灰色-贝叶斯模型在地下托换沉降预测中的应用

在既有建筑物地下托换施工过程中,不均匀沉降可能会对上部结构造成严重损害。为此,本文基于MATLAB软件建立了灰色-贝叶斯预测模型,通过贝叶斯法对灰色GM(1,1)模型进行了优化。该模型用于预测地下托换引起的沉降情况,并结合了灰色模型的优点,如适用于小样本数据、无须假设数据分布规律等,以及贝叶斯模型的优点,如可利用已有数据不断更新预测结果,提高预测准确性。本文应用该模型对实际案例中地下托换施工引起的沉降进行了预测,并发现该模型能够较准确地预测沉降情况,并能够不断更新预测结果以适应新的数据。本文的研究成果为相关领域提供了一种新的组合预测模型,并为MATLAB在地下托换沉降预测方面的应用提供了借鉴和参考。

样点稀少条件下基于环境相似性的土壤有机碳空间分布预测

针对现有土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)空间分布预测模型难以适用于样点稀少条件下的问题,该研究依据成土环境越相似土壤属性越相似的假设,提出一种基于环境相似性的SOC空间分布预测方法(environmental similarity model,ESM),首先利用影响SOC空间分布的关键环境变量刻画研究区成土环境,然后比较采样点与待估测点处的环境相似度,最后依据环境相似度预测待估测点处的SOC含量。为验证ESM方法的有效性,以云南省作为案例研究区,并设置3个情景:1)从64个采样点中随机抽取10个点作为训练集,余下的采样点作为验证集,随机抽取20次;2)从64个采样点中随机抽取20个点作为训练集,余下的采样点作为验证集,随机抽取20次;3)从64个采样点中随机抽取30个点作为训练集,余下的采样点作为验证集,随机抽取20次。以平均绝对误差(mean absolute error,MAE)和均方根误差(root mean square error,RMSE)评估模型预测精度。方差分析结果表明,采样点分别为10、20和30这3个情景条件下ESM的MAE(12.7、11.7、11.1 g/kg)都显著(P<0.05)低于多重线性回归(72.6、23.0、16.7 g/kg)和人工神经网络(15.8、14.9、15.8 g/kg),表明ESM模型具有较高的预测精度及较强的鲁棒性,可为成土因素复杂区域SOC空间分布的预测提供借鉴和指导。

基于灰色预测的空间多点残差修正模型研究

在分析灰色单点预测模型不足的基础之上,综合考虑变形点之间的空间相关性,提出将残差修正应用于空间多点模型,引入空间多点残差修正模型。对黄河小浪底水利枢纽工程B断面沉降监测结果的分析表明,该模型整体模拟与预测相对误差绝对值之和(5个周期)为122%,优于空间多点模型的179%与GM(1,1)模型的284%。同时,短周期数据模拟(5个周期内)相对误差能够控制在20%以内,具有最好的数据拟合精度。

多点变形动态灰色模型辨识及预测

从单点灰色模型入手 ,导出了多点变形的预测模型 ,通过用MATLAB语言编程 ,实现了空间多点变形预测模型的建立 ,并以实例验证了模型预测的有效性。

基于状态空间模型的道路交通状态多点时间序列预测

以多点的道路交通状态为研究对象,把道路交通状态单点预测向多点同时预测扩展,提出了基于状态空间模型的道路交通状态多点时间序列预测方法。首先,利用道路交通状态的多点时间序列数据建立多维自回归模型,转化状态空间模型形式,接着利用EM算法估计状态空间模型参数,从而得到多点道路交通状态的状态空间模型;其次,根据时间序列数据估计系统状态,利用卡尔曼滤波算法进行一步预测,补充新的数据并更新系统状态递推预测;最后,利用某城市快速路上相邻6个交通检测器采集的多点时间序列数据验证模型的有效性,并与卡尔曼滤波单点预测方法相对比。结果表明:该模型是可行和有效的。

背景值优化的多点灰色模型在滑坡变形预测中的应用

滑坡变形是一个高度复杂的非线性过程,常用的单点灰色预测模型没有充分利用各变形监测点间的相关信息,不足以反映滑坡整体的变形规律。多点灰色模型可以发挥相互影响的多个监测点间的整体积极作用,从而更加完整和全面的反映坡体的变形状况。以三峡库区某滑坡为研究对象,对布设在坡表的6个监测点进行聚类分析,将彼此高度相关的3点纳入多点模型中。针对传统多点灰色模型在背景值取值方面存在的缺陷,本文将基于背景值优化的多点灰色模型引入到滑坡变形预测中。计算结果表明,与传统灰色模型相比,背景值优化的多点灰色模型是解决贫信息条件下滑坡整体变形预测较理想的方法。

