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海量监测数据下分布式BP神经网络区域滑坡空间预测方法

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岩土力学 2019年第7期40卷 2866-2872页

作者：赵久彬刘元雪刘娜胡明陆军勤务学院岩土力学与地质环境保护重庆市重点实验室重庆401311 重庆市地质矿产测试中心重庆400042

提出BP神经网络的分布式区域滑坡预测方法,算法设计在大数据分布式处理平台Spark下实现,通过构造包含均方误差和L2正则化的代价函数,提高运算实时性和算法泛化能力。统计影响滑坡评价因子的量化指标和定义监测剖面危险级别评价值,并进... 详细信息

提出BP神经网络的分布式区域滑坡预测方法,算法设计在大数据分布式处理平台Spark下实现,通过构造包含均方误差和L2正则化的代价函数,提高运算实时性和算法泛化能力。统计影响滑坡评价因子的量化指标和定义监测剖面危险级别评价值,并进行评价因子特征选取,用于三峡库区忠县区域9个滑坡11年月监测海量数据挖掘,对研究区所有滑坡监测剖面每月进行危险级别评价,实现以月为周期的区域滑坡危险程度空间预测。试验表明,采用所述方法得到的拟合精度、准确度、效率均比梯度提升决策树、随机森林算法好,预测的滑坡危险级别准确,该方法可作为区域滑坡空间预测的一种新思路。

关键词： BP神经网络分布式Spark平台区域滑坡空间预测监测剖面

FRPFP模型滑坡监测预警关联规则挖掘分析——以三峡库区江津到奉节段为例

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岩土工程学报 2019年第3期41卷 492-500页

作者：赵久彬刘元雪刘娜胡明陆军勤务学院军事设施系重庆401311 岩土力学与地质环境保护重庆市重点实验室重庆401311 重庆市地质矿产测试中心重庆400042

采用传统的关联规则用于岩土工程监测预警领域的知识发现,在数据庞大情形下单机机器学习实时性差,无法获得多因素综合作用的规则。由于未对前后部项进行约束,得到的关联规则冗余度高,含有大量不符因果逻辑的规则。基于此,提出一种前后... 详细信息

采用传统的关联规则用于岩土工程监测预警领域的知识发现,在数据庞大情形下单机机器学习实时性差,无法获得多因素综合作用的规则。由于未对前后部项进行约束,得到的关联规则冗余度高,含有大量不符因果逻辑的规则。基于此,提出一种前后部项约束关联规则并行化FRPFP (fore-part and rear-part parallel FP-growth)算法,并在大数据分布式处理平台Spark下进行实现。通过对三峡库区奉节至江津库段滑坡的孕灾因子统计分类,采用7个滑坡发育基础因子和4个滑坡诱导因子作为前部集合,滑坡前缘、中部、后缘监测点位移参数为后部集合,采集研究区25个滑坡11年监测数据。以FRPFP算法为模型架构基于关联规则的滑坡监测预警大数据系统,设计区域滑坡危险性规则挖掘、典型滑坡危险性规则挖掘、滑坡发生原因分析挖掘3个功能,用于库岸滑坡稳定性预测和分析,为认清库岸滑坡的破坏机制和提升其预报水平提供新的思路。

关键词： FRPFP模型关联规则 Spark平台滑坡监测预警三峡库区

滑坡次声信号简正波模型的匹配场超前定位算法

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岩土力学 2020年第12期41卷 4116-4126页

作者：赵久彬刘元雪杨骏堂柏准陆军勤务学院军事设施系重庆401311 陆军勤务学院岩土力学与地质环境保护重庆市重点实验室重庆401311

滑坡灾害发生前夕,滑体内的局部岩土体发生爆裂、摩擦和断裂等破坏会产生次声波向外传播,基于次声信号的超前定位成为滑坡监测预警的关键技术。将波动方程通过傅里叶变换到亥姆霍兹方程,利用汉克尔变换得到波动方程的核函数,建立了基于... 详细信息

