山西科技 文章编号：１００４—６４２９（２０１４）０６—００８５—０２ ＳＨＡＮＸＩ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＩＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ ２０１４年第２９卷第６期 收稿日期：２０１４—０７—２１ 京津塘高速公路Ｋ １ ３ １＋６ １ ０段路基沉降预测研究 靳璐岩 ，李强 ，李剑锋 （１．山西省科学技术情报研究所，山西太原，０３０００１；２．成都信息工程学院，四川成都，６１００４１） 摘要：高速公路施工中，路基沉降对工程质量有着重要的影响。但是影响路基沉降的 因素很多，传统的线性预测模型很难将各种影响因素统一表达，ＢＰ神经网络模型可以 将传统的函数关系式转化为高维的非线性映射，在路基沉降预测中得到广泛应用。以 京津塘高速公路Ｋ１３１＋６１０段工程为例，探讨了ＢＰ神经网络模型的最佳参数配合。 关键词：高速公路；路基沉降；神经网络模型；中误差 中图分类号：Ｕ４１６．１ 文献标识码：Ａ 表１ Ｋ１３ １＋６１０段实测沉降数据表 期 累计 沉降 期 累计 沉降 数 测量时间 时间，ｄ 量／测量时间 ｅｍ 数 时间，ｄ 量／ｅｒａ １ ２ １９８７－０５－１０ １９８７—０５—２５ ０ １５ ３０ ４５ ６０ Ｏ．００ ２．７４ ６．Ｏ６ ８．９１ ２５ ｌ９８８一Ｏ５—０４ ２６ １９８８一Ｏ５—１９ ２７ １９８８－０６－０３ ２８ １９８８一Ｏ６—１８ ３６０ ３７５ ３９Ｏ ４０５ ４２０ ５６．４８ ５６．７０ ５７．４９ ５７．６６ ５７．４ ６１背景介绍 高速公路路基沉降是决定高速公路质量的一个重要因素。 在施工阶段，由于沉降问题，可能导致路堤滑坡等事故，直接影 响施工进度，给将来公路的质量埋下隐患。在公路运营阶段，沉 降问题的存在，能够导致路面的沉陷，桥头发生跳车等现象，影 ３ １９８７—Ｏ６—Ｄ９ ４ １ ９８７—０６—２４ 响公路的正常使用，甚至引发交通事故＿ｌ＿。另外，高速公路对完 工后的沉降也有很严格的要求，沉降结果的好坏直接影响到工 ５ １９８７一Ｏ７—０９ ｌ２．２４ ２９ １９８８一Ｏ７一Ｏ３ 程建设的水平，给社会造成经济损失。准确地对路基后期沉降做 出预测是高速公路建设中面临的一个重要问题 。 ６ １９８７－０７－２４ ７５ ９０ １０５ １２０ １３５ １５Ｏ １６５ １８Ｏ １９５ ２１０ ２２５ ２４０ ２５５ ２７０ ２８５ ３００ ３１５ ３３０ ３４５ １６．９０ ３０ １９８８－０７－１８ １９．７７ ３１ １９８８—０８—０２ ２２．０４ ３２ １９８８一Ｏ８—１７ ２４．０７ ３３ １９８８一Ｏ９一Ｏ１ ２７．１２ ３４ １９８８－０９－１６ ３３．１３ ３５ １９８８－１０－０１ ３８．６６ ３６ １９８８－１０—１６ ４２．２８ ３７ １９８８－１０－３１ ４４．４７ ３８ １９８８－１ １—１５ ４６．２３ ３９ ｌ９８８－１ １－３０ ４８．１７ ４０ １９８８－１２－１５ ４９．４０ ４１ １９８８—１２—３Ｏ ５０．５０ ４２ ｌ９８９－０１—１４ ５１．７０ ４３ １９８９－０１—２９ ５３．２９ ４４ １９８９—０２—１３ ５４．４７ ４５ １９８９—０２—２８ ５５．２９ ４６ １９８９一Ｏ３一ｌ５ ５５．５６ ４７ １９８９－０３—３０ ５５．８８ ４３５ ４５０ ４６５ ４８０ ４９５ ５１Ｏ ５２５ ５４０ ５５５ ５７０ ５８５ ６ｏｏ ６１５ ６３０ ４５ ６６６０ ６７５ ６９０ ５７．８４ ５８．２Ｏ ５８－３９ ５８．１８ ５９．１Ｏ ５９．５２ ５９．５９ ５９．７３ ５９．４２ ５９．５４ ６０．Ｏ６ ６０．５５ ６０．６８ ６０．６４ ６０．６６ ６０．７６ ６１．１０ ６２．００ ７ １９８７－０８－０８ ８ １９８７—０８—２３ ９ １９８７－０９－０７ 目前，用来进行软土路基沉降预测的方法和模型很多＿３ｌ，比 如传统的分层总和法、双曲线拟合法、指数拟合法、时间序列模 型、ＢＰ神经网络模型以及偏最小二乘法等。人工神经网络模型是 基于生物大脑结构功能而研发的一种信息处理系统，它是一种 具有实时学习和知识获取的人工智能算法。在各种神经网络结 １０ １９８７－０９－２２ １１ １９８７－１Ｏ—Ｏ７ １２ １９８７－１０－２２ １３ １９８７－１ １－０６ １４ １９８７－１ １—２１ １５ １９８７－１２－０６ １６ ｌ９８７－１２－２１ ｌ７ １９８８－０１－０５ １８ １９８８－０１－２０ １９ １９８８－０２－０４ ２０ ｌ９８８—０２一ｌ９ ２ｌ ｌ９８８－０３－０５ ２２ １９８８一Ｏ３—２０ ２３ １９８８一Ｏ４—０４ 构中，误差反向传播神经网络模型，即ＢＰ神经网络模型，是最常 用、研究最多、认识最清楚的一种人工神经网络模型『４］。 路基沉降受到多种因素的影响，其变化的规律很难用一个 准确的模型来表示。人工神经网络视传统的函数自变量和因变 量为输入和输出，将传统的函数关系式转化为高维的非线性映 射，可以将影响地基沉降的众多因素同时考虑，在路基沉降预测 中得到广泛应用＿５＿。 