基于LSTM的混凝土壩變形預(yù)測(cè)模型

歐 斌,吳邦彬,袁 杰，李淑芳

(1．云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，云南 昆明 650201； 2.南昌工程學(xué)院，江西 南昌 330099；3.浙江中水工程技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310000)

混凝土壩作為調(diào)節(jié)水資源時(shí)空優(yōu)化分布、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要基礎(chǔ)設(shè)施之一[1-2]，其在運(yùn)行期不僅長(zhǎng)期承受靜水荷載、溫度荷載等循環(huán)荷載的作用，還面臨著特大洪水、地震等突發(fā)性自然災(zāi)害以及戰(zhàn)爭(zhēng)、恐怖襲擊等多重風(fēng)險(xiǎn)威脅，運(yùn)行環(huán)境異常復(fù)雜[3-5]。為實(shí)時(shí)掌握大壩的運(yùn)行性態(tài)，在大壩建設(shè)時(shí)期就埋設(shè)了諸多監(jiān)測(cè)儀器用以監(jiān)測(cè)水位、溫度等環(huán)境變量與變形、滲流、應(yīng)力、應(yīng)變等結(jié)構(gòu)響應(yīng)[5]。變形作為最直觀可靠的反映混凝土壩綜合運(yùn)行性能的重要監(jiān)測(cè)量，結(jié)合大壩原型監(jiān)測(cè)資料構(gòu)建大壩變形與其影響因子之間的數(shù)學(xué)模型是大壩安全監(jiān)控領(lǐng)域研究的重點(diǎn)[6-10]，也是有效評(píng)估大壩運(yùn)行安全、預(yù)測(cè)其未來運(yùn)行行為的重要科學(xué)手段。

根據(jù)變形及其影響因子間的數(shù)學(xué)關(guān)系構(gòu)建的大壩變形預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)模型因具有函數(shù)形式簡(jiǎn)單、計(jì)算高效等優(yōu)點(diǎn)，在大壩安全監(jiān)控領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[11-13]。逐步回歸、多元回歸等回歸分析方法是實(shí)際工程領(lǐng)域最常用的變形預(yù)測(cè)模型建模方法，然而回歸方法不能有效解決影響因子間的多重共線性問題，導(dǎo)致模型預(yù)測(cè)精度不佳[12,14]。伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，支持向量機(jī)(SVM)[9,15-16]、相關(guān)向量機(jī)(RVM)[17-18]、極限學(xué)習(xí)機(jī)(ELM)[19-20]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)[21]等多種機(jī)器學(xué)習(xí)算法被廣泛應(yīng)用于變形預(yù)測(cè)模型，顯著提升了監(jiān)控模型的精度。……