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距离判别法在海堤安全监测状态识别中的应用

作　者: 杨运宝
导　师: 黄铭
学　校: 合肥工业大学
专　业: 水工结构工程
关键词: 海堤安全监测状态识别马氏距离加权马氏距离权值分析
分类号: TV698.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

海堤是抵御风暴潮水袭击的重要防线，它的安全直接关系到堤内广大人民群众的生命财产安全。海堤堤身一般利用当地土石材料填筑而成，在漫长的发展过程中不断加高加固，材料与构造相当复杂。海堤受风浪暴雨频繁侵袭，工作状态也随之快速变化，因而对海堤安全运行的掌控具有挑战性。随着堤内经济高速发展，海堤的安全越来越重要，海堤安全监测也越来越多地受到人们的重视。建立在海堤监测资料基础上的工作状态识别为海堤的管理工作者保障海堤安全运行、对海堤运行状态进行分析、控制和调整提供了重要参考。根据海堤实际监测情况，分析海堤状态识别的指标体系。以监测资料比较完备的潮位、降雨和渗压指标构建海堤工作状态识别的指标因素集。对海堤工作状态提出两种识别方法。一是利用潮位和渗压构建马氏距离状态识别；二是利用加权马氏距离进行状态识别。在加权马氏距离判别过程中，对潮位、降雨和渗压指标进行分析，根据各判别指标的类型特点，建立三种不同指标因素集。参照相关堤防工程中安全等级的定义，将海堤的状态等级划分为四个等级。根据不同判别指标代表的不同含义，对各判别指标等级的划分使用不同方式。潮位等级依据潮位特征值进行划分；降雨等级基于24小时降雨强度进行划分。渗压等级目前没有规定的划分方式，本文利用概率统计结合置信水平进行划分。状态量反映海堤的状态变化，其监测资料包含相应的趋势。为了提高准确性，对渗压去除趋势项。对各判别指标进行标准化处理并分时段统计，即把判别指标中相同时刻的数据分成一组，对不同时刻的数据分别统计。权值分析是加权马氏距离判别过程中的重要内容。在介绍常用权值分析方法的基础上，结合海堤实际情况，采用熵值法和层次分析法对三种判别因素集进行赋权，进行海堤状态的加权马氏距离识别，并对不同权值的应用进行比较。针对海堤渗压周期性显著的特点，建立谐量回归模型对未来的渗压数据进行预测，配合验潮站的潮位预测值和气象部门的降雨预报，利用主客观结合的权值矩阵，对海堤状态进行预测判别。为说明海堤状态识别的具体实施方法并检验其合理性，本文以浦东海堤安全监测实测资料为例，以其中监测数据较为完善的潮位、降雨和渗压监测项目为判别指标，对该海堤一段实测资料进行判别分析，并对未来24小时的状态进行短期预测。结果表明本文提出利用距离判别法进行海堤工作状态识别以及预测判别能够正确合理地反映海堤运行情况，具有较好的实用性和准确性。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
致谢  9-12
插图清单  12-13
插表清单  13-14
第一章绪论  14-21
  1.1 海堤历史简述  14-15
  1.2 工程安全监测  15
  1.3 海堤安全监测  15-17
  1.4 海堤工作状态识别  17-19
  1.5 国内外研究进展  19-20
  1.6 本文研究内容  20-21
第二章距离判别基本原理  21-30
  2.1 判别分析概述  21-22
  2.2 马氏距离基本原理  22-25
  2.3 加权马氏距离判别法  25-29
    2.3.1 权值分析概述  25-26
    2.3.2 加权马氏距离  26
    2.3.3 权值的确定  26-29
      2.3.3.1 德尔菲法  26-27
      2.3.3.2 层次分析法  27-28
      2.3.3.3 熵值法  28
      2.3.3.4 主成分分析法  28-29
  2.4 小结  29-30
第三章海堤状态识别指标和体系  30-40
  3.1 海堤状态识别  30
  3.2 海堤状态识别的指标体系  30-36
    3.2.1 判别指标的选择原则  30-31
    3.2.2 状态识别的指标体系  31-36
      3.2.2.1 环境量  32-33
      3.2.2.2 状态量  33-35
      3.2.2.3 其它监测信息  35-36
  3.3 状态识别步骤和因素集  36-39
    3.3.1 状态识别的步骤  36-37
    3.3.2 海堤状态识别的因素集  37-39
  3.4 小结  39-40
第四章海堤工作状态识别实施方法  40-50
  4.1 渗压趋势项的分解  40-41
    4.1.1 时间序列  40
    4.1.2 趋势项分解  40-41
  4.2 判别指标等级的划分  41-44
  4.3 权值矩阵的确定  44-48
    4.3.1 两个指标的权值矩阵  44-46
    4.3.2 三个指标的权值矩阵  46-48
  4.4 谐量回归模型  48-49
  4.5 小结  49-50
第五章海堤状态识别实例  50-73
  5.1 浦东海堤简述  50-51
  5.2 浦东海堤指标等级的划分  51-54
    5.2.1 海堤状态识别因素集  51-52
    5.2.2 判别等级的划分  52-54
      5.2.2.1 潮位等级的划分  52
      5.2.2.2 降雨等级的划分  52-53
      5.2.2.3 渗压等级的划分  53-54
  5.3 马氏距离判别  54-62
    5.3.1 渗压趋势项分解  54-55
    5.3.2 分时段统计  55-56
    5.3.3 特征值的统计  56-58
    5.3.4 马氏距离状态判别  58-62
  5.4 加权马氏距离判别  62-70
    5.4.1 两个指标的加权马氏距离判别  62-63
    5.4.2 三个指标的加权马氏距离判别  63-69
    5.4.3 距离判别结果的讨论  69-70
  5.5 预测判别  70-72
  5.6 小结  72-73
第六章总结  73-75
参考文献  75-78
攻读硕士学位期间发表的论文  78-79

距离判别法在海堤安全监测状态识别中的应用

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