈度预测中,结果表明,该模型的预测结果与实际岩爆烈度基本一致,验证了该模型的可行性。同时,将本文模型和ANN法、Bayes法以及DDA法进行比较,预测结果大致相同,且该模型不需要任何先验知识,求解过程完全由样本驱动,可操作性较强,进一步证明了该模型的合理性和有效性。

基于等效数值法的岩爆烈度预测研究

岩爆是深部岩石地下工程中常见的自然灾害,因此,必须对岩爆烈度进行预测。选择围岩最大切向应力与其单轴抗压强度的比值σθ/σc、岩石单轴抗压强度与单轴抗拉强度的比值σc/σt以及岩石弹性能量指数Wet作为岩爆烈度评价指标,基于王元汉岩爆烈度分级标准建立了岩爆烈度等效数值法预测模型。国内外12个岩石地下工程的岩爆预测表明,本文模型预测结果与实际岩爆烈度非常吻合,与其他预测模型相比,所建议的模型简单易行,便于实际工程采用。

河西重点监视区烈度预测的研究

在前人研究的基础上，建立了适合于重点监视区烈度预测的概率方法的数学模型，并对该模型中影响预测结果的因素进行了灵敏度分析。发现预测的不确定性主要来自烈度衰减规律。根据概率分析中对正态分布函数不确定性校正的原理，提出了适于重点监视区内烈度预测中不确定性的校正方法，并将该方法应用于河西重点监视区。在确定震级－频度关系的过程中，考虑了地震活动性周期及震级间隔两方面的因素。

基于岩爆烈度预测的川藏铁路线路比选研究

拟建川藏铁路线路穿越区域地质条件复杂,隧道工程占比高、埋深大和岩体初始应力高,具备岩爆灾害发育的必要条件,岩爆地质灾害的分析预测对川藏铁路线路比选尤为重要。通过分析国内地下工程岩爆案例,再结合新建川藏铁路某段的实际情况分析岩爆影响因素,考虑指标的重要性、相关性和易获取性,选取岩石强度、地应力、地质构造和围岩级别4个指标,采用层次分析法(AHP)-专家打分法,建立隧道岩爆灾害烈度预测模型。通过对拟建川藏铁路某段的K、A和C三个比选方案的隧道岩爆灾害烈度进行预测,并通过统计分析获得C方案的岩爆灾害影响最小,为推荐选线方案。在新建川藏铁路某段的岩爆烈度预测实际应用表明,该模型能较为快速地进行岩爆烈度预测,在铁路前期选线阶段具有较好的适应性。

未来河北省各市的烈度预测

在对某地区的未来进行地震危险的预测时，由于所要依据的地震资料的缺乏而使要进行的预测遇到困难甚至不能进行，而对政府或社会来说，进行需要的是烈度的预测。而历史地震史料往往能给出要预测的地区历史遭受过的地震影响，包括不在该地区发生但影响到该地区的地震。为此，我们利用历史地震的史料，换算出本地区发生或影响到的所有超过某一烈度值的所有地震，以烈度值为预测因子，由最大似然法预测未来不同时间的烈度值。

基于熵-AHP-专家评分的围岩大变形烈度预测研究

围岩大变形地质灾害多发生于高地应力的软岩地下工程中,而随着中国深埋地下工程的增多,围岩大变形灾害的预测与防治已成为困扰地下工程的主要问题之一。通过对围岩大变形影响因素的分析,考虑预测指标的易获取性和快速预测大变形的要求,选取岩石强度、地应力、地下水、围岩完整性和围岩级别5个指标,采用熵-AHP综合线性求权重,基于专家评分法构建大变形烈度预测打分细则,并统计各大变形烈度等级与打分总值的关系,以此构建围岩大变形烈度预测模型,并将其应用于西部某公路隧道,统计结果证明了预测模型的合理性与适用性。

北美地区地震烈度预测方程

作为震级与距离函数的地震烈度预测方程是地震危险和风险评估及解释当代和历史地震信息的有用工具。在过去的几年中,Atkinson与Wald的地震烈度预测方程(2007;下文中称AW07)在"你感觉到了吗?"(DYFI)项目下描述报告的地震动水平和烈度方面一直非常成功。使用2000到2013年的DYFI观测数据的扩展编辑数据库对北美地震的AW07性能的评估检验表明,不存在修正这些方程的统计基础。但AW07方程的一个问题是它们对大震(M>6)预测了在近距离处的不切实际的中值烈度。在本研究中,通过协调地震烈度方程和地震动预测方程,我们修正了AW07,改善了大地震在近距离的烈度标度。

