組合模型及其在測量數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，測量學(xué)作為一門研究地球表面的學(xué)科也取得了快速的發(fā)展，對(duì)地球表面的研究更加透徹，更加深入，針對(duì)海量的地球表面數(shù)據(jù)，涌現(xiàn)出了越來越多的描述地球表面的模型和方法。對(duì)通過測量相關(guān)手段獲得的野外數(shù)據(jù)的利用也越來越充分，其包含的信息也得到了越來越多的挖掘。在對(duì)某個(gè)具體的測量數(shù)據(jù)處理問題進(jìn)行分析的過程中，可能會(huì)遇到多種模型和方法，每種模型和方法都可能對(duì)該問題的處理結(jié)果提供屬于自己側(cè)重點(diǎn)的有效信息，如何把這些模型和方法所包含的有

2、效信息綜合利用，最終得到一個(gè)信息最大化的分析結(jié)果逐漸成為測量數(shù)據(jù)處理研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。本論文在綜述幾種常用測量數(shù)據(jù)處理方法的基礎(chǔ)上，提出組合模型思路。通過對(duì)組合模型基本算法和思路的分析，進(jìn)行了比較深入的基于組合模型的測量數(shù)據(jù)處理應(yīng)用研究。
　　 首先對(duì)統(tǒng)計(jì)分析法、灰色GM(1，1)模型、時(shí)間序列模型以及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型這幾種常用的測量數(shù)據(jù)處理模型進(jìn)行了綜述，比較詳細(xì)的介紹了多元線性回歸模型、逐步回歸模型、曲線擬合法、灰色GM(

3、1，1)模型、時(shí)間序列模型以及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的基本思路、算法和實(shí)現(xiàn)步驟進(jìn)行了介紹。對(duì)測量數(shù)據(jù)處理模型和方法的介紹將作為本論文的基礎(chǔ)理論。
　　 其次提出了組合模型的基本思路。以誤差平方和最小為例子詳細(xì)介紹了組合模型的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，并推廣得到組合模型的一般求解算法。對(duì)組合模型常用的加權(quán)系數(shù)確定方法和常用的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了簡單的介紹。由于傳統(tǒng)的組合模型中往往不能保證數(shù)據(jù)訓(xùn)練精度與數(shù)據(jù)預(yù)測精度的一致性，在數(shù)據(jù)模型的中長期預(yù)測中經(jīng)常出現(xiàn)較大

4、失誤，本文提出了模型穩(wěn)定度的相關(guān)理論。給出了穩(wěn)定度的定義，詳細(xì)的介紹了穩(wěn)定度的數(shù)學(xué)表達(dá)、單一模型精度、精度因子、精度因子截距、平均訓(xùn)練精度以及平均預(yù)測精度等穩(wěn)定度相關(guān)的若干概念。在此基礎(chǔ)上提出了基于穩(wěn)定度的組合模型權(quán)系數(shù)確定方法，這種權(quán)系數(shù)確定方法可以很好的保證模型的穩(wěn)定性，也使模型的精度具有很好的延續(xù)性。定義了基于穩(wěn)定度的組合模型評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及非劣性組合模型、劣性組合模型以及優(yōu)性組合模型等概念。由于單一模型的選擇直接決定組合模型的優(yōu)劣，

5、還定義了基于穩(wěn)定度的冗余模型，冗余度等概念，詳細(xì)的闡述了組合模型中單一模型的選擇以及單一模型數(shù)量的確定。
　　 最后，本文把基于穩(wěn)定度的組合模型理論應(yīng)用于工程實(shí)例。首先，以高程異常擬合為例子，以平面擬合法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型作為單一模型，選擇誤差平方和最小的權(quán)系數(shù)確定方法以及基于穩(wěn)定度相關(guān)理論的權(quán)系數(shù)確定方法建立組合模型，經(jīng)過試驗(yàn)分析，得到良好精度的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，驗(yàn)證了組合模型以及穩(wěn)定度相關(guān)理論的科學(xué)可行性。然后，以大壩變形監(jiān)測為

6、例子，以逐步回歸模型、灰色GM(1，1)模型和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型作為單一模型，選擇穩(wěn)定度相關(guān)理論以及誤差倒數(shù)法建立組合模型，通過對(duì)80組大壩變形實(shí)測數(shù)據(jù)的分析、處理，試驗(yàn)結(jié)果表明，基于穩(wěn)定度理論的組合模型在大壩變形監(jiān)測應(yīng)用中相對(duì)于單一模型具有較高的穩(wěn)定度，可以明顯提高大壩變形監(jiān)測的精度，基于誤差倒數(shù)法組合模型的失效也證明了權(quán)系數(shù)選取的關(guān)鍵性。最后，以京津塘高速公路K131+610段的沉降觀測數(shù)據(jù)為例子，以雙曲線擬合法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和時(shí)

7、間序列模型作為單一模型，選擇基于穩(wěn)定度相關(guān)理論以及基于誤差平方和最小建立組合模型，對(duì)工程實(shí)例數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，試驗(yàn)結(jié)果表明，單一模型在具有相對(duì)較好的訓(xùn)練精度的情況下，并不能保證模型的預(yù)測精度，突顯出模型穩(wěn)定性在預(yù)測模型選擇決策中的重要性，同時(shí)也證明基于穩(wěn)定度相關(guān)理論的組合模型可以優(yōu)于傳統(tǒng)權(quán)系數(shù)確定的組合模型。本文通過測量領(lǐng)域的三個(gè)工程實(shí)例，驗(yàn)證了組合模型在測量數(shù)據(jù)處理中，不僅能夠提高數(shù)據(jù)處理的精度，同時(shí)能夠降低預(yù)測相關(guān)問題中模型決策的