基于改进ABC-BP的大坝变形监控模型研究

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重新 回到输人层 。此过 程 重 复 交错 进 行 ，直 至 网络 的 全局 误差趋 近 于要 求 的极 小值 ，则完 成学 习过 程 。
１．２ 人 工 蜂 群 算 法
ＡＢＣ算 法 是 土 耳 其 学 者 Ｋａｒａｂｏｇａ在 受 到 自然 界 蜜蜂 采蜜 的智 能行 为启示 后提 出 的一 种新 型群 体优 化 方 法 ，通过 引领 蜂 、跟随蜂 和侦察 蜂 ３类人 工蜂群 之 间 的交 流 、转换 与 协 作 来 实 现 。在 ＡＢＣ算 法 中 ，每 个 蜜源代 表 一个优 化 问题 的可 行解 ，并 对 应 于一 个 引 领 蜂 ，蜜 源 的含 蜜 量 代 表 该 可行 解 的 适 应 度 ，含 蜜 量 越 高 ，适 应度 越好 ，蜂 群通过 循环搜 索 出含蜜 量最 高 的蜜 源 得 到该 问题 的较优 解 。对 于 Ｄ维优 化 问题 ，蜂 群 会 初 始化 ＳＮ个 Ｄ维 的可行 解 （ｉ＝１，２，… ，ＳＮ），通 过
（１．河 海 大 学 水 文水 资 源 与水 利 工 程 科 学 国家 重 点 实 验 室 ，江 苏 南 京 ２１００９８； ２．河 海 大 学 水 利 水 电 学 院 ， 江 苏 南 京 ２１００９８； ３．河 海 大 学 大 禹学 院 ，江 苏 南京 ２１００９８）
摘 要 ：针 对传 统 大 坝 变 形监 控 模 型 的 不 足 ，在 对 人 工 蜂 群 （ＡＢＣ）算 法 给 予 改进 的 基 础 上 ，开 展 了基 于 人 工 蜂
结合 ，并 用 于 大 坝 变 形 监 控模 型 的 构 建 ，有 效 提 升 了模 型 的 拟 合 和 预 报 能 力 。
关 键 词 ：监 控模 型 ；人 ＿３２蜂 群 算 法 ；ＢＰ神 经 网络 ；大坝 变形
中 图 法分 类 号 ：ＴＶ６９８
文献 标 志码 ：Ａ
ＤＯＩ：１０．１６２３２／ｊ．ｃｎｋｉ．１００１—４１７９．２０１６．０６．０２２
第 ４７卷 第 ６期 ２ ０ １ ６ 年 ３月
文章 编 号 ：１００１—４１７９（２０１６）０６—０１００—０４
人 民 长 江
Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒ．， ２０１６
基 于 改进 ＡＢＣ—ＢＰ的 大坝 变 形 监 控模 型 研 究
郭 芝 韵 ２，李 丹 ２，刘 炳 锐
群 （ＡＢＣ）与 ＢＰ神 经 网络 的 大坝 变形 监 控 模 型 建 模 原 理 、实现 方 法 以及 工 程 算 例 分 析 研 究 。 通 过 引进 自适 应
比例 和 平 均 欧式 距 离 ，克服 了标 准人 工蜂 群 算 法 易 陷入 局 部 最优 的缺 点 ；进 而 利 用 改 进 后 的 人 工蜂 群 算 法 ，对 ＢＰ神 经 网络 的 初 始 权 值 与 阈 值进 行 寻 优 。 算例 分 析 表 明 ，将 改 进 后 的 人 工 蜂 群 算 法 与 Ｂｐ神 经 网络 技 术 相
隐层
输出层
图 １ ＢＰ神 经 网络 拓 扑结 构 示 意
收 稿 日期 ：２０１５—１１—０３ 基 金 项 目 ：国 家 自然 科 学 基 金 项 目（５１５７９０８３，４１３２３００１）；高 等 学 校 博 士 学 科 点 专 项 科 研 基 金 项 目（２０１３００９４１１００１０）；中 央 高
１ 基础理论
１．１ ＢＰ神 经 网络 ＢＰ神 经 网络 由输 入层 、隐含 层和输 出层 ３部分 组
成 ，输 入层 和和输 出层都 只有 一层 ，隐含 层则 可 以根据 需要有 一层 或多 层 ，层 与 层 之 间 的神 经 元 通过 权 值 与 阈值相 连接 ，如此 构成 全互 连结 构 ，其拓 扑 结 构如 图 １ 所示 。 网络 按给 定 的学 习 函数 进 行 学 习 ，一旦 学 习模 式提供 后 ，各神 经元将 产生 相应 的连接 权值 ，以实 现 给 定 的映射关 系 。 同时网络会 以缩 小实 际值 与预测 值误 差为 目标 ，从输 出层 向各 中间层 反 向逐 层修 正权值 ，再
根据 大坝原 型观 测资料 ，借 助于适 当 的数学模 型 ， 以此 展开 大坝 变形性 态 的评 价和 预 测 ，对 保 障 大坝 服 役安 全具有 十分 重要 的意 义¨ 。ＢＰ（Ｂａｃｋ Ｐｒｏｐａｇａ— ｔｉｏｎ）神经 网络 是 目前 使 用 最 广 泛 的神 经 网络 模 型 之 一 。 吴云芳 等从 模型 的原 理 、建 立 和应 用 等 方 面对 神 经 网络模 型和 回归 预报 模 型进 行 了对 比分 析 ，结 果 表 明 ＢＰ模 型 在 大 坝变 形 监 测 值 预 报 方 面 性 能 优 异 ， 基本 不受 因子 相关性 影 响且反 映效应 量 的规律 性好 于 回归模 型 。然 而 ，ＢＰ神 经 网络 存 在 易 陷 于 局 部 最 小 点 、训 练 时间长 和 收敛 速 度慢 等 缺 点 ，且 初 始 权值 、阈 值 和 网络结 构都 难 以预先 确定 ，只能 凭经验 、试 算等手 段 ，常 常 会 影 响 到 预 测 的 效 果 。 人 工 蜂 群 算 法 （Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｂｅｅ Ｃｏｌｏｎｙ，ＡＢＣ）是 一种优 化性 能优 异 的群 智 能算法 ，其通 过模 仿 蜜 蜂 的采 蜜 行 为进 行 多 目标优 化 、函数 优化 等 ，但 同 时也 存 在 着 收敛 速 度 慢 、局 部 搜 索 能力 差 等 问 题 。本 文 在 对 标 准 人 工 蜂 群 算 法 进 行 改进 的基 础 上 ，将 其 应 用 于 ＢＰ网 络初 始 权 值 与 阈 值 确 定 ，建立基 于改 进 ＡＢＣ—ＢＰ神 经 网络的大 坝变 形 监 控模 型 ，并将 其应 用 于 某混 凝 土重 力拱 坝 变 形 监 测 数 据 的分析 和预测 ，验证 所建 模型 的拟合 与预 测能力 。
校 基 本 科 研 业 务 费 专 项 资金 项 目（２０１５Ｂ２５４１４） 作 者 简 介 ：郭 芝 韵 ，女 ，硕 士研 究 生 。研 究 方 向为 水 利 与 水 电工 程 安 全 监控 。Ｅ—ｍａｉｌ：６４８４３７６７０＠ ｑｑ．ＣＯＢ
第 ６期
郭芝韵，等 ：基于改进 ＡＢＣ—ＢＰ的大坝变形监控模 型研 究