參數(shù)自適應(yīng)擴(kuò)展卡爾曼濾波理論及其在隧道變形預(yù)測(cè)中的應(yīng)用.pdf

1、隨著我國(guó)隧道工程快速全面的發(fā)展，單體規(guī)模更加龐大、技術(shù)規(guī)格要求更高、地質(zhì)環(huán)境更加惡劣的隧道建設(shè)工程在不斷增多，這些工程在采用新奧法進(jìn)行設(shè)計(jì)與建設(shè)時(shí)，從施工控制、理論校驗(yàn)的角度出發(fā)，隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)就顯得更加的意義重大。然而，由于監(jiān)測(cè)手段以及后期數(shù)據(jù)處理分析方法的不完善、反饋的信息質(zhì)量不高等問(wèn)題，使得現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)作業(yè)在校驗(yàn)設(shè)計(jì)及指導(dǎo)施工方面遠(yuǎn)未發(fā)揮其應(yīng)有的作用。針對(duì)上述問(wèn)題，本文作者提出了基于參數(shù)自適應(yīng)擴(kuò)展卡爾曼濾波理論的隧道變形預(yù)測(cè)的研

2、究課題，并基于大量的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和地質(zhì)資料，在已有研究成果基礎(chǔ)上進(jìn)行了深入系統(tǒng)地研究。
　　首先，對(duì)現(xiàn)有隧道施工監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行了歸納總結(jié)，重點(diǎn)分析了回歸分析法、時(shí)間序列分析法、灰色預(yù)測(cè)法以及卡爾曼濾波法的原理和計(jì)算方法，并比較了各方法在隧道變形預(yù)測(cè)分析中的優(yōu)勢(shì)與不足。
　　其次，基于比較分析結(jié)果，確立了以卡爾曼濾波為主要方法的研究思路?？紤]到隧道圍巖的變形與發(fā)展，受較多難以定量化的不明因素影響，其變形與發(fā)展具有非線(xiàn)

3、性的特點(diǎn)，而卡爾曼濾波是一種處理線(xiàn)性問(wèn)題的有效方法，所以聯(lián)想到了化非線(xiàn)性為線(xiàn)性方法，即擴(kuò)展卡爾曼濾波法。由于該濾波方法需要已知的精確模型參數(shù)及噪聲統(tǒng)計(jì)，而實(shí)際應(yīng)用中往往難以滿(mǎn)足上述前提，因此提出了自適應(yīng)的方法。鑒于目前較多的自適應(yīng)方法集中于以噪聲統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)的方差自適應(yīng)研究，而較少?gòu)哪Ｐ推罱嵌葋?lái)解決參數(shù)自適應(yīng)的方法，本文創(chuàng)造性地通過(guò)殘差特性因子進(jìn)行濾波的斂散性評(píng)判，基于斂散趨勢(shì)進(jìn)行相應(yīng)的模型參數(shù)縮放調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了模型參數(shù)自適應(yīng)，防止濾波發(fā)

4、散失效。
　　最后，運(yùn)用提出的參數(shù)自適應(yīng)擴(kuò)展卡爾曼濾波方法，建立了隧道拱頂下沉及周邊位移的預(yù)測(cè)模型，并結(jié)合大量的現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行隧道洞內(nèi)變形預(yù)測(cè)分析處理。將參數(shù)自適應(yīng)擴(kuò)展卡爾曼濾波和標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展卡爾曼濾波的預(yù)測(cè)結(jié)果與觀測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，分析了數(shù)自適應(yīng)擴(kuò)展卡爾曼濾波對(duì)隧道洞內(nèi)變形的預(yù)測(cè)性能與優(yōu)勢(shì)，探討了其適用性。
　　本文所做研究工作，立足于學(xué)科前沿，采用先進(jìn)的數(shù)學(xué)方法和手段對(duì)隧道洞內(nèi)變形預(yù)測(cè)進(jìn)行了研究，具有較高的理論和應(yīng)用價(jià)值，為