【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩土工程领域，具体是一种黄土路基变形预警方法以及系统。
技术介绍
1、黄土具有大孔隙，垂直节理发育，纵向上的渗透率远远大于横向。由于降雨作用，受水浸润后黄土颗粒骨架迅速崩溃,强度大幅度降低。而黄土的变形量往往具有纵向上的突变性。这种性质易导致建筑物发生不均匀沉降，对建筑物的安全性及经济性带来极大的损害。
2、目前，大多数黄土路基变形的监测设备是垂直形变监测装置，它们通常被布置在路基内部和路面上。这种监测方式根据预定的监测频率实时将变形数据传输到计算机系统，具有连续性和长期监测的能力。然而，由于黄土的变形通常呈突变形式，这种监测方式在预警黄土路基变形方面的效果较差，难以实现提前预警。
3、申请人在研究过程中发现黄土的变形受含水率以及土压力的影响较大，而含水率受黄土路基降雨量和其排水沟流量等影响。随着公路和铁路工程对路基变形和沉降的要求不断提高，现有的监测方法难以满足对变形量的预测要求，特别是在处理突发情况时表现不佳。
4、因此，如何提高黄土路基变形预警效果已成为土地管理和工程领域的紧迫需求。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种通过路基含水率来预测黄土路基变形量，再通过该变形量进行预警的黄土路基变形预警方法以及系统，以提高黄土路基变形预警准效果。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种黄土路基变形预警方法，包括以下步骤：
3、测量一定时间段内的黄土路基的降雨量、排水沟流量以及含
4、通过逐步向前移动所述时间序列数据集中的黄土路基降雨量和排水沟流量数据的方式来构造一个含水率特征集，再利用所述含水率特征集与含水率的相关系数来确定降雨量和排水沟流量滞后特征的数量，再对相关系数进行分析了解不同滞后时间的降雨量、排水沟流量对含水率的影响程度确定出特征的重要性，再根据特征的重要性进行特征的选择，最终将选择出的这些特征作为第一数据集；
5、利用所述第一数据集训练黄土路基土体含水率预测模型，直至满足预设条件，以得到第一预测模型；
6、根据土工试验，获得黄土在对应土压力以及含水率下的变形量数据，建立起包括土压力、含水率以及变形量的第二数据集；
7、利用所述第二数据集训练黄土路基变形量预测模型，直至满足要求，以得到第二预测模型；
8、对实时监测所得的黄土路基降雨量数据及排水沟流量数据进行时间序列处理，构建一组时间滞后特征集，所述时间滞后特征集涵盖了至少包括当前以及上一至多个时间节点的数据，再根据第一数据集的特征选择原则对所述时间滞后特征集进行特征的选择，以选择出用于对未来一时间点含水率预测的特征子集；
9、将所述特征子集输入至第一预测模型中，得到所述黄土路基的含水率预测值；
10、将所述含水率预测值以及实时的所述黄土路基土压力数据输入到第二预测模型中，得到所述黄土路基的变形量预测值；
11、根据所述变形量预测值大小进行预警，当所述变形量预测值超过设定值时，发出预警信息。
12、进一步地，所述第一预测模型和第二预测模型均采用xgboost模型。
13、进一步地，所述通过逐步向前移动黄土路基降雨量和排水沟流量数据的方式来构造一个含水率特征集的具体步骤为：
14、保持含水率序列不变，将降雨量序列r(1)和排水沟流量序列d(1)整体往后移动一个时间单位，得到r(2)和d(2)序列，依此类推，直至得到r(n)和d(n)序列，这些序列r(1)，r(2)，…，r(n)和d(1)，d(2)，…，d(n)构成了降雨量和排水沟流量的滞后特征集。
15、进一步地，在初始时刻t1的降雨量r1和排水沟流量d1会对后续时刻t2，t3，…，tm的黄土含水率产生滞后影响，通过这种方式，构造出r(1)，r(2)，…，r(n)和d(1)，d(2)，…，d(n)特征。
16、进一步地，将降雨量序列和排水沟流量序列整体往后移动过程中，假设有三组数据：rt、dt和st，rt表示降雨量序列，dt表示排水沟流量序列，st表示含水率序列，降雨量和排水沟流量时间序列向右移动1到n个单位，而滞后特征时间序列的前面空缺数据用第一个数据填充，后面的空缺数据则用最后一个数据填充。