基于优化始点离散灰色模型的河南省化肥施用量预测

为了解河南省化肥施用量历年的增长趋势,选取2000—2012年河南省化肥施用折纯量作为研究对象,运用灰色预测理论,建立起相应的优化始点离散灰色模型,通过平均相对误差检验等对预测函数进行了检验,并给出2013—2016年河南省化肥施用量预测值,其中2016年河南省化肥施用量预计约为830万t。分析实际数据与预测结果后认为,未来若干年河南省化肥施用量不会出现较大下降。建议科学合理施肥,提高化肥有效利用率。

变点对状态空间模型预测的影响分析

利用变点理论对上证指数进行了分析,得到了全涨全跌股指的变点个数及其所处位置.根据上证指数变点个数的不同,分别对三个不同时段的上证指数建立状态空间模型,通过比较预测结果,得出变点越少的状态空间模型,其预测精度越高的结论.最后在没有变点的情况下比较了ARIMA、自回归与状态空间模型的预测结果,说明了状态空间模型具有更好的预测效果.

缠论和相似灰色模型的预测方法在股价拐点预测中的研究应用

针对股价拐点预测研究中拐点序列重构和振荡序列预测问题,提出一种缠论和相似灰色模型结合的预测方法。首先,在缠论基础上系统地给出序列重构的基本理论,再针对灰色理论在振荡序列中预测的不足,提出纵向残差和横向偏差相关系数与灰色理论相结合的相似灰色预测模型;然后利用纵向偏差-横向残差相关系数对历史数据进行匹配计算,得到预测误差最小的灰色模型参数,以加权求和的方式实现具有振荡特性的股价拐点预测。最后两组股价拐点预测实验表明,所归纳的序列重构理论是有效的,与其他常用灰色模型对比表明,相似灰色模型可有效提高振荡序列的预测精度。

交叉口非机动车冲突易发点空间预测模型

为定量化识别、预测交叉口区域内的非机动车冲突易发点,利用视域分析方法及随机森林模型,构建针对交叉口非机动车冲突易发点的空间预测模型,预测交叉口区域内的具体冲突点位置及严重程度;通过改进既有的冲突量化指标,量化识别非机动车-机动车的交叉冲突、侧向刮擦及事故,并依据非机动车调整机动车的躲避特性参数;以南京市的4处典型交叉口作为案例进行分析验证。研究结果表明:改进后的指标能补充既有冲突指标进行非机动车冲突量化的部分缺失值;基于视域分析及随机森林预测模型,可较好实现对交叉口冲突易发点的量化预测与误差评估;案例的预测冲突易发区域与实际区域的总体误差为6.76%,预测准确性较好。

一种基于MTLS优化的非等间距多点灰色变形预测模型

针对非等间距多点灰色变形预测模型中观测值矩阵和背景值矩阵都存在一定的误差这一现象,提出了一种基于多元整体最小二乘优化的非等间距多点灰色变形预测模型。通过结合实例分析,结果表明:相比于只考虑观测值存在误差的最小二乘参数估计的非等间距多点灰色变形预测模型,该模型可以抑制建模数据误差,提高模型的拟合及预测精度,适合在变形预测中应用。

空间插值法结合ARIMA模型和灰色模型在我国HIV发病率预测中的应用与比较

目的探索空间插值法结合自回归移动平均模型(ARIMA)和灰色模型(GM模型)在人类免疫缺陷病毒(HIV)发病率的时间序列数据时空分布和预测分析中的应用与比较。方法从中国疾病预防控制中心传染病数据库中提取2007—2018年我国HIV发病数据,使用克里格空间插值法分析HIV平均发病率分布和时空变化趋势,构建ARIMA和GM(1,1)预测模型,通过平均绝对百分误差(MAPE)评价不同模型的预测效果。结果2007—2018年全国HIV发病率呈上升趋势,每年第2季度上升达到最高点,第3、4季度开始下降,第1季度下降达最低点。全国西南部和西北部HIV发病率从2007年开始持续升高(新疆、云南最高),2012年以后升高速度变化显著;东部、东北部以及中部部分地区HIV发病率相对较低(河北、山东最低),但也呈逐年上升趋势。ARIMA和GM(1,1)预测模型的MAPE值分别为2.5%和3.8%。结论2007—2018年全国HIV发病率呈上升趋势,具有一定的季节特征,西南省份平均发病率较高,北方省份发病率较低,12年期间平均发病率自西南向东北方向、西北向东南方向降低;ARIMA模型预测HIV发病率的效果稍优于GM(1,1)模型。

城市地下空间资源开发利用需求预测——一个经济学分析

城市扩张导致的城市土地资源紧张,使世界主要城市把向地下拓展空间作为一个主要选项,科学预测地下空间资源需求显得必要而重要。以政府为主体,基于经济学视角,构建了城市地下空间开发利用的理论模型,推导得到影响城市地下空间开发的主要因素。以国内主要一二线城市数据为基础,运用Lasso回归筛选后发现,影响地下空间开发的主要变量有四个:人均地区生产总值、城镇居民百人汽车保有量、城市成交土地均价、第三产业地区生产总值。基于所筛选变量,用灰色神经网络模型对南京市2023年到2030年的地下空间需求进行预测,发现预测量远超出该市城市地下空间开发规划中对地下空间的规划量。因此,南京市城市地下空间规划量亟待调整,需要进一步加大开发力度。

