基于支持向量机的概率积分法参数计算方法

b = 0郾 006 3 M + 0郾 27 依 0郾 12
(5)
{
(11) (12)
采影响传播角与煤层倾角 兹 的关系为 兹0 = 90 - k兹
开采影响传播角是因煤层倾斜而引起的,因此开 (7)
摇 摇 特征空间的维数很高且目标函数不可微,求解上 述的 SVM 回归问题一般通过建立 Lagrange 函数, 转 ^ ) 求解函数式 化为在式(13) 约束条件下对 ( 琢 i - 琢 i (14) 的最大值的对偶优化问题,即
-SVR) 通过指定容许误差 着 来控制算法达到的精度。
摇 摇 在近水平煤层开采的条件下,水平移动系数与宽 深比的关系较为显著 (6) 给出了河南鹤壁矿区水平移动系数与松散层厚 度 h 和采深 H 之间的经验公式 [14] ,即 1郾 3摇 开采影响传播角 兹0 b = 0郾 137 9 + 0郾 123 7 h / H 依 0郾 042 21 (6) 松散层 厚 度 对 地 表 水 平 移 动 有 很 大 影 响。 式 。
[1-2]
式中,m i 为覆岩 i 分层的法线厚度,m; Q i 为覆岩单向 法的采煤方式,因此本文只针对ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ壁工作面全部垮落 我国大部分矿区主要采用长壁工作面全部垮落
10 移 m i
(9)
量;E m 为中硬岩体的变形模量, 可取 E m = 3 600 MPa;
2摇 回归支持向量机计算模型的建立
2郾 1摇 采用 SVM 进行回归计算的方法 回归问题就是要找到一个函数,即
大 [1] 。 开采影响在厚松散层中是垂直向上传播的, 开采深度相同时,tan 茁 值与覆岩岩性有关,坚硬
(13)
岩层的 tan 茁 值较小。 岩性相同时,tan 茁 值随着采深 的增大而增大。 文献[11] 给出了根据我国主要矿区
max -
{
1 ^ )(琢 - 琢 ^ ) ( x ,x ) 移(琢 - 琢 i j j i j 2 i ,j = 1 i
q = 0郾 991 - 0郾 238
E 籽H - 0郾 224 Em 100 E m M
2
(1) (2) (3)
其中, P 为覆岩综合评价系数; E 为岩体综合变形模 籽 为岩体平均质量密度,g / m ;H 为开采深度; M 为开 采厚度;q f 为重复采动下的下沉系数; 琢 为岩层活化 系数;q c 为初次采动下的下沉系数。 式 (1) 反映了下 沉系数与覆岩岩性的关系 [2] ;式 (2) 反映了下沉系数 与覆岩岩性、采深、采厚间的关系 [3] ; 式 (3) 反映了重 1郾 2摇 水平移动系数 b 复采动对下沉系数的影响
1248
1摇 影响概率积分法参数的地质采矿条件分析
1郾 1摇 下沉系数 q 有研究表明,下沉系数与覆岩岩性、深厚比、松散
[11-12]
积分法参数具有重要的实际意义。
煤摇 摇 炭摇 摇 学摇 摇 报
2010 年第 35 卷
总结的 tan 茁 与覆岩岩性影响系数 D、 开采深度 H 及 煤层倾角 兹 的关系式为 摇 摇 综上所述,影响概率积分法参数的地质采矿条件 采动程度 D / H、 松散层厚度 h 以及重复采动和顶板 管理方法等因素。 以覆岩平均坚固性系数 f 表示覆 岩岩性对概率积分法参数的影响,即 f= 抗压强度,MPa。 mi Qi 移 i=1
n n i=1
tan 茁 = (1 - 0郾 003 8 兹) ( D + 0郾 003 2 H)
(8)
层厚度、采动程度、 采动次数、 采煤方法、 顶板管理方 法有关 。 常见的经验公式有 q = 0郾 5(0郾 9 + P ) q f = (1 + 琢) q c
3
有覆岩岩性、煤层倾角 兹、 开采深度 H、 开采厚度 M、
Calculation method of probability integration method parameters based on support vector machine
LI Pei鄄xian1,2 ,TAN Zhi鄄xiang1,2 ,YAN Li鄄li1,2 ,DENG Ka鄄zhong1,2
摇 第 35 卷第 8 期 摇 2010 年 8月
摇 摇 文章编号:0253-9993 ( 2010 ) 08-1247-05
JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY
煤摇 摇 炭摇 摇 学摇 摇 报
Vol. 35摇 No. 8摇 Aug. 摇 2010摇
基于支持向量机的概率积分法参数计算方法
李培现1 ,2 ,谭志祥1 ,2 ,闫丽丽1 ,2 ,邓喀中1 ,2
(1郾 中国矿业大学 国土环境与灾害监测国家测绘局重点实验室, 江苏 徐州 摇 221116;2郾 中国矿业大学 江苏省资源环境信息工程重点实验室, 江苏 徐州摇 221116)
摘摇 要:为准确确定概率积分法参数值, 在综合分析影响概率积分法参数的地质采矿因素的基础 上,建立了基于支持向量机的概率积分法参数计算模型。 以 43 个典型岩移观测站的实测数据作为 训练和测试样本,以十折交叉验证的方法选取支持向量机参数,采用 MSE 、MAPE 和 WIA 准则评定 模型的精度和预测能力。 应用该模型计算 4 个测试样本的概率积分法参数, 所有计算结果误差均 小于 3 倍中误差,最大相对误差为 9郾 6% ,表明所建立的概率积分法参数模型计算结果准确可靠。 关键词:支持向量机;概率积分法;开采沉陷 中图分类号:TD327摇 摇 摇 文献标志码:A
假设给定的输入样本为 n 维向量,样本及相应输
值。 由 Vapnik 提出的 着 -Support Vector Regression( 着
有研究表明,水平移动系数随采厚的变化规律较 ,有式(5) 的统计特性,即
[13]
首先将非线性函数估计问题转化为高维特征空间中 的线性函数回归问题 [5] 。 设由样本空间到高维特征 空间的映射函数为 渍( x) ,则求解函数 f ( x ) 参数的问 题转化为在条件式 (11) 的约束下, 求函数式 (12) 的 最小值的优化问题。 subject to摇 min y i - [ w ·渍( x ) + b ] 臆 着 [ w ·渍( x ) + b ] - y i 臆 着