滑坡灾害发生前夕,滑体内的局部岩土体发生爆裂、摩擦和断裂等破坏会产生次声波向外传播,基于次声信号的超前定位成为滑坡监测预警的关键技术。将波动方程通过傅里叶变换到亥姆霍兹方程,利用汉克尔变换得到波动方程的核函数,建立了基于简正波的地质声场模型,仿真分析了土层与空气、土层与岩层之间反射折射关系;提出滑坡次声信号的简正波模型匹配场超前定位算法,将垂直接收阵的测量次声信号与传播模型的拷贝次声信号进行相关匹配计算,搜索计算得到模糊函数最大值处的坐标定位为声源点,并采用12元垂直接收阵仿真分析3种匹配场算法性能,发现可变系数似然匹配场算法具有旁瓣小、定位准确的优点,可应用于滑坡定位技术;将垂直接收阵置于空气层中、土层中不同位置发现,土层中的垂直阵能够精确定位,而空气中误差较大;并将该算法应用于滑坡超前定位,定位了滑体的局部破坏位置和预测滑移线。该算法为滑坡超前定位技术提供了新的思路。

关键词：滑坡超前定位次声信号简正波模型匹配场

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基于螺旋线三棱锥阵的三维匹配定位算法

Journal of Central South University 2021年第3期28卷 816-833页

作者：赵久彬刘元雪刘昌佳凌跃 Chongqing Key Laboratory of Geomechanics&Geoenvironmental Protection Department of Military InstallationsArmy Logistics University of PLAChongqing 401311China Beijing Institute of Special Electromechanical Technology Beijing 100020China

在滑坡泥石流等地质灾害发生前夕,灾害体内的岩石土块发生爆裂、摩擦和断裂等破坏会产生次声波信号,利用次声信号进行三维超前定位是地质灾害防治技术研究前沿。本文在柱坐标下将波动方程通过傅里叶变换和汉克尔变换,建立了三维轴对称... 详细信息

在滑坡泥石流等地质灾害发生前夕,灾害体内的岩石土块发生爆裂、摩擦和断裂等破坏会产生次声波信号,利用次声信号进行三维超前定位是地质灾害防治技术研究前沿。本文在柱坐标下将波动方程通过傅里叶变换和汉克尔变换,建立了三维轴对称的简正波地质声场模型;由于螺旋线三棱锥阵列的阵元具有垂直和水平采样能力,设计了4元螺旋线三棱锥阵置于声场中接收次声信号,提出地质灾害次声信号的简正波模型三维匹配定位方法。将该方法应用于岩土层中的次声信号定位分析,采用4元螺旋线三棱锥阵和与其他传统阵列进行定位应用对比,发现螺旋线三棱锥阵能够以较少数目阵元达到深度和距离的精确估计,且可能克服方位对称模糊性。基于螺旋线三棱锥阵的三维匹配定位方法为地质灾害防治技术研究提供了新思路。

关键词：地质灾害次声波螺旋线三棱锥阵三维匹配定位算法

库岸堆积层滑坡位移的分量响应模式及多因子模型

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岩土力学 2020年第8期41卷 2773-2784页

作者：何少其刘元雪杨骏堂柏准赵久彬陆军勤务学院军事设施系重庆401311 陆军勤务学院岩土力学与地质环境保护重庆市重点实验室重庆401311

为了更加真实地刻画库岸堆积层滑坡位移与影响因素间的显式关系,克服现有的叠加型分量响应模式难以构造位移回归函数的不足,定义了一种新的分解模式——波动比,将位移增量表述为波动比与趋势项增量之积。结合三峡库区王爷庙滑坡实例,采... 详细信息