基于MATLAB多变量灰色模型及其在变形预测中的应用

本文从单点灰色模型入手,通过扩展,导出了多变量灰色模型,采用MATLAB语言编程,实现了空间多点变形预测模型的建模和预测,并以实例验证了模型整体预测的有效性。

九寨沟水资源灰色系统预测模型

九寨沟作为世界自然遗产 ,其景观特色就在于色彩斑斓的水体及大大小小的瀑布。近几年来 ,由于受大气环境的影响 ,九寨沟的水体出现了水量减少 ,瀑布无法形成等现象。此次研究中 ,应用地理信息系统的空间分析方法 ,提取模型因子 ,采用灰色系统方法 ,建立九寨沟地区的大气降水与湖泊水位的关系 ,探讨了九寨沟的水环境及水资源状况 。

基于改进灰色组合模型的变电设备故障率预测

现有的变电设备故障率预测模型在预测设备故障率时,往往会出现稳定期的预测数值高于实测值而损耗期的预测值低于实测值的现象。针对该问题,在研究变电设备累积失效规律的基础上,引入"故障分界点"和"故障数据分区"2个概念,并结合灰色线性回归模型建立了一种新的变电设备故障率预测优化模型。通过数值验证对各模型的特点和有效性进行论证。结果表明,对处于故障率稳定期和损耗期2个阶段的案例,故障分界点的确定和故障数据分区均有利于提高变电设备故障率预测的精度,改进模型的相对误差率较灰色线性回归模型降低了3.59%,较基于M-R算法的故障预测模型降低了3.91%,整体拟合效果也更理想。

优化的灰色拓扑模型在年径流预测中的应用

由于河川径流具有变化剧烈、波动频繁的特点,采用常规水文预报方法的预测效果较差。为此引进灰色拓扑方法,在优化原始GM(1,1)模型的基础上,通过改进拓扑预测的矛盾点筛选方法,建立了优化的灰色拓扑预测模型群,对梨园河流域的实测年径流序列进行模拟和预测,发现所建模型的拟合曲线与实测序列的变化趋势一致,比传统的灰色拓扑方法具有更高的精度。结果表明,改进的灰色拓扑模型能够有效克服振荡序列的非线性影响,可作为研究区域的径流预报和水资源分析的参考依据。

轨道交通建设影响下土地利用性质空间分异的组合预测模型

在先验数据有限且存在不确定因素情形下,为解决城市轨道交通沿线土地利用性质空间分异的预测问题,提出一种基于系统云灰色模型和马尔可夫链的组合预测模型。采用系统云灰色模型,使用较少量的历史数据完成城市轨道交通沿线各类性质用地面积变化曲线的粗略拟合;借助马尔可夫链进行系统状态划分,通过缩小预测区间以提高预测精确度;运用组合预测模型,对2003—2015年南京市轨道交通1号线主要吸引范围内土地利用性质的空间分异进行了预测分析。计算结果表明:轨道交通建设加剧了城市土地利用性质的空间分异,其周边各种性质的土地利用面积变化趋势呈现出非平稳随机过程特性;轨道交通建设对不同性质土地利用的影响方式与影响强度各不相同,其中,对居住用地具有强烈的吸引作用,对公建用地吸引作用不明显,对工业用地具有明显的排斥作用。

改进的残差修正DGM(1,1)模型在煤矿地表沉降预测中的应用

针对传统大地测量技术难以实施大范围矿区形变监测以及传统开采沉陷预测方法在实际应用中存在的不足,提出时序合成孔径雷达干涉测量(InSAR)和改进的离散灰色马尔科夫模型相结合的方法对矿区地表形变进行监测和预测。使用鄂尔多斯市某矿区哨兵1号(Sentinel-1)数据提取地表形变监测结果,并与同时期的全球定位系统(GPS)监测数据进行对比。将沉陷监测结果作为原始序列建立残差修正的离散灰色马尔科夫模型,预测矿区沉降。研究结果表明:研究区域地表形变明显,残差修正的离散灰色马尔科夫模型能较为准确地预测矿区沉降结果。

基于多元整体最小二乘优化的多点灰色动态变形分析模型

提出一种多元整体最小二乘优化的多点灰色动态模型,并结合实例验证优化的MGM(1,n)模型的优越性。将优化的MGM(1,n)模型与一般的MGM(1,n)模型进行对比,分析两种模型的建模值和预测值。结果表明,优化的MGM(1,n)模型在建模数据多于4期的情况下建模精度更高,预测精度更准确,更符合实际情况。