i=1
l
y i( 琢 i 移 i=1
第8 期
李培现等:基于支持向量机的概率积分法参数计算方法
1249
^ 为拉格朗日乘子,琢 、琢 ^ 逸 0,琢 伊 琢 ^ = 0。 式中, 琢 i 、琢 i i i i i 数 K ( x i ,x j ) ,得到相应的 SVM 回归函数为 f( x) = ( 琢i 移 i=1
N
^ ) + 着移 ( 琢 i + 琢 i
法受初次采动影响的概率积分法参数进行了研究。
。
变化较小。 开采倾斜煤层时,水平移动系数与煤层倾 角 兹 有如下关系 [2] ,即 式中,b c 为倾斜煤层开采的水平移动系数。 为明显
[4]
水平煤层开采时,水平移动系数随地质采矿条件 b c = b(1 + 0郾 008 6 兹) (4)
出值可以表示为 ( x1 , y1 ) ,…,( x k , y k ) 沂 R n 伊 R, 函数 使之对于样本以外的 x,通过 f ( x ) 能够找到对应的 y f ( x ) = ( w ·x ) + b (10)
used as training and testing samples, and ten鄄cross validation method was used to select SVM parameters. Finally,
开采沉陷预计的前提条件。 传统确定概率积分法参 数主要通过建立地表移动观测站,但建立观测站需耗 费大量的人力、物力、 财力, 且具有滞后性, 不能满足 数学和统计理论等进行研究
[3-4]
机有效解决了过学习问题, 具有良好的推广性能 [5] 。
矿山生产的需求。 在理论研究方面, 主要采用力学、 公式难以准确表达概率积分法参数和地质采矿条件 , 但传统的力学数学
收稿日期:2010 - 02 - 08摇 摇 责任编辑:柴海涛 摇 摇 基金项目:国家自然科学基金资助项目(40772191) ;“ 十一五冶 国家科技支撑计划重点资助项目(2006BAC09B01) 摇 摇 作者简介:李培现(1983—) ,男,山东巨野人,博士研究生。 Tel:0516-82841490,E-mail:pxlicumt@ 126郾 com
(1郾 Key Laboratory for Land Environment and Disaster Monitoring of State Bureau of Surveying and Mapping, China University of Mining and Technology, Xuzhou摇 221116,China;2郾 Jiangsu Key Laboratory of Resources and Environmental Information Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou摇 221116,China)
[1-2]
rameters calculation model based on support vector machine ( SVM) was established,43 field measurement data was tegration method parameters of 4 test samples were calculated by the model,all absolute error of the results are less than 3 times MSE,and maximum relative error is 9郾 6% . The test results show that the method to calculate probability Key words:support vector machine ( SVM) ;probability integration method;mining subsidence 。 准确确定概率积分法参数是 之间的非线性关系。 基于统计学习理论的支持向量 由于支持向量机在处理高度非线性数据方面的优异 表现 [6-7] ,在围岩的非线性变形预测、 边坡移动和岩 土工程方面得到成功的应用 [8-10] 。 基础上,建立了基于支持向量机的概率积分法参数计 算模型。 研究成果对缺乏实测资料的矿区计算概率 在综合分析影响概率积分法参数的诸多因素的
l ì ^ )=0 ï移 ( 琢 - 琢 ï i i subject to摇 í i = 1 ï ï 琢 ,琢 ^ 沂 [0,C ] î i i l
1 1 椰 w 椰2 = ( w · w ) 2 2
( i = 1、2、…、l)
其中,k 的大小与覆岩岩性有关, 覆岩越坚硬 k 值越 1郾 4摇 主要影响角正切 tan 茁 受此影响,兹0 随着松散层厚度的增大而增大 [14] 。
Abstract :In order to obtain accurate parameters of probability integration method,with comprehensive analysis of min鄄 ing and geological factors which affect the probability integration method parameters,probability integration method pa鄄 MAPE,MSE and WIA were used to evaluate the accuracy and generalization performance of the model. Probability in鄄 integration method parameters based on SVM is feasible. 摇 摇 概率积分法是我国应用最为广泛、较为成熟的开 采沉陷预计方法