在高地震烈度区山区公路路线总体设计的思考

本文基于对高地震烈度区山区公路路线总体设计的深入思考,提出了一种新颖的设计方法。首先,结合地震学理论和工程地震动参数,进行公路线路的地震烈度分布预测,为线路总体布局及工程设施的设计提供科学依据。其次,探讨了地震作用下的山区公路稳定性评价方法,着重分析了滑坡、崩塌等地质灾害对线路稳定性的影响。介绍了公路线路设计中防灾减灾的基本策略和措施,以实现线路安全、经济、环保的目标。最后,以某高地震烈度区山区公路为例,验证了本文方法的有效性和实用性。本文的研究成果对高地震烈度山区公路设计具有重要的理论指导和实际应用价值。

旋转机组烈度趋势预测技术研究

组合预报在时序预测中应用广泛 ,而传统线性、非线性组合预报模型对各单项预测方法权系数的计算过于繁琐 ,并且多为定权系数 ,现有的神经网络组合预报模型又存在着对不同预测方法的特点强调不足的缺陷 ,针对以上两点 ,提出一种新的神经网络架构———变权重神经网络架构。这种新型神经网络架构利用了神经网络的非线性映射能力 ,避免了求解组合权系数的繁琐过程 ,又克服了对不同预测方法的适用性强调不足的缺陷。作为验证 ,给出模型在大型旋转机组烈度趋势预测中的应用实例。

基于未确知测度–直觉模糊集的岩爆烈度预测研究

岩爆是深部地下工程主要安全隐患之一,为了有效处理岩爆烈度预测过程中的模糊信息,建立基于未确知测度-直觉模糊集的岩爆烈度预测模型。选取岩石的单轴抗压强度σ_c、岩石的压拉比σc/σt、岩石的应力系数σθ/σc、岩石的弹性变形指数W_(et)、岩体的完整性系数K_v为岩爆预测指标。首先利用未确知测度的单指标测度函数处理岩爆指标测度值,得到基于直觉模糊集的指标模糊隶属度,并构建单指标直觉模糊集评价矩阵。然后综合多种主、客观赋权法,构建多源权重的直觉模糊集权重向量,从而获得样本的得分值与岩爆烈度等级。最后,基于直觉模糊集对指标权重模糊性进行分析,得到指标权重变化对岩爆预测结果的影响。将模型应用于20组国内外典型岩爆案例,并将预测结果与实际岩爆情况及其他3种模型的结果对比。研究结果表明,基于未确知测度-直觉模糊集的岩爆烈度预测模型的预测结果与实际情况吻合,指标权重波动敏感性与权重大小无关。该模型提高了岩爆预测的模糊信息表示能力,降低了样本质量对岩爆预测模型的影响。

一种持续实时预测仪器地震烈度的方法

为了在地震发生后能够快速并准确的预测仪器烈度,本文利用形状函数模拟P波触发后烈度的实时变化,探寻其中的规律,并最终做到实时的烈度预测。在地震发生后,P波触发台站的烈度可以进行实时计算,并呈逐渐增大的趋势。烈度的实时变化呈现一定的规律性,可以用函数进行描述。选取了四种形状函数描述烈度变化,并得到每个函数的拟合参数。利用2001年至2011年日本Ki K-net台网记录的352个地震事件中筛选的1 821个强震台站的数据对上述参数进行拟合计算,确定其中的参数和震源距的关系。使用本文方法对地震烈度进行预测的结果与其它预测方法进行了对比,结果表明,本文方法在预测50至150 km触发台站的仪器烈度时有着较好的结果,其它震源距范围的烈度预测结果还有改进的空间。

基于核主成分分析与SVM的岩爆烈度组合预测模型

为了更好地预测岩土工程中的岩爆烈度,建立了基于多类型核函数的主成分分析方法与遗传算法或粒子群优化算法(GA/PSO)优化的支持向量机(SVM)相结合的组合预测模型。选取围岩最大切向应力σθ、岩石单轴抗拉强度σt、岩石单轴抗压强度σc、应力集中系数SCF、脆性指数B1和B2以及弹性应变能指数Wet共7个指标构成岩爆预测指标体系。基于统计的246个国内外岩爆实例数据,分别运用主成分分析和基于线性核函数、RBF核函数以及MLP核函数的主成分分析对数据进行预处理,得到2~4个线性无关的主成分。再将降维后的数据输入GA/PSO优化的SVM模型进行训练和预测。经测试,基于RBF核函数的主成分分析方法与PSO-SVM相结合的模型预测准确率达到了92.3%,为最佳组合模型,为岩土工程中的岩爆烈度预测提供了一种可靠的方法。