本文寻求了一种最佳参数配置的ＢＰ神经网络模型进行路 基沉降的预测ｌ６］。 ２工程实例 本文以京津塘高速公路Ｋ１３１＋６１０段的沉降观测数据为例 ２４ １９８８－０４－１９ ２个输入层分别为：累计天数，ｄ和沉降量／ｅｒａ。 １个输出层为沉降量／ｃｍ。 进行模型建立、数据处理以及分析验证。该高速公路起始观测时 间为１９８７年５月１０日，终止观测时间为１９９１年５月２２日。取 该高速公路Ｋ１３１＋６１０段的部分沉降数据（见表１）进行分析。 对京津塘高速公路Ｋ１３１＋６１０段监测实测数据进行ＢＰ神经 网络模型处理，经试配，模型最佳参数配置如下： 模型结构为：２ｘ１５ｘｌ。 学习速率参数Ｅｉｔａ＝１．５；平滑因子参数Ａｌｆａ＝０．７；训练控制误 差Ｅｒｒｏｒ－＝０．０３；分级迭代级数ＳｔｅｐＥ＝７。 其中，训练样本数２０；预测样本数２Ｏ。 利用ＢＰ神经网络模型对沉降数据进行处理，处理结果如表 ２所示。 ８５ 陈晓刚，汪豫成城镇滨水驳岸景观生态修复模式研究 本刊Ｅ－ｍａｉｈｓｘｋｊｚｚｓ＠１６３．ｔｏｍ 科技论坛 河驳岸缺乏植物种植，可以利用在驳岸的斜面中留出一些凹槽， 在凹槽内种植植物，选择种植的植物应该是适应当地的生存条 ［３］朱学燕．滨水城市驳岸景观设计方法研究［Ｄ］．南京：南京林 业大学，２００８． 件的水生植物。一方面可以利用植物起到对驳岸保护的作用，另 一［４］王治国．关于生态修复若干概念与问题的讨论［ｎ中国水土 保持，２００３（１０）：４—５． ［５］李科，尹航，白松辰．环城水系驳岸景观设计初探［Ｊ Ｊ．美苑， ２０１３（２）：６５—６７． 方面可以提高生物的多样性，构建驳岸生态景观，使受污染的 水体得到一定的改善，水体系统恢复到健康状态。 ５结语 城市水域驳岸景观生态恢复成了现在城市发展的趋势，城 市水域驳岸是水体与陆地交接的特殊地带，在对城市水域驳岸 进行生态恢复的时候，应该根据生态学、景观生态学、生物学等 ［６］叶春，李春华，陈小刚，等．太湖湖滨带类型划分及生态修复 模式研究［Ｊ］．湖泊科学，２０１２，２４（６）：８２２—８２５． ［７］金品，张饮江，董悦，等．湖滨带直立式硬质驳岸特征与生态 景观构建模式探析［Ｊ Ｊ．上海海洋大学学报，２０１３，２２（２）：２４７—２５１． 多门学科来制定修复模式，探索出一种适合当地城市的生态驳 岸修复新模式，合理、有效地利用自然生态资源，从而达到生态 系统的相对稳定，人与自然的和谐相处［９］。 参考文献 ［８］张饮江，金晶，董悦，等．退化滨水景观带植物群落生态修复 技术研究进展ＥＪ Ｊ．生态环境学报，２０１２，２１（７）：１３６６—１３７１． ［９］崔爽，周启星．生态修复研究评述［Ｊ］．草业科学，２００８，２５ （１）：８７—８９． ［１］陈云，吴义锋，薛联青．基于复合生态系统的城市河流环境 （责任编辑：张红英） 第一作者简介：陈晓刚，男，１９７８年９月生，２００６年毕业于 影响指标体系及生态修复模式［Ｊｊ．安徽化工，２００８，３４（５）：６２— ６３． ［２］杨爱民，刘孝盈，李跃辉．水土保持生态修复的概念、分类与 技术方法［Ｊ１．中国水土保持，２００５（１）：１１－１３． 云南农业大学园林植物与观赏园艺专业，讲师，江西师范大学城 市建设学院，江西省南昌市紫阳大道９９号，３３００２２． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｌａｎｄｓｃａｐｅ’Ｓ Ｅｃｏ—ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ ｏｆ Ｕｒｂａｎ Ｗａｔｅｒｆｒｏｎｔ Ｒｅｖｅｔｍｅｎｔ ＣＨＥＮ Ｘｉａｏｇａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｙｕｃｈｅｎｇ ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅ ｕｒｂａｎ ｗａｔｅｒｆｒｏｎｔ ｒｅｖｅｔｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ａ ｓｐｅｃｉａｌ ｚｏｎｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｂｏｄｙ ａｎｄ ｌａｎｄ，ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ ｈｉｇｈｅｒ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｖａｌｕｅ，ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ａｅｓｔｈｅｔｉｃ ｖａｌｕｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｕｒｂａｎ ｗａｔｅｒｆｒｏｎｔ ｒｅｖｅｔｍｅｎｔ，ａｎｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｓｏｍｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｅｏ—ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ，ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ａｎ ｅｃｏ－ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ ｆｏｒ ｕｒｂａｎ ｗａｔｅｒｆｒｏｎｔ ｒｅｖｅｔｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｏｆ ｕｒｂａｎ ｗａｔｅｒｆｒｏｎｔ ｒｅｖｅｔｍｅｎｔ ｔｏ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒｆｒｏｎｔ ｒｅｖｅｔｍｅｎｔ ｉｎ ａｎ ａｌｌ－ｒｏｕｎｄ ｗａｙ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒｆｒｏｎｔ ｒｅｖｅｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｅｃｏｌｏｇｙ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：ｗａｔｅｒｆｒｏｎｔ ｒｅｖｅｔｍｅｎｔ；ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｅｃｏｌｏｇｙ；ｅｃｏ－ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ （上接第８６页） Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｏａｄｂｅｄ Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｋ１３１＋６１ Ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ－Ｔｉａｎｊｉｎ－Ｔａｎｇｇｕ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ ＪＩＮ Ｌｕｙａｎ，ＬＩ Ｑｉａｎｇ，ＬＩ Ｊｉａｎｆｅｎｇ ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ，ｔｈｅ ｒｏａｄｂｅｄ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｈａｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｍａｎｙ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｔｈｅ ｒｏａｄｂｅｄ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ，ｉｔ ｉｓ ｖｅｒｙ ｄｉｉｃｕｌｆｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｌｉｎｅｒ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｕｎｉｉｆｅｄ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ＢＰ ｎｅｕｒａｌ？ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｏｄｅｌ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｍａｐｐｉｎｇ，ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｒｏａｄｂｅｄ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ．Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ Ｋ １ ３ １＋６ １ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ—Ｔｉａｎｊｉｎ—Ｔａｎｇｇｕ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｂｅｓ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ＢＰ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｏｄｅ１． ＥＫＹ ＷＯＲＤＳ：ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ；ｒｏａｄｂｅｄ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ；ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｏｄｅｌ；ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ ｅｒｒｏｒ ８９
