基于人工神经网络的土石坝震损病害的预测研究
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第Ｏ ５期 （ 总第 ３ ８期 ） ４
［ 文章编号 】１０ － ８ ６（０ １ ５ ０ ０ － ５ ０ ９ ２ ４ ２ １）０ － ０ ８ ０
吉
林
水
利
２１ ０ １年 ｏ ５月
基 于人工神经 网络的土石坝震损病 害 的预测研 究
孙 启亮 ．罗珠 莲
（ ． 川大 学水利 水 电学院 ，四川 成 都 １四
相关资料 ［，选取 了库容 、地震烈度 、水深 比 、 ７ １ 坝 基 性 质 、 排 水 条 件 、上 下 游 平 均 坝 坡 比 、 坝
吉林 水 利
基于 人工神 经 网络 的土 石 坝震 损 病 害的 预测 研 究
３１ 样 本 的构 建 ．． ２
孙启 亮等 ２ １ 年 ０ ０１ ５月
３ 模 型建 立与结果 分析
３１ 模 型的 建立 ． ３１１ 模 型 的构 建 ． ．
本 次 建 模 选 取 了乐 山市 、 德 阳市 、眉 山 市 、
的 幅值 ，该 方 法 光 滑 地 在 两 种极 端 情 况 之 间 变
化 ： 即 Ｇ ａｓ Ｎ ｗｏ ｕ ｓ— ｅ ｔｎ法 （ 加 ） ）和 标 准 梯 度 法
而言 ，神经 网络更 具 有 明显 的 优越 性 ，如对 工程
的物 理 性态 的预测 分 析方 面 。可 以把握 好 效 应 量 的发 展 趋势 ，能 以任 意精 度 逼 近任 意 连续 非 线性
函数 。
（ 当
ｏ）。该 式可 作 为 Ｂ 。） Ｐ神经 网络 的学 习训 练
方法 。
连接 权值 和偏 差 的变 化量 ：
２ 研 究方 法
Ｌ ｖｎ ｅｇ Ｍａｑ ａｄ Ｌ Ｍ）算 法 是 由 牛 顿 ｅｅｂｒ－ ｒｕｒｔ（ — 法 演变 而 来 的 ，这种 算 法是 一 种 具有 标 准 数值 优
２四川 大 学工程设 计研 究 院 ，四川 成都 ．
６０ ６ ； １０ ５
６ ０６ ） １ ０ ５
［ 要 ］本 文 介 绍 了基 于 Ｉ Ｍ （ｅｅ ｂｒ— ｒｕ ｒｔ 算 法 的 Ｂ 摘 ， － Ｌｖｎ ｅｇ Ｍａｑ ａｄ） Ｐ神 经 网络 模 型 ， 用 模 型 对 土 石 坝 进 行 损 害 预 利 测 。选 取 ２ ３座 震 损 土 石 坝 水 库 为 研 究对 象 ，确 定 土 石 坝 裂 缝 、渗 漏 、 滑坡 为 本 次预 测 的指 标 。 同 时 采 集 ２ ３ ４ ４ 座 水 库 震损 土 石 坝 的裂 缝 、 渗 漏 、 滑坡 等 三 大震 损 病 害 资料 ，通 过 专 家 意 见 划 分 其 等 级 ，作 为 实 测值 。 经 过 神 经 网络 模 型 反 复 的 信 息 正 向传 递 和 误 差 反 向 传 递 的 学 习训 练 ．使 预 测 值 与 实测 值 的 误 差尽 可 能 的 满 足 精 度 要
走 向 、评 价大 坝 结构 的性 态 等 方 面均 得 到 了应 用
网
。
人 工 神 经 网 络 方 法 与传 统 数 学 分 析 处 理 方 法
相 比 ，各有 其 独特 的地方 ，但 就预 测 和 拟合 方 面
Ｗ ｗｎ （ ｎ Ｊ 丁 １ －Ｊ ＋ ） ＝ ＿１ 式 中 ，Ｉ 单 位 阵 ， 是 一 个非 负值 。依 赖 于 是
１ 概 述
人 工 神经 网络是 ２ Ｏ世 纪 ４ Ｏ年代 出现 的 ，发 展 过程 比较缓 慢 ，但 自 ２ Ｏ世 纪 ８ Ｏ年代 以来 ，越 来 越 多学 者投 入 到人 工 神经 网络 的研 究 中 ，并 将 其 运 用 到 实 际 中 ，解 决 问题 的效 果 非 常 显 著 【。 ” 目前 ，神 经 网络 也被 引入 到 土 木 工程 领 域 中＿ 。如
自贡市 、成都市 、内江市 、遂 宁市 、资 阳市 、达 州 市 、广 元 市 、绵 阳市 、南 充 市 及 巴 中 市 １ ３个
市 的部 分小 型震 损水 库 。共 ２ ３座 ［。根 据搜 集 ４ ０ ３ 到 的 ２ ３座 小 型震 损 水 库 的安 全 评 价 报 告 、应 急 ４ 除 险设 计 、震 损 除 险加 固工 程 初 步 设计 等报 告 及
根 据 震 损水 库 在地 震 发生 前 的性 态 、地震 动 峰 加 速度 值 ，以及 地震 发 生后 水 库 出现 的震 损 险 情 ，建立 了震 损 险情 预测 模 型 。影 响 震 害 险情 的
主要 因素 即是地 震 烈度 、水 深 比 、坝基 、 排水 体 条 件 、库 容 、坝 高 、坝 长 、坝 顶 宽 、上 游 坡 比 、
Ｗｎ一 ＝
Ｊ＋ Ⅱ
并 以此 不 断 来 调整 训 练 网 络 ，直 至 达 到 目标 要求。
［ 收稿 日期 ］２ １ － １ ０ ０ ０ １— ４ ［ 作者筒介 ］ 孙启亮 （９ ３ ）， 吉林松 原人， １８ 一 男， 硕士研 究生， 研究方向：农 田水利 工程 。 ８ 一
一
法 和 牛 顿法 后 能够 更 快 更 准确 地 逼 近 一个 最小 误
差 ，运 用 这 种方 法 ，算 法 的每 一 部 运行 都 会 使 目 标 函数 向最Байду номын сангаас 的方 向发 展 【 — 算 法 的 迭代 公 ３ ］ Ｍ 。Ｌ
式 嗍：
在 预测 大 坝监 测值 、预 测大 坝 变形 的位 置 和主 要
化 技术 的算 法。 常适 合 于指 数 是均 方误 差 的 神经 非 网络训 练 。Ｌ Ｍ算 法 实 际上是 梯 度下 降 法 和 牛顿 ＿ 法 最 优值 ，同时梯 度 趋 于零 ，使 得 目标 函 数下 降 越 来 越慢 ，而 牛顿 算 法 可 以在 最 优 值 附 近 产生 一
个 理想 的搜 索方 向 。因此 Ｌ Ｍ法 结 合 了梯 度 下 降 —
求 。 研 究表 明 Ｂ Ｐ神 经 网络 可 用 于 土石 坝震 损 病 害预 测 。 ［ 关键 词 ］人 工 神 经 网络 ；Ｂ Ｐ神 经 网络 ；Ｌ ｖｎ ｅｇＭａｑ ａｄ 算 法 ；震 害预 测 ｅｅｂ ｒ－ ｒｕｒｔ ［ 中图 分 类 号 ］Ｔ ６ １ ｖ ４ ［ 献标 识 码 ］Ｂ 文
［ 文章编号 】１０ － ８ ６（０ １ ５ ０ ０ － ５ ０ ９ ２ ４ ２ １）０ － ０ ８ ０
吉
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水
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２１ ０ １年 ｏ ５月
基 于人工神经 网络的土石坝震损病 害 的预测研 究
孙 启亮 ．罗珠 莲
（ ． 川大 学水利 水 电学院 ，四川 成 都 １四
相关资料 ［，选取 了库容 、地震烈度 、水深 比 、 ７ １ 坝 基 性 质 、 排 水 条 件 、上 下 游 平 均 坝 坡 比 、 坝
吉林 水 利
基于 人工神 经 网络 的土 石 坝震 损 病 害的 预测 研 究
３１ 样 本 的构 建 ．． ２
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２ 研 究方 法
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２四川 大 学工程设 计研 究 院 ，四川 成都 ．
６０ ６ ； １０ ５
