模糊聚类法在大坝监测资料分析中的应用.pdf

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1、第46卷第13期人民长江Vo1．46．No．132015年7月YangtzeRiverJuly，2015文章编号：1001—4179(2015)13—0086—04模糊聚类法在大坝监测资料分析中的应用廖铖，蔡德所，李苗，张吉燕，王一立(1．三峡大学水利与环境学院，湖北宜昌443002；2．华北水利水电大学资源与环境学院，河南郑州450011；3．三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌443002)摘要：为了解模糊聚类法在大坝监测资料分析中应用的适宜性，利用该法对水布垭面板堆石坝2013年面板挠度变形监测数据开展了研究。首先将监测管道

2、划分为若干监测点，运用模糊聚类分析法对监测点进行分类，并采用F统计量评价聚类效果以确定最佳分类，对分类结果进行分析比较，可确定关键的面板变形监控点。随后建立面板挠度变形统计模型，考虑上游水深、温度、时效等因素，利用多元逐步回归分析法对关键点监测数据进行预报拟合。结果表明，利用模糊聚类分析法处理大坝监测数据具有便捷、高效的优点，模型预报结果拟合度较高。关键词：面板变形；模糊聚类；统计模型；多元逐步回归中图法分类号：TV698文献标志码：ADOI：10．16232／j．cnki．1001—4179．2015．13．022大坝安全监

3、测的主要目的是掌握大坝的运行性状定模糊相似矩阵主要借助传统聚类分析法(相似系数及各监测量的变化趋势。随着现代监测技术的快速发法、距离法、主观评分法)。对一个被研究对象集U=展，大坝监测测点更加全面，监测数据量巨大，若对监{，，：，⋯，}，其中模糊相似矩阵可表示为测数据逐一处理分析，必定需要大量人力和时间，不利rl1T12于及时掌握大坝运行状况。为提高监测资料分析效r211"22R=●●●●(2)率，诸多学者将模糊数学、时间序列、神经网络、灰色理：：●●论、小波分析、卡曼滤波等理论和方法引人监测数据分rnlrn2析中，取得了显著

4、的效果。为了更加充分和及时地给定不同的阈值A，如果r≥A，则与被聚利用丰富的监测信息，本文在模糊数学的基础上，尝试为一类。但是，若以此为分类标准，则有可能导致同一利用模糊聚类分析法，对水布垭大坝面板变形监测数类对象被划分到不同的类别，为了避免这种情况影响据进行模糊聚类分析，然后通过最佳分类确定关键点。分类效果，需将模糊相似矩阵转换成模糊等价矩阵对关键点进行详细的分析不仅能减少工作量，还可以(具有传递性)。一般采用实用简捷的二次法求传递及时掌握大坝的真实运行状况。包闭t(R)，即以模糊相似矩阵为基础，依次求二次方，当第一次出现R

5、·R=R时，即为传递包闭1模糊聚类分析基本原理t(R)。然后，再给定不同的阈值A，即可得到相应的假设论域U={，，⋯，}为被研究对象，每动态聚类结果。个对象又由m个不同的值来刻画，即2水布垭大坝监测资料：{1，2，⋯，}，i=1，2，⋯，n(1)用r=R(x，)表示与』之间的相似程度，确水布垭大坝是目前世界上已建和在建的最高混凝收稿日期：2015一O2—03作者简介：廖铖，男，硕士研究生，研究方向为水工建筑物安全监测。E—mail：chengliaomiao@163．com通讯作者：蔡德所，男，教授，博士生导师，主要从事水利工

6、程安全监测的光纤传感技术研究及工作。E163．com第l3期廖铖，等：模糊聚类法在大坝监测资料分析中的应用87星00+。土面板堆石坝。面板作为最主要的防渗体系，对其10．500．41O．510．580．540．70—变形展开监测显得尤为重要，水布垭面板堆石坝同时0．5010．830．970．850．910．70应用电解液倾斜仪法和光纤陀螺仪(FOG)法两种方0．410．8310．8l0．710．760．59法监测面板变形，其中，FOG监测管道铺设在面板上R=0．510．970．8110．870．940．73最长的0+212断面

7、，监测仪器布置见图1。FOG是一0．580．850．710．8710．930．83种基于sagnac效应的敏感角速度传感器，将FOG安0．540．9l0．760．940．9310．77装在运载小车中，小车在监测管道中运行，管道发生变0．700．700．590．730．830．771形时，FOG能测量出角速度，对角速度进行二次积分(4)得出相应的线位移，最终得到FOG运行轨迹曲线，即4聚类分析大坝面板挠度曲线。模糊相似矩阵R只满足自反性和对称性，不具备传递性，若用模糊相似矩阵做聚类分析，会导致同一监蠹高舞占竺荨测点被划分到不同类

8、，这样结果显然不准确。所以要0口0Ⅱn口4O5m建立模糊等价关系，需将模糊相似矩阵R转换成模糊＼·Iw陀3螺46监叫—：，／等价矩阵，使模糊矩阵R满足自反性和对称性的二~7278m同时满足传递性，再进行动态聚类分析，能有效避免同一监测点被划分到不同类。采用二次方法求模糊相似l