ARMA预测技术在重庆东水门长江大桥中的应用研究

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1、公路交通技术2014年12月第6期TechnologyofHighwayandTransportDec．2014No．6ARMA预测技术在重庆东水门长江大桥中的应用研究唐浩，孟利波，宋刚(招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆400067)摘要：针对重庆东水门长江大桥桥塔上部应变长期监测数据，采用ARMA技术对其进行建模处理并预测其未来发展趋势。试验结果显示，采用ARMA方法对应变量向后外推5步的预测误差小于6％。预测结果在工程应用中具有一定的参考价值，为桥梁结构的安全预警提供了可靠的科学依据。关键词

2、：东水门大桥；ARMA；预测；桥梁监测文章编号：1009—6477(2014)06—0095—03中图分类号：U448．27文献标识码：AResearchonApplicationofARMAPredictingTechniqueinChongqingDongshuimenYangtzeRiverBridgeTANGHao，MENGLibo，SONGGangAbstract：Aimingatlong—termmonitoringdataonupperstrainoftowerofChongqingDo

3、ngshuimenYangtzeRiverBridge，thispaperestablishesitsmodelandpredictsitsdevelopmenttendencyinthefuturebymeansofARMAtechnique．Testresultsshowthattheerrorofpredictionbypushingstrain5stepsbackwardbymeansofARMAmethodislessthan6％．Thepredictionresultsexhibitcer

4、tainreferencevaluesinprojectapplicationandprovidereliables．cientificbasesforsafetyalertofbridgestructures．Keywords：DongshuimenBridge；ARMA；prediction；bridgemonitoringy一1￡一l一2一2一⋯一pY_P一Ois￡一1—02o~"f重庆东水门长江大桥是连接渝中区与南岸区的一2一重要交通通道，于2014年3月竣工。为保证桥梁在⋯一(3)。一运营期

5、内的安全，该桥安装了大量各类型传感器以令B表示后移算子，则上式可变为：用于在线监测桥梁结构的变化。本文采用自回归移(1一1一2B一⋯一B)Y=(1-01B-O2B一⋯一动平均(AutoRegressionMovingAverage，ARMA)技。B)(4)术_1对东水门长江大桥桥塔的应变监测量建模，故ARMA(P，q)模型书可表示为：预测其未来发展趋势，试验结果验证了该方法的可Y=1Y￡一1+2Y一2+⋯+pY—p+s一0lsf一1—02e一2一行性与有效性，这有助于桥梁管养人员提前掌握桥⋯一OqS(

6、5)梁结构的缓变状态，并可为桥梁结构的安全预警提式中：是随机干扰误差；p是AR模型的自回归阶供重要参考依据。数；g是MA模型的移动平均阶数；与0均是模型待辨识参数。1ARMA预测原理只有平稳或弱平稳时间序列才能用ARMA理自回归(AutoRegression，AR)模型为：论建模，工程中往往通过差分运算来将非平稳序列Y=l￡一1+2y卜2+⋯+pY_P+(1)平稳化处理。一般来说，平稳时间序列的自相关函移动平均(MovingAverage，MA)模型为：数尾部不可能在延迟几步之后突然等于0，这一性Yl

7、f一01占￡一1—02t一2一⋯一OqC￡一日(2)质称为“拖尾”。若某一平稳时问序列的自相关函由式(1)、(2)可得数存在拖尾，那该序列一定可以用AR(p)模型描述；基金项目：重庆市应用开发(重大)项目(cstc2013yykfC30001)；交通运输部西部交通建设科技项目(2013—364—740—600)；重庆市科技人才培养计划资助项目(cstc2O13kjrc—qnrc3O001)收稿日期：2014—08—25作者简介：唐浩(1983一)，男，重庆市人，博士，高工．96公路交通技术2014年若

8、存在截尾，则可以用MA(q)模型描述。表1是ARMA模型自相关函数ACF与偏自相关函数PACF∞i的理论模式，根据此模式可得到ARMA(P，q)模型咖j制的阶数。2东水门长江大桥概况050100重庆东水门长江大桥为双塔单索面斜拉桥，双采样点数目层钢桁梁结构，跨径布置为222．5m+445m+190．5(a)ARMA建模信号nl，总长858ITI。该大桥双塔高度分别为：1号墩桥∞310i3oo塔，172．6in；2号墩桥塔，162．5In。东水门长江大桥桥