基于卡尔曼滤波法的危岩预测模型研究

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危岩崩塌是一个严重的全球性的山地自然灾害,其存在部位较隐蔽,致灾破坏的后果及其严重,因而对危岩变形体的预测预报显得十分重要。本文以危岩变形体位移为研究对象,采用卡尔曼滤波方法,对危岩变形预测进行研究,主要研究成果如下:(1)基于卡尔曼滤波法的一般模型,运用直观法和投影法,确定最优线性预测估计值、预测量测值和正交分量,对离散系统的卡尔曼滤波器进行了详细的推导。在离散系统卡尔曼滤波法的基础上,当采样间隔趋于零时,取其极限,推导了线性连续系统的卡尔曼滤波模型的一般形式。(2)由于卡尔曼滤波的应用要求模型参数和噪声的先验知识,但在许多条件下它们是未知的或近似已知的。如果应用不精确的数学模型和噪声设计,卡尔曼滤波可能会导致状态估计失真,甚至可能导致滤波发散。为克服这个弊端,论文重点研究了利用不发散滤波器的自适应卡尔曼滤波理论建立的数据处理理论、方法和模型。(3)详细分析了三峡库区云阳县磨子岭危岩崩塌体的基本地质特征:空间形态、地形地貌、地质构造、水文地质、边界条件等。针对磨子岭危岩其中5处危岩体(带)进行监测,提取了监测数据,绘制了磨子岭水平位移数据表和趋势图。(4)对危岩体表面水平位移进行分析,运用卡尔曼滤波对监测数据进行计算、拟合,分析、预测了危岩体的位移变化过程和发展趋势。(5)运用Matlab软件编制了数据处理程序,对磨子岭危岩体的累计位移变形量进行了噪声消除与预测,并对自适应卡尔曼滤波数据处理结果进行了验证。通过分析,验证了不发散滤波器的自适应卡尔曼滤波法的在危岩预测中的应用,为危岩中长期安全性预测及实时灾害警报提供科学依据,具有较好的实用性。
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