指數(shù)平滑法在稀土礦邊坡位移預(yù)測中的應(yīng)用

張永勝

摘 要：邊坡表面位移是滑坡研究的常用物理量，國內(nèi)外相關(guān)研究多以位移—時(shí)間特征曲線為基礎(chǔ)，采用滑坡后驗(yàn)的手段開展滑坡研究。指數(shù)平滑法能夠?qū)哂汹厔葑兓谋砻嫖灰七M(jìn)行較好的預(yù)測，計(jì)算過程簡單，而且能夠降低不穩(wěn)定因素對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響。

關(guān)鍵詞：稀土礦；指數(shù)平滑法；邊坡位移；預(yù)測

1 滑坡預(yù)測研究現(xiàn)狀

滑坡預(yù)測預(yù)報(bào)是滑坡學(xué)中最重要的內(nèi)容之一，從20世紀(jì)60年代末期開始被人們所關(guān)注，已經(jīng)成為邊坡研究中的熱門課題之一[1]。20世紀(jì)60至70年代，滑坡以現(xiàn)象預(yù)報(bào)及經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)為主，學(xué)者們總結(jié)并利用滑坡的某些變形破壞規(guī)律和失穩(wěn)前的宏觀征兆，對(duì)坡體的穩(wěn)定性進(jìn)行判斷[2]。該階段以日本學(xué)者齋騰的蠕變破壞三階段理論最具代表性。

20世紀(jì)80年代，國內(nèi)外很多研究者引入較多數(shù)學(xué)方法和理論模型，用來擬合邊坡變形的位移—時(shí)間關(guān)系曲線，并根據(jù)他們所建立的預(yù)測預(yù)報(bào)模型進(jìn)行外推預(yù)測預(yù)報(bào)研究[3]。這一時(shí)期具有代表性的研究者有王思敬、陳道東、崔政權(quán)、日本學(xué)者福囿等等。他們主要以預(yù)報(bào)方法的探討為主，而對(duì)與觀測數(shù)據(jù)的分析研究、采集數(shù)據(jù)的處理加工、預(yù)報(bào)時(shí)序資料的選擇與剔除、信號(hào)中干擾信息的剔除與分解及有用信息的增強(qiáng)放大等問題的認(rèn)識(shí)還不夠深入 [4]。

20世紀(jì)90年代人們逐漸認(rèn)識(shí)到滑坡的位移—時(shí)間曲線的擬合外推預(yù)測預(yù)報(bào)方法常常只能對(duì)近期發(fā)生的滑坡破壞做出有限的趨勢預(yù)測[5]。在多因素共同作用，尤其是對(duì)于非線性因素的影響，要準(zhǔn)確、可靠地進(jìn)行滑坡的長期預(yù)測預(yù)報(bào)是相當(dāng)困難的[6]。因此，學(xué)者們逐步提出了跟蹤預(yù)報(bào)的思想。此時(shí)，提出并發(fā)展了模糊數(shù)學(xué)、分形理論、災(zāi)變理論、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、控制論、3S技術(shù)等預(yù)測預(yù)報(bào)方法，并通常是多種方法并用，進(jìn)行滑坡預(yù)測預(yù)報(bào)。具有代表性的預(yù)測預(yù)報(bào)理論有秦四清（1993）的滑坡孕育非線性動(dòng)力學(xué)模型研究，黃潤秋（1997）的邊坡蠕動(dòng)變形破壞理論模型，殷坤龍（2005）的基于WEBGIS地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)警模型[7]。

在滑坡預(yù)測階段有多種方法和理論，但都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。指數(shù)平滑法是應(yīng)用較多的一種，其優(yōu)點(diǎn)在于計(jì)算過程比較簡單，進(jìn)行預(yù)測時(shí)能夠?qū)吰挛灰谱鞒鲅杆俚姆磻?yīng)[8]。

2 三次指數(shù)平滑法建模

適用于非線性統(tǒng)計(jì)的指數(shù)平滑法，其預(yù)測值是測量值與隨機(jī)變動(dòng)共同作用的結(jié)果，進(jìn)行預(yù)測時(shí)首先賦予最新的觀測值適當(dāng)?shù)臋?quán)重，使預(yù)測結(jié)果更符合真實(shí)值[9]。由于其消除了歷史數(shù)據(jù)中的極大值或極小值，因此對(duì)邊坡位移進(jìn)行預(yù)測的同時(shí)也減少了監(jiān)測數(shù)據(jù)的隨機(jī)因素的影響。

3 實(shí) 例

贛南稀土礦開采廣泛采用原地浸礦方法，將稀土離子浸礦液注入山體浸出回采，過程中使得山體處于飽水狀態(tài)，邊坡穩(wěn)定性下降，滑坡風(fēng)險(xiǎn)增加。在某稀土礦邊坡滑坡監(jiān)測系統(tǒng)中，設(shè)置了六個(gè)坡體表面位移監(jiān)測點(diǎn)，用于礦山坡體的健康監(jiān)測。

以滑坡監(jiān)測系統(tǒng)的⑥號(hào)測點(diǎn)表面位移監(jiān)測數(shù)據(jù)為例，進(jìn)行指數(shù)平滑法預(yù)測分析，取時(shí)間區(qū)間為2014年2月3日到2014年3月23日，以周為單位共有9組數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上對(duì)第10周的邊坡位移進(jìn)行預(yù)測。驗(yàn)算表明平滑系數(shù)時(shí)方差最小，預(yù)測結(jié)果如表1。

由表中數(shù)據(jù)可知，預(yù)測誤差最大為0.08%，預(yù)測結(jié)果較為理想。在預(yù)測周期方面可以選擇日、周或月等不同的單位，因此，指數(shù)平滑法能夠?qū)吰卤砻嫖灰七M(jìn)行中短期的預(yù)報(bào)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)預(yù)測結(jié)果出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)觀測，必要時(shí)要求礦山降低開采力度。

4 結(jié) 論

監(jiān)測結(jié)果分析表明，對(duì)于稀土礦邊坡表面位移預(yù)測，適用于中短期預(yù)測的指數(shù)平滑法具有較好的預(yù)測效果，能夠?yàn)檫吰骂A(yù)測研究提供理論和實(shí)際參考。同時(shí)，指數(shù)平滑指數(shù)法能夠降低各種不穩(wěn)定因素對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響，使監(jiān)測數(shù)據(jù)更加精確。

參考文獻(xiàn)

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