專利名稱：滾動組合預(yù)測模型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖土工程、礦業(yè)工程領(lǐng)域，尤其涉及邊坡工程，具體涉及邊坡變形的滾動組合預(yù)測方法。
背景技術(shù)：
在邊坡變形時間序列預(yù)測實(shí)踐中，對于變形時間序列預(yù)測問題，可用各種單項(xiàng)預(yù)測模型進(jìn)行預(yù)測。一般來說，采用預(yù)測模型不同，預(yù)測結(jié)果也不盡相同。主要是因?yàn)楦鞣N模型的建模機(jī)理各不相同，都存在一定的局限。若只用一種預(yù)測方法進(jìn)行預(yù)測，則這種預(yù)測方法的選擇是否適當(dāng)就顯得很重要。如果預(yù)測方法選擇不當(dāng)，就可能要冒一定決策失誤的風(fēng)險。因此研究既能滿足預(yù)測精度又能保證預(yù)測結(jié)果可靠性的組合預(yù)測模型是重要的發(fā)展方向。組合模型中最簡單也最容易想到的便是帶有加權(quán)系數(shù)的線性組合模型。求解加權(quán)系數(shù)就不可避免會用到數(shù)值分析理論。利用MATLAB軟件在數(shù)值計(jì)算方面優(yōu)勢，根據(jù)它所提供的優(yōu)化函數(shù)庫可以方便的求出加權(quán)系數(shù)。另外，實(shí)踐表明，單項(xiàng)預(yù)測模型短期預(yù)測精度較為理想，相對殘差一般在5%以內(nèi)；而長期預(yù)測精度迅速下降，預(yù)測誤差較大。滾動預(yù)測是一種經(jīng)常穩(wěn)定保持一定期限的預(yù)算。其突出優(yōu)點(diǎn)是能提高長期預(yù)測的精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種既能滿足長期預(yù)測精度又能保證預(yù)測結(jié)果可靠性的預(yù)測方法。該方法將組合預(yù)測和滾動預(yù)測思想相結(jié)合，建立了滾動組合預(yù)測模型。通過以下步驟實(shí)現(xiàn)Si，建立組合模型設(shè)對邊坡變形序列{xt，t = 1,2,…，N}，存在m種單項(xiàng)無偏預(yù)測方法對其進(jìn)行預(yù)測，設(shè)第i種單項(xiàng)預(yù)測方法在第t時刻的預(yù)測值為Xit，i = 1,2, '",m, t = 1,2,…，N，稱 eit = (xt-xit)為第i種單項(xiàng)預(yù)測方法在第t時刻的預(yù)測誤差，m是單項(xiàng)預(yù)測模型總數(shù)，N是建模序列長度。設(shè)I1, I2,…，Iffl分別為m種單項(xiàng)預(yù)測方法的加權(quán)系數(shù)，為了使組合預(yù)測保持無偏性，加權(quán)系數(shù)應(yīng)滿足l1+l2+...+lm=l (1)設(shè)天為&的組合預(yù)測值，設(shè)et為組合預(yù)測在第t時刻的預(yù)測誤差，則有e, =X1- X,(2)χ, =Z1X1, +I2X21 +··· + ImXmt(3)設(shè)J表示組合預(yù)測預(yù)測誤差平方和，則有·/ = Ye]，由此可得以預(yù)測誤差平方和
t=\
為準(zhǔn)則的線性組合預(yù)測模型為下列最優(yōu)化問題
式中，i是單項(xiàng)預(yù)測值矩陣，即&表示第j個單項(xiàng)模型的第i周期的預(yù)測值。X是觀測值向量，NXm,即Xi為某監(jiān)測點(diǎn)第i周期變形觀測值。L是單項(xiàng)模型組合權(quán)系數(shù)向量， mXl。0是零向量，mXm。S2，加權(quán)系數(shù)求解從數(shù)學(xué)規(guī)劃角度來看，上面的求解L是帶約束的線性最小二乘問題的計(jì)算?？梢詰?yīng)用Matlab軟件解算。Matlab軟件優(yōu)化函數(shù)工具箱中，提供了求解函數(shù)IsqlinO。具體調(diào)用格式為 = LSQLIN (Χ,Χ,Ε,ο,Rr ,1,)⑶式中，L——返回權(quán)系數(shù)向量；RESNORM——返回殘差的平方范數(shù)；RESIDUAL——返回殘差；EXITFLAG——返回迭代收斂狀況，等于1時，說明收斂到最優(yōu)解；OUTPUT——返回優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括迭代次數(shù)等。