雙曲線模型的卡爾曼濾波法在建筑物沉降預(yù)測中的應(yīng)用

本文參考有關(guān)文獻并結(jié)合西安高新區(qū)sohu同盟北樓d7點沉降量觀測數(shù)據(jù)分析實例。以卡爾曼濾波的4個特點（見本文末）。介紹了自適應(yīng)卡爾曼濾波系統(tǒng)在建筑物變形監(jiān)測的預(yù)測預(yù)報方面的應(yīng)用及其優(yōu)越性。

卡爾曼濾波由于能夠?qū)崟r快速地處理大量的變形數(shù)據(jù),并能夠預(yù)測下一時刻的變化狀態(tài)等特點,被廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域的動態(tài)數(shù)據(jù)處理。本文論述了方差補償自適應(yīng)卡爾曼濾波模型,將自適應(yīng)卡爾曼濾波模型應(yīng)用到光纖光柵動態(tài)變形監(jiān)測上,基于matlab編程實現(xiàn)模型的建立并運用該模型對建筑物變形進行分析與預(yù)測,取得了較好的效果,證實了方差補償自適應(yīng)卡爾曼濾波在濾波和預(yù)測方面的可行性。

本文參考有關(guān)文獻并結(jié)合西安高新區(qū)sohu同盟北樓d7點沉降量觀測數(shù)據(jù)分析實例。以卡爾曼濾波的4個特點（見本文末）。介紹了自適應(yīng)卡爾曼濾波系統(tǒng)在建筑物變形監(jiān)測的預(yù)測預(yù)報方面的應(yīng)用及其優(yōu)越性。

為提高地表沉降預(yù)測精度,針對灰色預(yù)測模型(gm(1,1))易受隨機干擾影響致使預(yù)測精度不高的問題,建立了基于卡爾曼濾波的灰色理論預(yù)測模型。考慮到沉降量受到溫度和時間因素影響較大的特點,將地表的沉降看作時間、溫度的相關(guān)函數(shù)來建立卡爾曼濾波模型,并利用迭代濾波理論和levenbergmarquardt優(yōu)化濾波,構(gòu)建改進的卡爾曼濾波模型。改進的卡爾曼濾波模型與灰色模型相結(jié)合,應(yīng)用于地表沉降預(yù)測中,并將改進的卡爾曼濾波灰色模型預(yù)測結(jié)果與卡爾曼濾波灰色模型的預(yù)測結(jié)果進行對比。實例計算表明,使用改進的卡爾曼濾波對消除檢測數(shù)據(jù)擾動誤差后的數(shù)據(jù)進行灰色模型預(yù)測的精度相比于單純灰色預(yù)測的預(yù)測精度更高。

對于工程建設(shè)者來說,準確進行工程造價預(yù)測決定著投標成敗以及在工程實施過程中能否盈利的關(guān)鍵。利用同一公司過去幾年承建同類工程的資料,建立灰色gm(1,1)模型,同時,采用卡爾曼序貫濾波算法減弱數(shù)據(jù)序列的隨機性。通過實例仿真結(jié)果表明,該方法比傳統(tǒng)灰色模型具有更好的預(yù)測效果,具有使用價值。

為了確保建筑物施工、運營期間的安全,需要進行沉降觀測.分析了沉降觀測的流程和要求,在沉降觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,提出了使用雙曲線進行沉降預(yù)測的方法,從而可以根據(jù)預(yù)測的沉降量,科學(xué)決策,確定沉降觀測的周期.

為了提高超短期負荷預(yù)測的精度,通過卡爾曼濾波理論建立了實時調(diào)度子系統(tǒng)的超短期負荷預(yù)測模型,并用兩種方法對基本模型進行改進。利用電能管理系統(tǒng)記錄的各交易段實際調(diào)度負荷和各競價電廠以機組申報的競價數(shù)據(jù),預(yù)測未來各時段的調(diào)度負荷。通過對3種模型所預(yù)測出的電力短期負荷預(yù)測結(jié)果比較,表明對原始數(shù)據(jù)進行比例變換的預(yù)測方法更為理想。

基于灰色關(guān)聯(lián)分析的卡爾曼濾波在橋梁變形監(jiān)測中的應(yīng)用——在某長江特大橋橋面撓度變形監(jiān)測過程中,考慮引起橋梁撓度變化的相關(guān)因素,采用灰色關(guān)聯(lián)分析確定其中較重要的影響因子后,在傳統(tǒng)卡爾曼濾波模型基礎(chǔ)上建立改化后的狀態(tài)方程和觀測方程,從而完成相關(guān)因素...

在某長江特大橋橋面撓度變形監(jiān)測過程中,考慮引起橋梁撓度變化的相關(guān)因素,采用灰色關(guān)聯(lián)分析確定其中較重要的影響因子后,在傳統(tǒng)卡爾曼濾波模型基礎(chǔ)上建立改化后的狀態(tài)方程和觀測方程,從而完成相關(guān)因素的預(yù)測預(yù)報工作。實際應(yīng)用結(jié)果表明,基于灰色關(guān)聯(lián)分析的卡爾曼濾波對橋梁撓度變化的預(yù)測結(jié)果比傳統(tǒng)濾波模型更加接近最終實測值,具有更高的準確性與可信度。

