露天煤矿边坡稳定性的随机森林预测模型

 边坡工程是露天煤矿中的重点工程,边坡的稳定性关系着煤矿的安全生产。边坡稳定性预测是边坡防治工作的前提,针对煤矿边坡工程稳定性预测的复杂性,为了快速、有效地判别煤矿边坡稳定性,利用随机森林算法建立煤矿边坡稳定性预测模型。通过选取与煤矿边坡工程密切相关的岩石重度、黏聚力、内摩擦角、边坡角、边坡高度、孔隙水压力6 个指标作为边坡稳定性的影响因素,即为随机森林预测模型的输入,边坡稳定性状态作为随机森林预测模型的输出,通过随机森林算法建立边坡稳定性影响因素与边坡稳定状态之间的非线性关系。利用煤矿实测30 组边坡稳定性数据作为随机森林预测模型的训练数据集,进行模型的学习训练;另用12 组边坡稳定性数据作为预测模型的测试数据,通过训练好的边坡稳定性预测模型进行测试;为了验证随机森林预测模型的准确率,同时与SVM 和BP 神经网络的测试数据进行比较。结果说明,选取煤矿边坡稳定性的6 个指标建立的随机森林预测模型,人工控制参数较少、结构简单、容易实现,且具有较高的准确度,边坡稳定状态预测结果与煤矿边坡工程实际状态相吻合,能有效预测边坡稳定性状态,指导煤矿边坡防治工作的开展。     

基于改进麻雀搜索算法和支持向量机的边坡稳定性

边坡失稳是由多种因素共同作用的结果,常规的数学模型难以准确预测。为提高边坡稳定性预测精度,采用多策略融合改进麻雀搜索算法（improved sparrow search algorithm,ISSA）优化支持向量机（support vector machine,SVM）,进而建立边坡稳定性预测模型（ISSA-SVM模型）。将重度、粘聚力、内摩擦角、边坡角、边坡高、孔隙压力比6项因素作为输入特征,将边坡稳定性状态作为输出结果,进而预测边坡稳定性。选取国内外工程实例建立边坡数据库,将ISSA-SVM模型与SSA-SVM模型进行对比分析,通过灰色关联度分析法（grey relation analysis,GRA）进行敏感性分析。结果表明：ISSA-SVM模型预测精度更高、泛化能力更强,粘聚力和内摩擦角是对边坡稳定性最为敏感的因子。所提ISSA-SVM模型不仅能够准确地预测边坡稳定状态,还可以为其他领域相关问题提供参考。     

基于机器学习的锚固岩质边坡变形预测

锚索锚固是一种广泛使用的边坡加固技术,锚固性能的研究是锚固的核心问题之一。利用有限差分程序建立324组物理力学参数不同的锚固边坡,组成包括锚索参数和岩土体性质参数的9维输入指标和以沉降位移和塑性区面积为输出指标的数据集,分析输入输出指标间的关系。随后用随机森林和神经网络方法学习数据并建立层状边坡变形预测模型。分析显示,边坡沉降位移和塑性区面积预测结果变化对锚索性质参数中锚索总长度变化最敏感,锚固力的变化影响最小;其次岩土体物理力学性质中边坡力学指标黏聚力、内摩擦角起主要影响作用,岩土体密度变化影响最小;对预测结果的误差分析表明随机森林变形预测模型预测准确性比BP神经网络变形预测模型高5%~10%;模型预测沉降的偏差率小于预测塑性区面积的偏差率。研究表明随机森林算法在锚固效果预测问题上更加具有适用性,通过建立预测模型可以快速预测锚固边坡沉降位移和塑性区面积,指导锚固方案优化和变形控制设计。     

爆破振动对矿山边坡稳定性影响的预测

针对矿山爆破过程中爆破点附近的边坡稳定性问题,应用因子分析和免疫最小二乘支持向量机方法,选取爆破振幅、主频率、主频率持续时间、岩石重度、粘聚力、内摩擦角、边坡角、边坡高度、孔隙水压力等为影响因素.对相关性较高的因素进行因子分析,提取公共因子,建立爆破振动对矿山边坡稳定性影响的免疫最小二乘支持向量机预测模型.利用24组爆破数据作为学习样本进行训练,并采用回代估计法进行检验,误判率为1/12.用另外10组数据作为测试样本进行预测,同时通过与其他预测模型预测结果进行对比,验证本文所得模型在边坡稳定性预测中具有更高的准确度.研究结果表明:所得预测模型泛化误差满足精度要求,预测结果的误判率仅为1/10,优于其他预测模型.     

