[發(fā)明專利]安全水平位移與水位的滑動(dòng)可變窗口動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)擬合方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410735262.2
• 申請(qǐng)日: 2014-12-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104462808A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛鶯池;賈必聰;王久龍;朱瀝瀝;王龍寶;周曉峰;接青
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李玉平

1.一種安全水平位移與水位的滑動(dòng)可變窗口動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)擬合方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)數(shù)據(jù)導(dǎo)入與預(yù)處理，導(dǎo)入水平位移與水位數(shù)據(jù)，將擬合所需要的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到工作平臺(tái)上，通過(guò)剔除空值和利用箱線圖模型處理異常值進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理；

(2)選取最優(yōu)模型，根據(jù)樣本均方差選擇最優(yōu)模型，包括選擇最優(yōu)步長(zhǎng)和最優(yōu)函數(shù)模型；

(3)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，用選擇的最優(yōu)函數(shù)模型預(yù)測(cè)所需預(yù)測(cè)當(dāng)天前一天的值，與真實(shí)值進(jìn)行比較得到誤差值，計(jì)算出模型的精確程度，用所得到的模型對(duì)所需預(yù)測(cè)當(dāng)天的水平位移進(jìn)行預(yù)測(cè)；

(4)結(jié)果驗(yàn)證與報(bào)表生成，將已有預(yù)測(cè)值保存，與現(xiàn)有真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，用于評(píng)估當(dāng)前函數(shù)模型和數(shù)據(jù)擬合方法，并對(duì)此次擬合方法得到的結(jié)果生成報(bào)表上報(bào)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全水平位移與水位的滑動(dòng)可變窗口動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)擬合方法，其特征在于，所述步驟(1)的具體步驟為：

(1.1)導(dǎo)入水平位移與水位數(shù)據(jù)，從原始數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取需要處理的數(shù)據(jù)，主要為壩段測(cè)點(diǎn)、時(shí)間、水位數(shù)據(jù)和水平位移數(shù)據(jù)；

(1.2)剔除部分本身有誤的數(shù)據(jù)，對(duì)讀取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括對(duì)空值的處理和對(duì)異常值的處理；根據(jù)條件“水位數(shù)據(jù)是否為空”和“水平位移數(shù)據(jù)是否為空”對(duì)水平位移和水位數(shù)據(jù)中出現(xiàn)空值的情況進(jìn)行剔除，將剔除的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)異常值表中。利用箱線圖原理對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行異常值處理，定義所選數(shù)據(jù)中水平位移數(shù)據(jù)的上下四分位數(shù)分別為Q1和Q3，定義四分點(diǎn)間距為IQR，將Q3+3IQR和Q1－3IQR之外的數(shù)據(jù)剔除，將剔除的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)異常值表中；

(1.3)樣本選擇，針對(duì)所選擇的候選函數(shù)模型，根據(jù)擬合方法中步長(zhǎng)至少為4才能出現(xiàn)不完全擬合，符合實(shí)踐需要，將步長(zhǎng)(即樣本量)下限設(shè)定為4，擬合步長(zhǎng)上限不做規(guī)定，但應(yīng)不大于數(shù)據(jù)總條數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全水平位移與水位的滑動(dòng)可變窗口動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)擬合方法，其特征在于，所述內(nèi)容(2)根據(jù)候選模型進(jìn)行擬合，通過(guò)對(duì)樣本均方差的比較確定最優(yōu)模型；

(2.1)從步長(zhǎng)下限開(kāi)始，使用處在所選步長(zhǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)對(duì)候選模型分別進(jìn)行擬合，得到對(duì)應(yīng)的擬合的方程，用擬合方程計(jì)算所需預(yù)測(cè)日期的前一天的水平位移作為校驗(yàn)，得到校驗(yàn)誤差，校驗(yàn)誤差作為對(duì)模型的校驗(yàn)，可以分析模型本身的合理性以及預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性；

(2.2)從步長(zhǎng)下限開(kāi)始，計(jì)算使用處在所選步長(zhǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)對(duì)候選模型分別進(jìn)行擬合得到的樣本均方差，樣本均方誤差(RMSE)作為預(yù)測(cè)模型好壞的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，其計(jì)算公式為：其中n為樣本的數(shù)量，yi為當(dāng)前的水平位移的估計(jì)值，為估計(jì)值的平均值，n-1即為計(jì)算一元回歸分析時(shí)樣本均方誤差的自由度；

(2.3)將每次將樣本量(即步長(zhǎng)加1)，進(jìn)行步驟(2.1)和(2.2)操作；如果增加樣本量，樣本均方誤差減小，則將此時(shí)的樣本均方誤差更新為最新的樣本均方誤差RMSE_New并繼續(xù)找最優(yōu)模型，如果連續(xù)7次都沒(méi)有更新兩種方法的樣本均方誤差，根據(jù)概率學(xué)中在出現(xiàn)局部最優(yōu)樣本均方誤差之后更新樣本均方誤差的概率小于0.003且在一次隨機(jī)試驗(yàn)的過(guò)程中，這種小概率事件發(fā)生的概率近乎于0，將此時(shí)的RMSE_New及其對(duì)應(yīng)的步長(zhǎng)選取為局部最優(yōu)值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全水平位移與水位的滑動(dòng)可變窗口動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)擬合方法，其特征在于，所述內(nèi)容(3)的具體過(guò)程如下：

(3.1)將步驟(2.3)中得到的不同數(shù)學(xué)模型下的局部最優(yōu)值以樣本均方誤差值作為模型擬合的衡量指標(biāo)進(jìn)行比較，取均方誤差最小的擬合模型為最優(yōu)模型，將其作為當(dāng)日水平位移數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的參考模型；

(3.2)在得到當(dāng)日水位數(shù)據(jù)的情況下，使用已經(jīng)選擇的最優(yōu)模型預(yù)測(cè)當(dāng)日水平位移，根據(jù)實(shí)現(xiàn)設(shè)定的閾值標(biāo)準(zhǔn)，判斷該測(cè)點(diǎn)當(dāng)日水平位移是否在正常范圍內(nèi)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全水平位移與水位的滑動(dòng)可變窗口動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)擬合方法，其特征在于，所述內(nèi)容(4)結(jié)果驗(yàn)證與報(bào)表生成的具體過(guò)程如下：

(4.1)根據(jù)步驟(2)和步驟(3)，對(duì)所需預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)當(dāng)日之前的水平位移進(jìn)行處理，得到之前所有天數(shù)的預(yù)測(cè)值，將得到的預(yù)測(cè)值與已有的實(shí)際值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以評(píng)估當(dāng)前擬合模型；

(4.2)記錄擬合結(jié)果，生成報(bào)表；報(bào)表內(nèi)容包括預(yù)測(cè)結(jié)果、不同擬合模型預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比和異常值。