为了更加真实地刻画库岸堆积层滑坡位移与影响因素间的显式关系,克服现有的叠加型分量响应模式难以构造位移回归函数的不足,定义了一种新的分解模式——波动比,将位移增量表述为波动比与趋势项增量之积。结合三峡库区王爷庙滑坡实例,采用低通FFT滤波方法得到趋势项位移分量,确定当月降雨量、当月水位变化、前一月波动比值为核心因子组合,通过K-Means算法建立各单因子与波动比值的相关性函数关系,并提出由诱发因素项和状态控制项组合而成的多因子概化模型。同位移实测值及叠加型的ARIMA、SVR、RF、BP预测模型进行对比分析,该方法运算简便、预测效果较好、且位移成分可解释。选取库区其他4个典型滑坡案例综合比较研究,结果进一步验证了该方法的合理性。该模式及模型能够准确反映出滑坡位移随时间推移、多因素影响、状态约束的综合响应,为研究该类型滑坡的演化机制及时空预测提供了新思路。

关键词：波动比多因子库岸滑坡位移分析演化进程

土体中岩石破坏次声波的三维多测点振速矢量直线汇聚声源定位方法

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振动与冲击 2021年第14期40卷 144-152页

作者：赵久彬刘元雪柏准杨骏堂何少其陆军勤务学院军事设施系重庆401311 岩土力学与地质环境保护重庆市重点实验室重庆401311

滑坡泥石流等地质灾害发生前夕,灾害体内的岩石土块发生爆裂、摩擦和断裂等破坏会产生低频次声波信号向外传播。在次声波声场中,声压是标量场,质点运动振速为矢量场,可以利用振速矢量场提前准确预测出灾害发生地点的三维坐标位置。采用... 详细信息

滑坡泥石流等地质灾害发生前夕,灾害体内的岩石土块发生爆裂、摩擦和断裂等破坏会产生低频次声波信号向外传播。在次声波声场中,声压是标量场,质点运动振速为矢量场,可以利用振速矢量场提前准确预测出灾害发生地点的三维坐标位置。采用数值模拟计算土体中发生小当量炸药爆炸,通过信号频谱分析得到爆炸冲击波衰减为次声波的主要能量频率为2~8 Hz,模拟出土体中岩石破坏发出同范围次声信号现象。基于此提出一种三维多测点振速矢量直线汇聚次声声源定位方法,在地质灾害体范围内不同位置部署N个监测点传感器阵列收集质点振速矢量信号,待地质体内岩石破坏发出次声信号,计算经过测点且其法线为振速方向矢量的N条直线指向并汇聚于声源发生处位置,通过求两两直线间最短距离线段方程,获得N-1个中点坐标,最后求各中点坐标的质心,预测为即将发生地质灾害的源头位置处。通过仿真模拟实体土质滑坡模型和分层介质模型中发出次声信号,布置3个测点位于模型中不同位置收集次声信号,采用该方法准确获得灾害体内部三维声源位置。该方法为提升滑坡泥石流等预警技术水平提供了新的思路。

关键词：次声波声源定位质点振速直线汇聚

剪胀型土的试验大数据深度挖掘与本构关系研究

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岩土工程学报 2021年第3期43卷 520-529页

作者：杨骏堂刘元雪郑颖人柏准赵久彬陆军勤务学院岩土力学与地质环境保护重庆市重点实验室重庆401311

由于受到传统本构理论的约束以及未对土体基本力学特性的共同变化规律进行深入研究,使得当前建立的大多数本构模型并不能良好的反映土体实际变形机制。搭建了基于Hadoop+Spark的大数据处理平台,结合泛函网络和AIC评判准则,提出了一种能... 详细信息

由于受到传统本构理论的约束以及未对土体基本力学特性的共同变化规律进行深入研究,使得当前建立的大多数本构模型并不能良好的反映土体实际变形机制。搭建了基于Hadoop+Spark的大数据处理平台,结合泛函网络和AIC评判准则,提出了一种能用于剪胀型土试验大数据深度挖掘研究的分布式自适应自回归算法。利用该算法,基于各塑性系数的大数据特征关系,再结合其显著性和次要影响因素的综合作用,在广义塑性力学的理论基础上建立了剪胀型土的本构模型。通过模型的验证试验,结果表明本文模型的预测效果要优于修正剑桥模型和考虑剪胀性的类剑桥模型,并且对不同应力路径下的剪胀型土的本构特性具有更强的适应性。将大数据技术和广义塑性力学应用于土的本构关系研究,有效突破了传统本构理论的束缚,具有更为广泛的理论意义,同时也为土的本构关系研究提供了新的思路。