基于GS-SVM的膨胀土边坡防护工程健康预测模型

为了对膨胀土边坡防护工程健康状态进行精确、快速地预测,选取表征膨胀土边坡防护工程健康状态的指标,采用支持向量机算法,建立膨胀土边坡防护工程健康预测GS-SVM模型.在此基础上,研究数据预处理方式(标准化、权重量化)和模型训练集抽取比例(50％～80％)对预测结果的影响.研究结果表明:随着模型训练集抽取比例的增加,模型的...     

三峡工程高边坡的稳定性分析

为了分析三峡工程边坡的稳定性,根据灰色系统的理论,利用GM(1,1)预测模型,依据三峡现场边坡的测试数据,建立了边坡岩体变形的灰色预测模型,绘出了边坡变形的拟合和预测曲线,能够比较准确地预测边坡岩体变形的发展情况及稳定性,为边坡岩体变形的预测提供了可靠保证和理论依据.计算分析表明,其预测结果与实测数据较吻合,相对平均精度超过98%,能够满足工程的使用要求.三峡边坡工程是稳定和安全可靠的.     

支持向量机在边坡稳定分析预测的应用

目的提出一种基于改进算法的支持向量机模型(PSO-SVM),利用边坡的参数分析预测边坡稳定性.方法利用支持向量机有效解决小样本、高维数、非线性等问题的优势,建立粒子群算法(PSO)优化的支持向量机模型,粒子群算法优化支持向量机参数,模型中边坡几何参数和强度参数:边坡角β、边坡高度H、岩石容重γ、黏聚力c、内摩擦角φ以及孔隙水压力ru作为输入参数,边坡稳定性系数FS和边坡稳定状态S作为输出参数.结果 PSO-SVM模型与网格搜索算法(GS)、遗传算法(GA)优化SVM模型以及人工神经网络ANN模型相比,具有更高的分类精度和更强的预测能力.结论 PSO-SVM模型能够准确地获得边坡的稳定性系数,评价其稳定性,在边坡稳定分析和预测中具有良好的实际应用价值.     

基于RS-BPNN理论的边坡稳定性预测及应用

从文献资料中收集并整理了45组各类危险边坡数据实例,结合粗糙集理论的数据挖掘功能和BP神经网络理论的非线性映射功能,建立了基于粗糙集-BP神经网络(RS-BPNN)理论的边坡稳定性预测模型.利用粗糙集对离散化后的数据进行了属性约简,利用神经网络对约简前后的数据进行了网络训练和仿真,并对其中五组边坡的安全系数和稳定状态进行了预测.结果表明,未经约简的BP网络安全系数预测的平均误差率为14.51%,约简后的RS-BP网络预测的平均误差率为7.24%,且经过粗糙集约简后边坡的预测状态与边坡的实际状态更加吻合.     

局部加权随机森林的冲击地压危险性等级预测

为对煤矿冲击地压危险性等级进行预测,综合考虑煤层厚度、煤层倾角、开采深度、顶板岩性、构造情况、开采方法、有无煤柱、采煤工艺等影响因素.采用局部加权学习方法建立冲击地压危险性等级预测模型,其中分类器选择随机森林,样本间距离采用欧氏距离函数进行计算.实验选取17组冲击地压数据进行研究,其中14组数据用于建立预测模型,采用十折交叉验证法对模型进行评价,并与采用决策树和朴素贝叶斯生成的模型进行比较,预测准确率得到较大提高,最后使用该模型对其它3组测试数据进行预测,预测结果与实际类别吻合.研究结果表明:采用局部加权随机森林方法可以建立泛化性能更好的冲击地压预测模型.     

基于贝叶斯模型组合的随机森林预测方法

为了能够精准可靠地估计太阳能辐照度,本文提出一种基于贝叶斯模型组合的随机森林算法用于太阳能辐照度预测.首先,引入K-means聚类和K折交叉验证将气象数据训练集生成多个训练子集,以增加训练子集的多样性并保证均匀采样.其次,将随机森林作为基学习器建立集成学习预测模型,导入训练子集并训练各个随机森林.之后,依据各个随机森林在验证集上的预测性能,采用贝叶斯模型组合算法制定组合策略.个体随机森林在测试集上的预测值经过模型组合策略得到最终输出.最后,基于气象实测数据建立仿真实验,并引入其他四种预测方法进行对比仿真研究,通过实验结果验证了文中所提出预测方法在太阳能辐照度预测问题中的准确性和可靠性.     

