改进BP算法在海堤渗压多测点监测预报中的应用研究-水工结构工程专业论文.docxVIP

A Dissertation Submitted for the Degree of Master The Research and Application of Improved BP Algorithm in Monitoring and Prediction of Seawall Multipoint Osmotic Pressure By Zhou Juan Hefei University of Technology Hefei, Anhui, P.R.China April 2014 万方数据 合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大 学学历硕士学位论文质量要求。 答辩委员会签名(工作单位、职称、姓名) 主席身刷刷ISJ*阵脱 j )，W非吟彻几步 ) ， W 非 吟 彻几 步统品γ VMW 、 JV命八 制…山学亥子/ 万万数据 万方数据 万方数据 致 致 谢 万方数据 万方数据 时光荏苒，硕士研究生的三年时光转瞬即逝。在这三年里，我收获良多，同 时也得到了许多关怀和帮助。 论文是在导师黄铭教授的精心指导下完成的。衷心感谢他三年来对我学业的 关心与帮助。黄老师言传身教，对论文的各个问题详细给予不倦的解答和帮助， 在此表示最诚挚的敬意和感激之情。黄老师严谨的治学态度和一丝不苟的工作作 风时刻影响并激励着我，这将使我终生受益。在攻读硕士学位期间，导师及师母 不断激励我们年轻人奋发学习，图强自新，这些都深深的感染了我。对老师的谆 谆教诲，学生谨记于心，在今后的学习和生活中会更加努力，不断进取。值此论 文完成之际，我要向黄老师及师母表达我最衷心的谢意和最崇高的敬意！ 感谢合肥工业大学土木与水利工程学院所有老师对我的关心和帮助，他们把 我带进了一个更深层次的知识领域，给予我指导，带领我前进。 感谢教研室贾军、张鹏、郭丹丹、张巨升以及各位师弟们在我论文完成过程 中给予宝贵的建议和帮助，这个团队是我能够顺利完成硕士论文的保障。 感谢姚倩、陈倩、张莉、王菲、廖明伟、王莹莹、李海玲等所有朋友，感谢 你们这三年来对我的关心和支持。特别要感谢姚倩同学，这三年来，她在我迷茫 的时候开导我，鼓励我，让我能够克服自己，直至顺利完成论文。在此祝大家心 想事成、生活美满幸福。 最要感谢的是我的父母，他们给予我生命，抚养我长大，教会我做人的道理， 是我心目中最无法替代的存在，他们的支持是我能够顺利完成论文的最大动力。 最后感谢各位老师在百忙之中对本论文的审阅与指正。 作者：周娟 2013 年 04 月 03 I 摘 摘 要 沿海地区经济发展迅猛，为保障堤内人们的生命财产安全，海堤的重要性越 来越受到重视，相关部门也加强了对海堤的保护措施。海堤是沿海而建的堤防工 程，堤身一般延续很长，涉及范围广，工作环境复杂，容易出现安全隐患，因此， 加强海堤安全监测是十分必要且意义重大的工作。随着海堤建设管理工作的推进， 海堤堤身的安全监测已逐步成为保障海堤安全和运行的重要手段，得到了越来越 多的关注。渗压是影响海堤堤身安全的主要指标，所以渗压监测在海堤安全监测 分析中占有重要地位。 BP 神经网络是一个相对比较成熟的网络，具有很强的非线性映射能力。考虑 到海堤工作环境的复杂性，以及渗压与其影响因素之间的不明确性，本文尝试将 BP 神经网络应用于海堤渗压监测预报中。基于梯度下降法的标准 BP 算法在应用 时存在不足之处，通过分析该算法的缺陷，选用优化激活函数方法和附加动量算 法分别对标准 BP 神经网络进行改进。优化激活函数方法是在激活函数的公式中加 入可调参数，对函数的陡度及映射范围进行调节，从而达到改善网络性能的目的； 附加动量算法则是在每一个权值变化量的基础上加上一项正比于前一次权值变化 量的值，进而加快网络权值更新，对标准 BP 算法进行改进。前两种方法是从两个 不同的角度对标准 BP 神经网络进行改进，在此基础上，本文提出一种组合改进算 法，即将附加动量算法与优化激活函数方法结合起来应用。 以浦东某海堤实测数据为基础，考虑到单测点建模时不仅工作量大，而且各 渗压测点之间信息关联度不高，本文从多测点角度出发进行建模，整体分析潮位、 降雨、时效等因素对海堤渗压的影响。输入层因子选择时，以 BP 神经网络为分析 手段，分别对简化因子形式和组合因子形式进行计算，选择预测效果比较好的一 组因子作为网络模型的输入。 网络结构确定后，分别对三种改进 BP 算法编程建模，根据训练和预测结果分 析它们在海堤渗压多测点监测方面的应用情况，并比较改进模型对海堤渗压的预 测效果。结果表明，三种改进 BP 神经网络在速度和精度方面都有所提高，其中组 合改进模型比单一的改进模型具有更好的预测精度，在海堤渗压监测模型的分析 预报方面取得了很好的效果。 关键