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［ 要 ］本 文 介 绍 了基 于 Ｉ Ｍ （ｅｅ ｂｒ— ｒｕ ｒｔ 算 法 的 Ｂ 摘 ， － Ｌｖｎ ｅｇ Ｍａｑ ａｄ） Ｐ神 经 网络 模 型 ， 用 模 型 对 土 石 坝 进 行 损 害 预 利 测 。选 取 ２ ３座 震 损 土 石 坝 水 库 为 研 究对 象 ，确 定 土 石 坝 裂 缝 、渗 漏 、 滑坡 为 本 次预 测 的指 标 。 同 时 采 集 ２ ３ ４ ４ 座 水 库 震损 土 石 坝 的裂 缝 、 渗 漏 、 滑坡 等 三 大震 损 病 害 资料 ，通 过 专 家 意 见 划 分 其 等 级 ，作 为 实 测值 。 经 过 神 经 网络 模 型 反 复 的 信 息 正 向传 递 和 误 差 反 向 传 递 的 学 习训 练 ．使 预 测 值 与 实测 值 的 误 差尽 可 能 的 满 足 精 度 要
走 向 、评 价大 坝 结构 的性 态 等 方 面均 得 到 了应 用
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人 工 神 经 网 络 方 法 与传 统 数 学 分 析 处 理 方 法
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１ 概 述
人 工 神经 网络是 ２ Ｏ世 纪 ４ Ｏ年代 出现 的 ，发 展 过程 比较缓 慢 ，但 自 ２ Ｏ世 纪 ８ Ｏ年代 以来 ，越 来 越 多学 者投 入 到人 工 神经 网络 的研 究 中 ，并 将 其 运 用 到 实 际 中 ，解 决 问题 的效 果 非 常 显 著 【。 ” 目前 ，神 经 网络 也被 引入 到 土 木 工程 领 域 中＿ 。如
自贡市 、成都市 、内江市 、遂 宁市 、资 阳市 、达 州 市 、广 元 市 、绵 阳市 、南 充 市 及 巴 中 市 １ ３个
市 的部 分小 型震 损水 库 。共 ２ ３座 ［。根 据搜 集 ４ ０ ３ 到 的 ２ ３座 小 型震 损 水 库 的安 全 评 价 报 告 、应 急 ４ 除 险设 计 、震 损 除 险加 固工 程 初 步 设计 等报 告 及
根 据 震 损水 库 在地 震 发生 前 的性 态 、地震 动 峰 加 速度 值 ，以及 地震 发 生后 水 库 出现 的震 损 险 情 ，建立 了震 损 险情 预测 模 型 。影 响 震 害 险情 的
主要 因素 即是地 震 烈度 、水 深 比 、坝基 、 排水 体 条 件 、库 容 、坝 高 、坝 长 、坝 顶 宽 、上 游 坡 比 、
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并 以此 不 断 来 调整 训 练 网 络 ，直 至 达 到 目标 要求。
［ 收稿 日期 ］２ １ － １ ０ ０ ０ １— ４ ［ 作者筒介 ］ 孙启亮 （９ ３ ）， 吉林松 原人， １８ 一 男， 硕士研 究生， 研究方向：农 田水利 工程 。 ８ 一
一
法 和 牛 顿法 后 能够 更 快 更 准确 地 逼 近 一个 最小 误
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式 嗍：
在 预测 大 坝监 测值 、预 测大 坝 变形 的位 置 和主 要
化 技术 的算 法。 常适 合 于指 数 是均 方误 差 的 神经 非 网络训 练 。Ｌ Ｍ算 法 实 际上是 梯 度下 降 法 和 牛顿 ＿ 法 最 优值 ，同时梯 度 趋 于零 ，使 得 目标 函 数下 降 越 来 越慢 ，而 牛顿 算 法 可 以在 最 优 值 附 近 产生 一
个 理想 的搜 索方 向 。因此 Ｌ Ｍ法 结 合 了梯 度 下 降 —
求 。 研 究表 明 Ｂ Ｐ神 经 网络 可 用 于 土石 坝震 损 病 害预 测 。 ［ 关键 词 ］人 工 神 经 网络 ；Ｂ Ｐ神 经 网络 ；Ｌ ｖｎ ｅｇＭａｑ ａｄ 算 法 ；震 害预 测 ｅｅｂ ｒ－ ｒｕｒｔ ［ 中图 分 类 号 ］Ｔ ６ １ ｖ ４ ［ 献标 识 码 ］Ｂ 文