专利名称：滚动组合预测模型方法
技术领域：
本发明涉及岩土工程、矿业工程领域，尤其涉及边坡工程，具体涉及边坡变形的滚动组合预测方法。
背景技术：
在边坡变形时间序列预测实践中，对于变形时间序列预测问题，可用各种单项预测模型进行预测。一般来说，采用预测模型不同，预测结果也不尽相同。主要是因为各种模型的建模机理各不相同，都存在一定的局限。若只用一种预测方法进行预测，则这种预测方法的选择是否适当就显得很重要。如果预测方法选择不当，就可能要冒一定决策失误的风险。因此研究既能满足预测精度又能保证预测结果可靠性的组合预测模型是重要的发展方向。组合模型中最简单也最容易想到的便是带有加权系数的线性组合模型。求解加权系数就不可避免会用到数值分析理论。利用MATLAB软件在数值计算方面优势，根据它所提供的优化函数库可以方便的求出加权系数。另外，实践表明，单项预测模型短期预测精度较为理想，相对残差一般在5%以内；而长期预测精度迅速下降，预测误差较大。滚动预测是一种经常稳定保持一定期限的预算。其突出优点是能提高长期预测的精度。
发明内容
本发明目的是提供一种既能满足长期预测精度又能保证预测结果可靠性的预测方法。该方法将组合预测和滚动预测思想相结合，建立了滚动组合预测模型。通过以下步骤实现Si，建立组合模型设对边坡变形序列{xt，t = 1,2,…，N}，存在m种单项无偏预测方法对其进行预测，设第i种单项预测方法在第t时刻的预测值为Xit，i = 1,2, '",m, t = 1,2,…，N，称 eit = (xt-xit)为第i种单项预测方法在第t时刻的预测误差，m是单项预测模型总数，N是建模序列长度。设I1, I2,…，Iffl分别为m种单项预测方法的加权系数，为了使组合预测保持无偏性，加权系数应满足l1+l2+...+lm=l (1)设天为&的组合预测值，设et为组合预测在第t时刻的预测误差，则有e, =X1- X,(2)χ, =Z1X1, +I2X21 +··· + ImXmt(3)设J表示组合预测预测误差平方和，则有·/ = Ye]，由此可得以预测误差平方和
t=\
为准则的线性组合预测模型为下列最优化问题
式中，i是单项预测值矩阵，即&表示第j个单项模型的第i周期的预测值。X是观测值向量，NXm,即Xi为某监测点第i周期变形观测值。L是单项模型组合权系数向量， mXl。0是零向量，mXm。S2，加权系数求解从数学规划角度来看，上面的求解L是带约束的线性最小二乘问题的计算。可以应用Matlab软件解算。Matlab软件优化函数工具箱中，提供了求解函数IsqlinO。具体调用格式为 = LSQLIN (Χ,Χ,Ε,ο,Rr ,1,)⑶式中，L——返回权系数向量；RESNORM——返回残差的平方范数；RESIDUAL——返回残差；EXITFLAG——返回迭代收敛状况，等于1时，说明收敛到最优解；OUTPUT——返回优化结构参数，包括迭代次数等。S3，滚动预测设计解算出权系数之后，代入公式C3)就可以计算组合模型值。当t > N时为预测值， 当t < N时是拟合值。在实际预测中要考虑参与建模的序列长度N如何确定，当组合模型系数个数为2时，参与建模的项数必须大于3才有合理解。实际上当N取不同值进行建模时，构造了一个模型群。设原始数列为xt，有拓扑空间(xt，J)，了为\上的拓扑。令x(i)为现实数据，构造现实数据的邻域族为
权利要求
1.滚动组合预测模型方法，该方法包括以下步骤 Si，建立组合模型；S2，加权系数求解； S3，滚动预测设计。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤Sl中，建立组合模型时， 监测对象在t时刻的组合预测值由同时刻的单项预测值及其加权系数来表示，
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S2中，运用MATLAB软件优化函数工具箱中的求解函数IsqlinO求解加权系数。
4.如权利要求1 3任一所述的方法，其特征在于，步骤Sl中采用预测误差平方和为优化准则；
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤Sl中为了使组合预测保持无偏性，令加权系数满足li+l2+…+Im= 1。求解加权系数的问题归结为带约束的线性最小二乘问题的计算。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S3中，构造现实数据x(i)的邻域族为 x(i，k) = {x(i)，x(i+l)，...，x(k)}，i = 1，2，...，N;k=l，2，...，N 令 x(l，k)为 xj 子列，称 x(l，k) = (x(l),x(2),…，x(k))为 XiWk 维子列；xtop = (χ(1，3)，χ(1，4)，…，χ(1，N-I))为拓扑子序族； xt。p的组合建模Μ = (M3, M4, -,MnJ为滚动建模。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S3中，采用滚动预测。滚动预测评定采用滚动相对残差和平均滚动残差
全文摘要
本发明提出了边坡变形的滚动组合预测模型方法，解决了如何保证边坡变形预测结果可靠性的问题，以及如何满足边坡变形长期预测结果精度的问题。该方法首先建立预测组合模型，并用MATLAB软件求解出加权系数，代入实测数据得到一系列组合模型值，最后用滚动预测方法进行预测，既可得到边坡变形预测值。该方法提高了预测结果的可靠性，从而达到提高预测结果精度的目的。
文档编号G06F19/00GK102226903SQ20111012058
公开日2011年10月26日 申请日期2011年5月11日 优先权日2011年5月11日
发明者冯少杰, 孙世国, 宋志飞, 金松丽 申请人:北方工业大学