[发明专利]一种基于混合输入置信规则推理模型的边坡稳定性评判方法

摘要

本发明涉及一种基于混合输入置信规则推理模型的边坡稳定性评判方法。本发明利用置信规则库模型建立输入因素与输出安全系数等级之间的非线性关系模型，该方法针对原输入指标种类过多，数据量大运算时间长等问题，将边坡稳定性模型的离散输入进行编码，重组，可以大大减少模型输入的纬度，减低了数据的运算时间，提高了系统的运行效率。接着将编码后的数据进行等级划分，计算各数据对应其参考值的匹配度并计算激活权重，将所有规则后项进行融合，最后得出边坡稳定性评判结果。

主权项

1.一种基于混合输入置信规则推理模型的边坡稳定性评判方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)确定用于判别矿区边坡稳定性级别评判的指标，包括坡角x₁，边坡高度x₂，矿山开采影响指数x₃，降雨强度y₁，稳定性空间差值综合系数y₂和地质构造影响程度y₃；其中x₁，x₂，x₃为连续数值型指标，y₁，y₂，y₃为离散数值型指标；坡角x₁的范围为[0,80]，单位为度，边坡高度x₂的范围为[0,500]，单位为米，矿山开采影响指数x₃的取值范围为[0,1]；降雨强度y₁∈{1,2,3,4}，其中1、2、3、4分别表示降雨强度的等级1、等级2、等级3、等级4，当一天的降雨量小于10毫米时为等级1，一天的降雨量大于等于10毫米且小于25毫米时为等级2，一天的降雨量大于等于25毫米且小于50毫米时为等级3，一天的降雨量大于等于50毫米时为等级4；稳定性空间差值综合系数y₂∈{1,2,3,4}，其中1、2、3、4分别表示稳定性空间差值综合系数的等级1、等级2、等级3、等级4，当老滑坡体和崩塌面小于两个时为等级1，老滑坡体和崩塌面大于等于两个且小于6个时为等级2，老滑坡体和崩塌面大于等于6个且小于10个时为等级3，老滑坡体和崩塌面大于等于10个时为等级4；地质构造影响程度y₃∈{1,2,3,4}，其中1、2、3、4分别表示地质构造影响程度的等级1、等级2、等级3、等级4，当构造运动微弱，只有少量小型断裂时为等级1，当构造运动不强烈，只有小型断裂时为等级2，当构造运动强烈，大型断裂带，断裂较为密集时为等级3，当构造运动强烈，巨大断裂带，断裂密集时为等级4；(2)定义ψ＝(y₁ y₂ y₃)为离散指标向量，每维的取值都只包含1、2、3、4这四个表示各自影响程度的等级，故可将其组成的数组看作是一个三位四进制数，即ψ₁＝(1 1 1)，ψ₂＝(1 1 2)，···，ψ₆₄＝(4 4 4)；接着由公式(1)将这个四进制数转化为十进制数x₄x₄＝(y₁‑1)×4^2+(y₂‑1)×4+y₃  (1)那么每一组四进制数都能由唯一一个与之相所对应的十进制数表示；(3)构建由S条规则组成的规则库，用于建模坡角x₁、边坡高度x₂、矿山开采影响指数x₃以及编码后的综合影响指数x₄与边坡稳定性判别结果Z_j之间的非线性映射关系，j＝1,2,3,4，规则库中的第n条规则G_n描述为：G_n：如果输入x₁是且x₂是且x₃是且x₄是那么{(Z₁,η_1,n),(Z₂,η_2,n),(Z₃,η_3,n),(Z₄,η_4,n)}  (2)其中x₁～x₃为连续变化量，x₄是离散变化量，所以规则输入为连续、离散值的混合输入，这里x_i表示规则的第i个输入变量，表示在第n条规则中的第i个输入变量的参考等级，且有这里参考值满足输入变量x₁、x₂、x₃和x₄的参考等级的个数分别为v₁、v₂、v₃和v₄，共计产生S＝v₁×v₂×v₃×v₄条规则；G_n的后项Z₁、Z₂、Z₃、Z₄分别表示边坡稳定性判别结果的等级1、等级2、等级3和等级4；η_j,n为分配给Z_j的置信度；(4)令X＝{x₁,x₂,x₃,x₄}为在线获取的输入样本，通过规则推理产生边坡稳定性评判对应的输出，具体步骤如下：(4‑1)计算x_i与其对应参考值的匹配度，具体过程如下：(a)当或时，x_i对或的匹配度取值均为1，对于其他参考等级的匹配度均为0；(b)当时，x_i对于和的匹配度取值分别由式(3)和(4)给出，q＝1,2,…,v_i‑1：此时，输入变量x_i对于其他参考等级的匹配度均为0；(4‑2)输入的样本对第n条规则的激活权重φ_n通过下式计算：其中，φ_n∈[0,1]，n＝1,2,…,S；(4‑3)在得到被激活规则的规则权重φ_n后，将所有规则后项进行融合，得到输入X＝{x₁,x₂,x₃,x₄}对应输出边坡稳定性Z_j的置信度公式如下：(5)找到取值最大的其对应的Z_j即为判定的边坡稳定性等级。