基于变量筛选的岩质高边坡锚杆轴力预测

锚杆轴力的演变和发展规律对评价边坡稳定性极为重要.将平均影响值MIV与传统BP模型相结合,对锚杆轴力的影响因素进行筛选.同时引入粒子群算法与遗传算法对BP模型进行优化,在筛选时间、温度和开挖等变量的基础上,建立多个锚杆轴力预测模型.研究表明,MIV变量筛选能够提高预测模型的精度和减小误差.基于MIV变量筛选的PSO-BP模型在预测精度、模型稳定性上表现最好,在边坡锚杆轴力预测中具有一定的工程应用价值.     

基于模糊控制的人工神经网络模拟在土质边坡安全预测中的应用

从最优化角度出发,用神经网络解决模糊控制系统的规则提取问题,给出可靠的基于BP算法的可靠神经网络模拟过程,对模糊子集个数的选取与系统复杂性、精确性之间的关系进行讨论.为获得边坡复杂工况下的安全特征,建立基于模糊控制的人工神经网络边坡安全预测模型,由大量样本进行网络训练.研究结果表明:所建立的模型预测精度较高,且实用易行;边坡的坡度、内摩擦角、凝聚力对边坡的安全系数影响较大;该预测模型可用于处理普遍存在的不确定性、非线性复杂工程问题;通过模糊控制调整模型,可对不同工程对象进行较精确的模拟分析.     

土坡稳定性分析的SVM方法

根据支持向量机方法的基本原理,结合20个典型土坡工程实例,建立了边坡稳定性的支持向量机预测模型,并应用该模型对部分边坡工程的稳定性进行了预测,预测结果与实际边坡稳定性状态相吻合,从而说明了支持向量机方法在边坡稳定性分析中的有效性.     

边坡稳定性的k-近邻估计

边坡稳定性估计的精度直接关系到边坡工程的成败.然而,边坡稳定性与其影响因素之间存在复杂的非线性关系.当目标函数很复杂时,如果只建立目标函数的局部逼近,并将其应用于待测实例的邻域,就能获得较高的预测精度.这种局部建模方法的典型代表就是k-近邻及其改进算法.在研究k-近邻算法的基本原理及其改进方法的基础上,提出了应用距离加权的k-近邻方法对由岩石容重、岩石内聚力、内摩擦角、边坡角、边坡高度和孔隙水压力6个特征参数组成的岩土参数进行建模,估计表征边坡稳定性的安全系数.实验中,用82个圆弧破坏边坡实例中的71个实例进行建模,对另外11个实例进行推广预测.实验结果表明:用k-近邻算法进行边坡稳定性预测有较高的精度.     

基于改进粒子群算法的BP神经网络在边坡稳定性评价中的应用

边坡稳定性分析与评价是边坡工程的核心内容,具有高度非线性和不确定性特征。首先,选取了多个边坡工程实例构成学习样本集,以土体重度、内摩擦角、粘聚力、坡角、坡高、孔隙比六个主要影响因素作为土坡稳定性的评价判别指标;然后,采用改进的粒子群算法优化BP神经网络模型,将网络权值和阈值粒子化,通过引入粒子群进化度和粒子群聚合度实现惯性权重的动态变化,利用粒子群算法的全局搜索性实现网络权值和阈值的更新,从而增强算法对非线性问题的处理能力,加快了收敛速度;最后,通过与其它边坡稳定性评价算法进行比较分析,表明了本文研究算法的可行性与合理性。     

爆破振动对边坡稳定性影响的FA-IGA-LSSVM模型

为对矿山开采爆破过程中边坡的稳定性进行预测,将因子分析、免疫算法及最小二乘支持向量机相结合,共提取爆破振幅、主频率、主频率持续时间、岩石重度、粘聚力、边坡角、边坡高度7个影响指标.通过因子分析对样本数据进行降维,提取出一个公共因子.利用实际测量的29组样本数据对模型进行训练,构建基于因子分析和IGA-LSSVM的边坡稳定性预测模型;采用回代估计法对模型进行检验,误判率为3/29.使用其他5组样本检验模型的泛化能力,同时与基本最小二乘支持向量机进行对比,结果表明:所得模型的预测精度高于基本最小二乘支持向量机,预测结果的误判率为0.     

