专利名称：一种基于模拟退火法的Kriging地面沉降时域监控方法
技术领域：
本发明涉及地理信息领域的监控模型，具体地说涉及一种基于模拟退火法的Kringing地面沉降时域监控方法。
背景技术：
地面沉降是一种普遍而又 日趋明显的地质现象。它是区域性地面高程下降的一种环境地质变化，大多发生在人口密集、工业发达的城市，其生成缓慢，持续时间长，危害范围广，破坏严重。城市地面沉降监测是保护人民生命财产、减少经济损失的重要手段，对监测资料的分析处理是判断一个城市环境地址优劣的科学依据。因此，在城市发展的同时，必须对其底面沉降状况进行监控，及时掌握第一手资料，并对观测资料进行科学的分析，及时发现可能存在的隐患，从而制定合理的防治措施，以确保城市的现代化进程。目前常用的监控模型有确定性模型、统计模型、人工智能模型等，其中大多数模型限制于自身的要求，仅适用于建立空间监控模型，而其他的时间监控模型又因无法顾及离散数据随机性和结构性特征，致使模型插值预测的结果一直差强人意，在实际工程中难以满足要求。另一方面，在Kriging模型中，监测数据呈现非正态性会导致扰动信息逐渐积累，使变异函数无法真实地反映沉降数据的分布特征，传统的变异函数拟合模型是基于最小二乘准则的，其在处理数据时，会对测量误差有明显的放大作用。
发明内容
发明目的本发明的目的是提供一种减少扰动信息积累、降低测量误差的一种基于模拟退火法的Kriging地面沉降时域监控方法。技术方案为了实现上述技术方案，本发明的基于模拟退火法的Kriging地面沉降时域监控方法，包括如下步骤(I)提取监测时刻ti;及沉降数据Zi,进行规范化处理，其中，i = 1，2，…，N;(2)将沉降数据Zi进行正态化转换；( 3)确定等维动态预测的维数尺度；(4)划分时间分组，用{V J表示{C} = WXTT·’ m = 1,2,…,Nt当各期采样的时间间隔比较均匀时，{V J=IIiXT' , m = 1，2，· · ·，Nt式中，AT'为以确定维数尺度的时间间隔，T'为相邻两时间点的最短时间间隔，Nt表示时间分组的个数，Nt ^ 4；(5)计算各时间组所对应的对数变异函数值
I V(C) r*(C) = TTr7T Σ [IniZi(Xnyi))-In(Z,(Xi +t,y, +l))f
2N(im) Tl
式中，N(t' m)表示时间间隔为t的所有监测时间间隔的个数,Zi (Xi，yi)为第i点(Xi, Yi)在某时刻的沉降监测值，Zi(Xi+t，Yi+t)为第i点在经历t时间后的沉降监测值；(6)选择球状模型作为变异函数模型，并采用模拟退火法拟合变异函数模型，并绘制变异函数曲线；(7)计算 Kriging 权系数λ =IT1M,
其中
权利要求
1.一种基于模拟退火法的Kriging地面沉降时域监控方法,其特征在于该方法包括如下步骤(1)提取监测时刻ti;及沉降监测数据Zi,进行规范化处理，其中，i= 1，2，…，N ; (2)将沉降数据Zi进行正态化转换； (3)确定等维动态预测的维数尺度； (4)划分时间分组，用{VJ表示
2.根据权利要求I所述的一种基于模拟退火法的Kriging地面沉降时域监控方法，其特征在于 所述步骤(2)中正态化的具体步骤为 (201)使用多项式拟合参考时刻的实测值作为其真值的近似值； (202)将拟合值与实测值作差； (203)对差值作BOX-COX转换，最终形成符合正态分布的数据序列。
3.根据权利要求I所述的一种基于模拟退火法的Kriging地面沉降时域监控方法，其特征在于所述步骤(3)中维数尺度为8 15。
4.根据权利要求I所述的一种基于模拟退火法的Kriging地面沉降时域监控方法，其特征在于所述步骤(5)中计算各时间组所对应的变异函数值取自然对数
5.根据权利要求I所述的一种基于模拟退火法的Kriging地面沉降时域监控方法，其特征在于所述步骤(6)中球状模型变异函数为
6.根据权利要求I或5所述的一种基于模拟退火法的Kriging地面沉降时域监控方法，其特征在于所述步骤(6)中模拟退火法包括如下步骤 (601)初始化变异函数模型参数Q、C、a,确定参数变化范围，计算目标函数值E (C0, C, a)； (602)给当前模型Cc^Cd进行扰动产生一个新模型参数Cc/、C'、a'，计算目标函数值E' (Cc/，C'，a')，所述扰动模型为 Ini' = Iiii+Yi (Bi-Ai), yi = Tsgn (μ-O. 5) [ (1+1/Τ) |2μ_1|-1], 式中，Hii为当前模型中的第i个变量；μ为
均匀分布的随机数；[Ai, Bi]为Hii的取值范围，且要求扰动后的Hii e [Ai, Bi] ;sgn为符号函数； (603)判断AE= Ei (Cc/ ,C1 ,a' )-E (C。，C，a)是否小于0，若小于0，则新模型参数Cc/、C'、a'被接收，否则按概率P进行接收；
全文摘要
本发明公开了一种基于模拟退火法的Kriging地面沉降时域监控方法，该方法包括提取监测信息，进行正态化转换，确定等维动态预测的维数尺度，然后划分时间分组，计算各时间组所对应的变异函数值，选择球状模型作为变异函数模型，并采用模拟退火法拟合变异函数模型，绘制变异函数曲线，然后计算Kriging权系数，计算预测时刻Krining插值的估计值，迭代计算，在时间域上内插和加密网格，生成准监测时刻的沉降监测结果。本发明的方法，可针对地面沉降数据非正态分布的特点进行高精度的预测，有效针对监测点出现的异常情况进行真实的反映，并可避免线性化反演方法结果强烈依赖于初始模型的选取导致解落入局部极值的情况。
文档编号G06F19/00GK102880786SQ201210285169
公开日2013年1月16日 申请日期2012年8月10日 优先权日2012年8月10日
发明者岳建平, 甄宗杰, 董杰 申请人:河海大学