一種路基穩定可靠度的計算方法
2023-06-04 02:15:16 1
一種路基穩定可靠度的計算方法
【專利摘要】本發明公開了一種路基穩定可靠度的計算方法，它利用量子粒子群算法優化LSSVM參數，利用LSSVM建立輸入參數與計算結果間的映射關係，再進行路基可靠度的計算，以解決蒙特卡羅法計算可靠度耗時過多的限制的問題，為路基穩定可靠度計算提供了一條實用途徑。
【專利說明】一種路基穩定可靠度的計算方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及最優化及可靠度計算領域，具體地指一種路基穩定可靠度的計算方 法。
【背景技術】
[0002] 目前鐵路路基穩定的計算採用的是總安全係數法，將影響安全的各種因素概括為 一個安全係數，但不能反映工程的實際安全水平，限制了鐵路工程設計水平的發展。因此， 將設計參數視為隨機變量，用可靠指標描述路基穩定安全度更加合理。蒙特卡羅法是一種 較精確的可靠度計算方法，其他可靠度計算方法計算結果常常用蒙特卡洛法進行驗證。但 採用蒙特卡洛法計算可靠度時，需要進行大批量抽樣，抽樣次數NS100/Pf。如果失效概率 較小，則計算次數必須足夠大才能保證可靠度的計算精度。複雜結構一次抽樣計算少則幾 分鐘，多則幾個小時甚至幾天，要進行成千上萬次的抽樣計算在實際工程中是不現實的。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的就是要解決上述【背景技術】的不足，提供一種路基穩定可靠度的計算 方法，以解決蒙特卡羅法計算可靠度耗時過多的問題。
[0004] 本發明的技術方案為：一種路基穩定可靠度的計算方法，其特徵在於，它包括以下 步驟：
[0005]1)、分析實際問題，確定隨機變量（設隨機變量的個數為N)，確定計算模式與計算 方法，建立極限狀態方程Z;
[0006]2)、採用正交試驗設計方法提供有代表性的訓練樣本：
[0007] 2. 1)、在隨機變量的 3 〇 範圍內丨/?, -V- 1 ?Sr,講，R+ 1 _<5"/7/, +3cr,'}選擇並 進行N因素五水平正交試驗設計選擇訓練樣本；
[0008]2. 2)、對訓練樣本進行尺度變換，使得各隨機變量在訓練中具有相同的地位；
【權利要求】
1. 一種路基穩定可靠度的計算方法，其特徵在於，它包括以下步驟： 1) 、分析實際問題，確定隨機變量（設隨機變量的個數為N)，確定計算模式與計算方 法，建立極限狀態方程Z; 2) 、採用正交試驗設計方法提供有代表性的訓練樣本： 2. 1)、在隨機變量的3σ範圍內：m, - 3cr;，m, - 1 ·5τ,講，柯,+ 1 ·?,w; +3σ,丨選擇並進行 N因素五水平正交試驗設計選擇訓練樣本； 2. 2)、對訓練樣本進行尺度變換，使得各隨機變量在訓練中具有相同的地位； -- (式 1) Ui 式1中：Xi為隨機變量X的第i個樣本，X'i為尺度變換以後的樣本，μi和σi分別 為隨機變量的均值及其方差； 2. 3)、利用步驟1)中建立的極限狀態方程計算出訓練樣本本Xi對應的計算結果yi(Z >〇輸出I;Z彡O輸出-1); 3) 、採用LSSVM建立樣本輸入值與輸出值之間的映射關係，採用量子粒子群算法對 LSSVM參數進行優化： 3.1) 、確定LSSVM形狀參數δ和懲罰係數γ的取值範圍，然後將取值範圍變換到 [〇, 1]區間； 3. 2)、將整個尺度變換後的訓練樣本fi隨機的分成η組樣本集，取出其中的一組樣 本集為驗證集，用剩下的樣本集作為訓練集來設計預測模型，設兌為驗證集通過預測模型 得到的估計值，計算出相應驗證集的預測誤差E1 ; 3. 3)、再把步驟3. 2)中取出的樣本集放回原訓練樣本中，取出另外一組樣本集作為驗 證集，用剩下的樣本集作為訓練集來設計預測模型，同理計算相應的預測誤差為E2 ; 3. 4)、重複設計模型η次，計算出相應驗證集的預測誤差為EpΕ2、Ε3···En ; 3. 5)、將各個相應驗證集的預測誤差求和： MSE = ±Ej(式2) 7=1 式2中，Ej為對應驗證集的預測誤差值； 3. 6)、參數選擇問題轉化為優化問題： MinimizeMSE Subjecttoδr ^ [0, 1]Y1 ^ [0, 1] (式 3); 3. 7)、採用量子粒子群算法來求解此優化問題，確定LSSVM的形狀參數δ和懲罰係數 Y; 4) 、計算可靠度： 4.1) 、按照隨機變量各自的概率分布生成隨機抽樣點：首先在區間（0，1)內產生均勻 分布的隨機數，然後再變換成給定分布的隨機數； 4. 2)、將隨機抽樣點送入訓練好的LSSVM，得到對應的輸出量λ; 4. 3)、設隨機抽樣點總個數為Ν，統計其中失效的個數為Nf，則結構的失效概率為Pf = Nf/N； 4. 4)、根據失效概率與可靠度間的關係，即可計算得結構的可靠度指標。
2. 根據權利要求1所述的一種路基穩定可靠度的計算方法，其特徵在於：步驟3)中， 驗證集的預測誤差Ej計算公式為： m1 Ej_λΙ (式 4) 式4中，m為每一組樣本個數，yi為計算輸出值，兌為模型估計值。
3. 根據權利要求1所述的一種路基穩定可靠度的計算方法，其特徵在於：步驟4. 1) 中，採用乘同餘法在區間（〇，1)內產生均勻分布的隨機數。
【文檔編號】G06F19/00GK104318121SQ201410623520
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月7日 優先權日:2014年11月7日
【發明者】汪瑩鶴, 趙新益, 曾長賢, 劉慶輝, 陳世剛, 管海濤, 楊松, 蔣道君 申請人:中鐵第四勘察設計院集團有限公司