›› 2011, Vol. 32 ›› Issue (6): 1669-1675.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于粒子群-高斯过程回归耦合算法的滑坡位移时序分析预测智能模型

徐 冲,刘保国,刘开云,郭佳奇   

  1. 北京交通大学 土木建筑工程学院,北京 100044
  • 收稿日期:2009-12-10 出版日期:2011-06-10 发布日期:2011-06-21
  • 作者简介:徐冲,男,1984年生,博士研究生,主要从事岩土工程中的计算智能与数值分析研究
  • 基金资助:

    国家863计划资助课题(No. 2007AA11Z109)

Intelligent analysis model of landslide displacement time series based on coupling PSO-GPR

XU Chong, LIU Bao-guo, LIU Kai-yun, GUO Jia-qi   

  1. School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China
  • Received:2009-12-10 Online:2011-06-10 Published:2011-06-21

摘要: 高斯过程回归(GPR)学习机有着容易实现、超参数自适应获取及预测输出具有概率意义等优点。通常采用共轭梯度法获取GPR超参数,但其存在优化效果对初值依赖性太强,迭代次数难以确定,易陷入局部最优的缺点。改用粒子群优化 (PSO)算法进行最优超参数搜索,形成粒子群-高斯过程回归耦合算法(PSO-GPR)。将该算法引入三峡永久船闸高边坡、卧龙寺新滑坡、链子崖滑坡3个不同的典型滑坡变形时序分析中,对每个滑坡分别采用稳态核及一种新式神经网络(NN)、平方指数(SE)、有理二次型(RQ)3种单一核函数进行外推预报测试。工程应用表明,基于3种不同单一核函数的粒子群-高斯过程回归算法(PSO-GPR)均能完全适应不同滑坡时序分析,其中以NN核函数外推预测效果最佳,平均相对误差分别为6.37%、7.62%、1.07%,从而改善了在进行不同滑坡变形时序分析时采用单一核函数的核机器外推能力存在较大差异性的问题,提高了单一核函数对不同数据类型的兼容性

关键词: 滑坡, 粒子群优化, 高斯过程回归, 时序分析, 位移预报

Abstract: Gaussian process regression (GPR) takes advantages of programming easily; self-adaptive acquisition of hyperparameters and prediction with probability interpretation. At present the hyperparameters are got by maximizing likelihood function of training samples based on conjugate gradient algorithm. However, the algorithm embodies the disadvantages of too strong dependence of optimization effect on initial value, difficultly determination of iteration steps, easily falling into local optimum. On the basis of mentioned above, particle swarm optimization (PSO) was used to optimize the hyperparameters of the GPR then formed the PSO-GPR coupling, and the corresponding source code was programmed. So the PSO-GPR with the neural network covariance function (NN), squared exponential covariance function (SE) and rational quadratic covariance function (RQ) is respectively applied to analyze slope displacement time series in order to test generalization ability of the algorithm. The analysis results of slope displacement time series show that the proposed PSO-GPR based on different single kernel function are all suitable for all kinds of slope deformation analysis and difference of prediction accuracy is little based on different single functions. Furthermore, the problem that there is differential the regression and generalization ability of kernel machine with different functions is solved; and the kernel function compatibility with different data is boosted

Key words: landslide, particle swarm optimization, Gaussian process regression, time series, displacement prediction

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