基于随机森林回归和气象参数的城市空气质量预测模型——以重庆市为例

为有效进行城市空气质量预测、推进城市空气污染防治,弥补传统统计学模型在大数据时代背景下对城市空气质量预测准确率低、容错能力差等问题,提出利用随机森林回归构建城市空气质量预测模型;综合考量污染物浓度、气象参数、时间参数等多方面影响因素,通过网格搜索法调整参数的最优组合,构建基于随机森林回归算法的城市空气质量预测模型;基于重庆市2017-01-01—2020-07-31的指标数据,对重庆市空气质量进行预测分析,结果表明:在模型下训练集与测试集的确定性系数R~2均在99%以上,均方误差D_(MSE)和平均绝对误差D_(MAE)在训练集和测试集上的取值均在可接受范围内,证实模型具有运行速度快、预测误差小、具有较高的预测精度等优点,具备较好的学习能力与泛化能力。     

基于参数优化神经网络的海底油气管道腐蚀泄漏预测

为有效预测海底管道因腐蚀导致的泄漏风险,提出了一种海底管道腐蚀泄漏预测模型,首先采用斯皮尔曼相关系数分析各影响因素间的相关性,随后基于随机森林袋外数据进行各因素的重要性排序,剔除掉相关性较高且重要性较小的因素,利用筛选出的数据建立前馈神经网络和随机森林回归预测模型,并利用粒子群算法对神经网络预测模型的权值、阈值进行了优化,构建粒子群优化下的神经网络预测模型。经分析结果表明：神经网络预测模型在5组随机模型训练中平均绝对误差(MAE)、均方误差(MSE)的平均值分别为1.59、 3.37,均高于随机森林回归预测模型,说明该模型误差较大,但决定系数(R2)较随机森林回归预测模型高0.13,因决定系数越接近于1,模型拟合越好,故随机森林回归预测模型较神经网络预测模型拟合度较差,长期预测误差较高,因此可采用粒子群算法对神经网络进行优化,优化后的模型MAE为0.79,MSE为0.7293,R2为0.9151,可见优化后的神经网络预测模型在保证精度的基础上提高了稳定性,预测效果更优。最后编制了集随机森林回归、神经网络及粒子群优化下的神经网络为一体的多模型管道腐蚀预测软件。为海底管道泄漏风险的精准预测以及高效控制提供了依据,在海洋油气运输安全方面具有重要意义。     

基于LS-SVM的边坡稳定性预测研究

针对边坡工程稳定性估计的复杂性,将最小二乘支持向量机引入到边坡稳定性估计的研究中,分别建立了边坡安全系数预测的最小二乘支持向量机模型和边坡稳定状态预测的最小二乘支持向量机模型,以实例数据为学习样本和测试样本,讨论了基于最小二乘支持向量机的边坡稳定性分析方法及其可行性．该方法具有一定的工程参考和实用价值．     

基于PSO-Adam-GRU的煤矿瓦斯浓度预测模型

煤矿瓦斯浓度的精准预测是矿井瓦斯防治的关键。为了准确可靠地预测工作面瓦斯浓度,提出了一种基于门控循环单元方法的工作面瓦斯浓度预测模型。采用邻近均值法对数据缺失值和异常值进行补全,采用MinMaxScaler方法对实验数据进行归一化处理,为了提高模型精度和稳定性,采用粒子群算法和Adam算法对GRU超参数进行优化,从而构建了基于PSO-Adam-GRU的工作面瓦斯浓度预测模型。以崔家沟煤矿生产监测数据为样本数据进行模型训练,采用平均绝对误差、均方根误差、运行时间3种评价指标对预测模型性能进行评估,并将预测结果与BPNN和LSTM进行对比。结果表明:PSO-Adam-GRU较BPNN和LSTM具有更高的精度和稳定性,在预测过程中MAE可降低到0.058,RMSE可降低到0.005.结果表明,基于PSO-Adam-GRU的瓦斯浓度预测模型和参数优选方法可有效预测出瓦斯浓度,该模型在瓦斯浓度时间序列预测方面具有更高的准确性和鲁棒性,可为矿井瓦斯治理提供一定指导意见。