最小二乘法擬合橢圓過程中,把所有樣本點都當作準確值,但當擬合點中出現(xiàn)噪聲和孤立點時,擬合出的橢圓誤差較大,而最小平方中值法具有較好的穩(wěn)健性,但該方法計算量大,計算不方便。針對這種情況,筆者首先使用最小平方中值法擬合出一組橢圓參數(shù),然后利用中位數(shù)法剔除孤立點,最后使用卡爾曼濾波方法修正橢圓的參數(shù),通過模擬實例和工程實例,證明該算法能夠剔除孤立點,并且擬合出的橢圓具有較小的形狀誤差,因此該方法可以推廣到實際工程中應(yīng)用。

提出了跳變系統(tǒng)檢測的卡爾曼濾波算法，與鋼絲繩無損檢測信號特征相對應(yīng)，設(shè)計了鋼絲繩斷絲定量識別的多重假設(shè)檢測方法，克服了差分超門限方法不能考慮背景噪聲、測量噪聲及誤判率的不足，可以在線監(jiān)測鋼絲繩狀態(tài)。

文中研究了kalman濾波方法在建筑物沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用,并利用模擬和實際觀測數(shù)據(jù),分別采用了標準kalman濾波,抗差自適應(yīng)kalman濾波,雙自適應(yīng)因子濾波三種方案進行了濾波處理,比較和分析了各種方案的優(yōu)點和不足,以指導(dǎo)實踐應(yīng)用.

文中研究了kalman濾波方法在建筑物沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用,并利用模擬和實際觀測數(shù)據(jù),分別采用了標準kalman濾波,抗差自適應(yīng)kalman濾波,雙自適應(yīng)因子濾波三種方案進行了濾波處理,比較和分析了各種方案的優(yōu)點和不足,以指導(dǎo)實踐應(yīng)用。

卡爾曼濾波作為一種動態(tài)數(shù)據(jù)處理方法已在許多測量領(lǐng)域得到應(yīng)用,就卡爾曼濾波方法在施工變形測量應(yīng)用中,如何建立濾波模型和精度評定問題進行探討,提出解決這些問題的方法,并通過一個實例說明這些方法的有效性。

在傳統(tǒng)gm(1,1)模型的基礎(chǔ)上考慮初始條件選取的理論缺陷,提出了改進的灰色預(yù)測模型。通過在隧道開挖后上方建筑物沉降預(yù)測值與實測值的對比分析得出,該模型具有良好的精度,并具有一定的工程應(yīng)用價值。

介紹灰色非等間距gm(1,1)模型的建立及其精度評定方法,著重探討模型精度的主要影響因素,并從模型背景值的構(gòu)造以及初值選取兩個方面對灰色非等間距gm(1,1)模型進行改進,結(jié)合高層建筑沉降監(jiān)測實例進行預(yù)測結(jié)果分析,結(jié)果表明,改進后的灰色模型具有較高的精度,在沉降預(yù)測中具有較高的應(yīng)用價值。

針對建筑物出現(xiàn)的變形問題,提出在現(xiàn)有建筑物觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,在mtalab的語言環(huán)境下,建立gm(1,1)模型,來預(yù)測該建筑物的沉降量。分析結(jié)果表明,把灰色gm(1,1)模型和matlab結(jié)合起來預(yù)測建筑物的沉降發(fā)展趨勢，具有較強的實用性。

為了克服建筑物變形預(yù)測中單一模型預(yù)測精度差、不穩(wěn)定的問題,本文融合了適應(yīng)性強、互補性好的自回歸滑動模型、灰色模型和三次指數(shù)平滑法三種模型,基于誤差平方和最小準則,采用滾動時間域的方式構(gòu)建了非負變權(quán)組合預(yù)測模型.工程應(yīng)用表明:非負變權(quán)組合預(yù)測模型的預(yù)測精度、可靠性優(yōu)于三種單一預(yù)測模型、方差倒數(shù)組合預(yù)測模型以及等權(quán)組合預(yù)測模型.研究成果對建筑物沉降預(yù)測具有較好的參考價值.

本文首次將卡爾曼濾波法應(yīng)用于懸索橋主纜架設(shè)階段施工控制。以基準索股的線形為施工預(yù)測和控制對象，首先利用卡爾曼濾波法消除施工中的隨機噪聲，得到系統(tǒng)在統(tǒng)計意義上無偏的最優(yōu)估計值；然后建立系統(tǒng)的最優(yōu)終點控制公式計算出索股的最優(yōu)調(diào)整值

建立合理有效的模型對建筑物的變形進行分析是至關(guān)重要的。通過具體工程實例分析了gm(1,1)模型、kalman濾波以及自適應(yīng)kalman濾波各自的特點:gm(1,1)模型較為適合變形趨勢呈指數(shù)或線性分布的變形分析與預(yù)測,而kalman濾波對建筑物變形趨勢呈線性或波形具有較好的預(yù)測效果;在相同的條件下,自適應(yīng)kalman濾波較kalman濾波模型的收斂性及自適應(yīng)性好,更接近于實際,具有一定的應(yīng)用效果。

建筑施工中,沉降觀測是監(jiān)測建筑物是否安全的重要環(huán)節(jié)。為此,將灰色系統(tǒng)理論應(yīng)用于建筑物沉降變形數(shù)據(jù)分析,結(jié)合實例,驗證了灰色gm(1,1)預(yù)測方法在建筑物沉降監(jiān)測中應(yīng)用的可行性和可靠性。

本論文先簡單介紹建筑物沉降觀測的基本內(nèi)容和預(yù)測方法,再重點介紹非等間距灰色理論模型的基本原理、模型及其應(yīng)用,采用了一個實例預(yù)測分析了其模型gm(1,1)在建筑物沉降預(yù)報中的結(jié)果,對比多項式擬合方法預(yù)測結(jié)果,驗證了非等間距灰色模型對建筑物沉降預(yù)測中的有效性。