基于海林格距离和AHDPSO-ELM的岩爆烈度等级预测模型

为提高岩爆烈度等级预测准确率,提出一种基于海林格距离过采样(HDO)和自适应混合差分粒子群优化算法(AHDPSO)-极限学习机(ELM)的预测模型。首先,在分析影响岩爆烈度因素基础上选取主要影响指标,采用HDO算法增加少数类样本数目,均衡各等级岩爆样本;然后,基于粒子群优化(PSO)算法,引入自适应种群间距和差分进化(DE)算法中变异算子设计AHDPSO,利用AHDPSO优选ELM的输入层权值和隐藏层阈值,构建岩爆烈度等级预测模型;最后,采用国内外301组岩爆样本对模型训练、测试并与其他模型对比。研究表明:经HDO算法均衡岩爆数据集后,整体的预测准确率提高11.91%,且各等级的平均预测准确率均得到提高;基于HDO的AHDPSO-ELM岩爆烈度等级预测模型平均预测准确率为98.92%,均方误差为0.0108,预测精度优于其他对比模型。

基于PCA-SOFM模型的岩爆烈度等级预测

岩爆受多种条件因素影响,需要岩爆预测指标体系的完整性。取弹性变形能指数W_(et)、应力系数σ_(θ)/σ_(c)、脆性系数σ_(c)/σ_(t)、单轴抗压强度σ_(c)、单轴抗拉σ_(t)和围岩切向应力σ_(θ)等指标构建岩爆倾向性预测指标体系。采用主成分分析(PCA)法对指标降维处理、提取指标数据主要信息,得到3个线性无关的主成分输入向量。将处理后的指标作为输入向量对3种不同自组织特征映射神经网络(SOFM)模型进行训练与测试,比较3个模型的方差和竞争层神经元聚类效果,得到输出层神经元个数为16的最优预测模型。最后引入12组国内外工程实例与多维正态云模型、模糊综合评价法、灰类白化权函数聚类法、Russense判据所预测的岩爆烈度等级进行比较,研究表明:基于PCA-SOFM岩爆烈度等级预测结果与工程实际情况吻合度高,可行性较好,为岩爆烈度等级预测提供一种新的研究方法。

基于地震场地烈度频度的地震期望损失估计方法

在目前流行的地震期望损失方法中，往往忽视了在给定年限内，可能遭受多次同一烈度的影响，在具体计算某地震烈度的发生概率时，常用场地极值影响烈度来代替。这样处理，往往会低估地震的损失，特别是给定年限较长的情况下更是如此。笔者根据地震影响烈度造成损失的实际情况，建立了期望损失的新的框架：给定时间段内，某地震影响烈度的期望损失，等于给期望烈度的期望次数与给烈度下每次地震造成的平均损失之积；总的期望损失等于各场地影响烈度事件造成损失的总和。依据新的全国烈度区划图采用的地震活动性模型，笔者推导了地震期望损失估计和损失估计方差的计算公式。通过计算实例和与目前流行方法的比较表明，采用本文提出的方法不但是可行的，而且是必要的。本文给出的方法，将使地震灾害预测、地震保险和防灾预测建立在更为科学的基础上。

基于指标距离与不确定度量的岩爆云模型预测研究

岩爆灾害预测是一个需要迫切解决的世界性难题。针对其烈度等级预测过程中评价指标实测值的确定与不确定性、烈度分级的模糊性和随机性等特点,提出了一种基于指标距离与不确定度量的有限区间云模型岩爆烈度分级预测方法。在对岩爆发生机制进行系统性分析的基础上,建立了岩爆烈度分级预测的评价指标体系,并对各指标实测值赋予其相应的Mass函数,依据指标间距离与不确定性度量获取指标权值,对传统云模型加以修正,并计算出各判别因子隶属于各等级的云特征参数,生成相应的云滴图,实现了语意变量与指标值之间的不确定性和随机性映射。通过对各指标的确定度进行加权实现岩爆烈度的分级。与其他理论相对比分析结果表明,该模型一定程度上应用于岩爆烈度分级预测是行之有效的,具有较高的实用性和指导性,并为其他同类型问题提供了新思路。

淮阴市地震影响烈度的初步分析

统计了淮阴市地震影响烈度的分布，在拟合公式的基础上，对未来５０年和１００年内烈度的缺失情况进行预测和分析。同时结合烈度上限值影响预测结果的实例，对预测方法进行了讨论。