关键词：剪胀型土力学特性深度挖掘大数据本构关系

三峡库区阶跃变形滑坡水平位移与降雨量数学统计模型

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岩土力学 2020年第S1期41卷 305-311页

作者：赵久彬刘元雪何少其杨骏堂柏准陆军勤务学院军事设施系重庆401311 陆军勤务学院岩土力学与地质环境保护重庆市重点实验室重庆401311

三峡库区忠县区域的滑坡位移变化呈现阶跃变形特点,由于降雨量为主要影响因子,采用信号处理的快速傅里叶变换方法,提出一种基于高能频点的傅里叶级数拟合函数,对三峡库区忠县区域的月降雨量进行拟合,得到相关性高和均方误差可接受的拟... 详细信息

三峡库区忠县区域的滑坡位移变化呈现阶跃变形特点,由于降雨量为主要影响因子,采用信号处理的快速傅里叶变换方法,提出一种基于高能频点的傅里叶级数拟合函数,对三峡库区忠县区域的月降雨量进行拟合,得到相关性高和均方误差可接受的拟合模型。在地质模型及滑坡机理类似的研究区内,针对滑坡倾角对水平位移的影响较大,通过定义滑坡倾角影响权重,计算研究区内的总体权重位移能较好地反映倾角作用大小。设定降雨量傅里叶级数拟合函数为降雨因子项,阶跃函数为阶跃因子项,采用最小二乘法拟合该研究区3阶段变形的阶跃过程,得出包含降雨影响控制项和降雨量项组合而成的数学统计模型,用于三峡库区忠县区域9个阶跃变形滑坡11年的月监测。数据表明,用文中方法得到的拟合精度较好,相关度较高,均方误差较小,能够准确地反映出不同时间和不同变形阶段降雨量对该区域内水平位移的阶跃变形特点,可作为区域滑坡空间预测的一种新思路。

关键词：快速傅里叶变换高能频点阶跃变形降雨量与水平位移数学统计模型

“阶跃式”滑坡突变预测与核心因子提取的平衡集成树模型

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中国地质灾害与防治学报 2019年第5期30卷 27-36页

作者：何少其刘元雪梁叶刘娜赵久彬陆军勤务学院岩土力学与地质环境保护重庆市重点实验室重庆401311 重庆市地质矿产测试中心重庆400042 重庆长江勘测设计院有限公司重庆401147

“阶跃式”滑坡在复杂多变的地质环境作用下呈现突变与稳定交替、不平衡的演化形态,根据此特点提出了边坡突变与稳定分类的平衡集成树模型,建立高维地质环境影响因子与致变之间的关联,并应用于三峡库区26个具有“阶跃”特征的滑坡。考... 详细信息

“阶跃式”滑坡在复杂多变的地质环境作用下呈现突变与稳定交替、不平衡的演化形态,根据此特点提出了边坡突变与稳定分类的平衡集成树模型,建立高维地质环境影响因子与致变之间的关联,并应用于三峡库区26个具有“阶跃”特征的滑坡。考虑到直接使用分类器难以捕捉有效信息,模型利用了合成边界少数类过采样原理适当提升突变样本比率,再分别组合随机森林和梯度提升树进行优化和训练,并对测试集和预测集进行评估校核。同数据平衡前后的不同模型进行对比实验,平衡集成树模型能够有效提高突变预测的整体精度,并量化得出了所有地质环境因子的特征重要性指标,最终应用于样本外的王爷庙滑坡结果表明,模型取得了较高的预报水平。该方法能够实现突变的有效预测,并发现核心影响因子及其数据分布特征,为研究“阶跃式”滑坡机理和预警提供了新的思路。

关键词： “阶跃式”滑坡平衡集成树三峡库区突变 SMOTE 随机森林梯度提升树