S3，滾動預(yù)測設(shè)計(jì)解算出權(quán)系數(shù)之后，代入公式C3)就可以計(jì)算組合模型值。當(dāng)t > N時為預(yù)測值， 當(dāng)t < N時是擬合值。在實(shí)際預(yù)測中要考慮參與建模的序列長度N如何確定，當(dāng)組合模型系數(shù)個數(shù)為2時，參與建模的項(xiàng)數(shù)必須大于3才有合理解。實(shí)際上當(dāng)N取不同值進(jìn)行建模時，構(gòu)造了一個模型群。設(shè)原始數(shù)列為xt，有拓?fù)淇臻g(xt，J)，了為\上的拓?fù)?。令x(i)為現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)，構(gòu)造現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)的鄰域族為
權(quán)利要求
1.滾動組合預(yù)測模型方法，該方法包括以下步驟 Si，建立組合模型；S2，加權(quán)系數(shù)求解； S3，滾動預(yù)測設(shè)計(jì)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟Sl中，建立組合模型時， 監(jiān)測對象在t時刻的組合預(yù)測值由同時刻的單項(xiàng)預(yù)測值及其加權(quán)系數(shù)來表示，
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟S2中，運(yùn)用MATLAB軟件優(yōu)化函數(shù)工具箱中的求解函數(shù)IsqlinO求解加權(quán)系數(shù)。
4.如權(quán)利要求1 3任一所述的方法，其特征在于，步驟Sl中采用預(yù)測誤差平方和為優(yōu)化準(zhǔn)則；
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟Sl中為了使組合預(yù)測保持無偏性，令加權(quán)系數(shù)滿足li+l2+…+Im= 1。求解加權(quán)系數(shù)的問題歸結(jié)為帶約束的線性最小二乘問題的計(jì)算。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟S3中，構(gòu)造現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)x(i)的鄰域族為 x(i，k) = {x(i)，x(i+l)，...，x(k)}，i = 1，2，...，N;k=l，2，...，N 令 x(l，k)為 xj 子列，稱 x(l，k) = (x(l),x(2),…，x(k))為 XiWk 維子列；xtop = (χ(1，3)，χ(1，4)，…，χ(1，N-I))為拓?fù)渥有蜃澹?xt。p的組合建模Μ = (M3, M4, -,MnJ為滾動建模。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟S3中，采用滾動預(yù)測。滾動預(yù)測評定采用滾動相對殘差和平均滾動殘差
全文摘要
本發(fā)明提出了邊坡變形的滾動組合預(yù)測模型方法，解決了如何保證邊坡變形預(yù)測結(jié)果可靠性的問題，以及如何滿足邊坡變形長期預(yù)測結(jié)果精度的問題。該方法首先建立預(yù)測組合模型，并用MATLAB軟件求解出加權(quán)系數(shù)，代入實(shí)測數(shù)據(jù)得到一系列組合模型值，最后用滾動預(yù)測方法進(jìn)行預(yù)測，既可得到邊坡變形預(yù)測值。該方法提高了預(yù)測結(jié)果的可靠性，從而達(dá)到提高預(yù)測結(jié)果精度的目的。
文檔編號G06F19/00GK102226903SQ20111012058
公開日2011年10月26日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月11日
發(fā)明者馮少杰, 孫世國, 宋志飛, 金松麗 申請人:北方工業(yè)大學(xué)