中国安全科学学报

作者：范成强, 夏元友, 张宏伟, 黄建

单位：武汉理工大学 土木工程与建筑学院,湖北 武汉 430070

关键词：局部线性嵌入(LLE),基于密度的带噪声应用空间聚类(DBSCAN),合成少数类过采样(SMOTE),数据处理,岩爆预测

基金：国家自然科学基金资助(42077228)

为解决岩爆预测中预测指标关联以及原始数据存在离群点与数据不平衡等问题,提出基于局部线性嵌入(LLE)-基于密度的带噪声应用空间聚类(DBSCAN)-合成少数类过采样(SMOTE)数据处理的岩爆预测方法。首先,选取围岩最大切向应力 σ θ、岩石单轴抗压强度 σ c 、岩石单轴抗拉强度 σ t、弹性应变能指数 W e t、脆性系数 σ c / σ t、应力系数 σ θ / σ c和表征围岩应力梯度的应力集度值 β构建岩爆预测指标体系;其次,采用LLE算法进行数据降维处理以消除指标间的交叉关联影响,引入DBSCAN算法去除数据离群点;然后,引入SMOTE技术进行数据平衡化;最后,分别采用决策树(DT)、随机森林(RF)与梯度提升树(GBDT)算法构建3类岩爆预测模型,对比分析数据处理前后数据训练模型的预测精度,并通过江边水电站引水隧洞实测岩爆数据进行工程验证。结果表明:预测指标由原始数据的7维降至4维,以及采用分级离群值处理后的3类算法模型的预测准确率皆为同类模型中最高,江边水电站工程岩爆预测验证了数据处理后的模型预测准确率明显高于基于原始岩爆数据建立的同类模型。

来源：2024年第12期

《中国安全科学学报》期刊编辑部

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