17、进一步地，所述根据特征的重要性进行特征的选择为选择与含水率的相关系数最大的特征。
18、用于上述的一种黄土路基变形预警方法的一种黄土路基变形预警系统，包括数据采集模块、数据处理模块、含水率预测模块、变形量预测模块和预警模块；
19、所述数据采集模块，以采集所述黄土路基的降雨量、排水沟流量以及土压力数据；
20、所述数据处理模块与数据采集模块连接，以对采集的黄土路基降雨量数据及排水沟流量数据进行时间序列处理，构建一组时间滞后特征集，再根据确定出的特征的重要性结论对所述时间滞后特征集进行特征的选择，以选择出用于对未来一时间点含水率预测的特征子集；
21、所述含水率预测模块与数据处理模块连接，以根据所述特征子集与预测黄土路基的含水率；
22、所述变形量预测模块与含水率预测模块以及数据采集模块连接，以根据所述含水率的预测值以及当前土压力数据预测黄土路基的变形量；
23、预警模块与变形量预测模块连接，以根据所述变形量预测值的大小进行预警，当所述变形量预测值超过设定值时，发出预警信息。
24、本专利技术的有益效果是：本专利技术的黄土路基变形预警方法以及系统，可以根据监测的降雨量、排水沟流量以及土压力数据预测未来一时刻或一段时刻进行黄土路基的变形量预测，可以提前发出预警，预警效果更好，提高了黄土路基监测的时效性和效率，预警效果更好，便于提前应对，提高了黄土路基的安全性和可持续性。
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1.一种黄土路基变形预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种黄土路基变形预警方法，其特征在于：所述第一预测模型和第二预测模型均采用XGboost模型。
3.如权利要求1所述的一种黄土路基变形预警方法，其特征在于：所述通过逐步向前移动黄土路基降雨量和排水沟流量数据的方式来构造一个含水率特征集的具体步骤为：
4.如权利要求1所述的一种黄土路基变形预警方法，其特征在于：在初始时刻t1的降雨量R1和排水沟流量D1会对后续时刻t2，t3，…，tm的黄土含水率产生滞后影响，通过这种方式，构造出R(1)，R(2)，…，R(N)和D(1)，D(2)，…，D(N)特征。
5.如权利要求1所述的一种黄土路基变形预警方法，其特征在于：将降雨量序列和排水沟流量序列整体往后移动过程中，假设有三组数据：Rt、Dt和St，Rt表示降雨量序列，Dt表示排水沟流量序列，St表示含水率序列，降雨量和排水沟流量时间序列向右移动1到N个单位，而滞后特征时间序列的前面空缺数据用第一个数据填充，后面的空缺数据则用最后一个数据填充。
6.如权
7.用于如权利要求1至6中任一项所述的一种黄土路基变形预警方法的一种黄土路基变形预警系统，其特征在于，包括数据采集模块、数据处理模块、含水率预测模块、变形量预测模块和预警模块；
...【技术特征摘要】
1.一种黄土路基变形预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种黄土路基变形预警方法，其特征在于：所述第一预测模型和第二预测模型均采用xgboost模型。
3.如权利要求1所述的一种黄土路基变形预警方法，其特征在于：所述通过逐步向前移动黄土路基降雨量和排水沟流量数据的方式来构造一个含水率特征集的具体步骤为：
4.如权利要求1所述的一种黄土路基变形预警方法，其特征在于：在初始时刻t1的降雨量r1和排水沟流量d1会对后续时刻t2，t3，…，tm的黄土含水率产生滞后影响，通过这种方式，构造出r(1)，r(2)，…，r(n)和d(1)，d(2)，…，d(n)特征。
5.如权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李海峰，朱磊，刘丽君，廖昕，瞿立明，秦丹，范茂基，周迎超，刘燕平，王志军，周作文，
申请(专利权)人：中国十九冶集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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