1.一种智能化尾矿坝位移预测预警方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:获取尾矿坝的在线监测历史数据,包括位移、降雨量和库水位数据;
步骤二:数据预处理,包括采用自适应指数加权移动平均法对位移数据进行处理,以及分别对降雨量、库水位和处理后的位移数据进行独立归一化;
步骤三:设置预测模型的参数;
所述预测模型,包括主预测模型、趋势项误差修正模型和噪声项误差修正模型;
步骤四:构建基于门控循环单元神经网络的尾矿坝位移主预测模型框架,并基于归一化后的数据训练主预测模型;
步骤五:通过主预测模型预测主预测位移,并计算主预测位移结果和监测结果之间的误差,构建误差序列;
步骤六:通过粒子群优化算法优化变分模态分解‑逼近理想解排序法模型的超参数,并基于优化后的变分模态分解‑逼近理想解排序法模型对误差序列进行分解,得到趋势项误差序列和噪声项误差序列;
步骤七:构建含有随机丢弃层的门控循环单元神经网络模型框架,采用趋势项误差序列构建趋势项误差修正模型、采用噪声项误差序列构建噪声项误差修正模型;
步骤八:通过蒙特卡洛‑随机丢弃采样,基于趋势项误差修正模型得到趋势项修正量的均值μ1和标准差σ1,基于噪声项误差修正模型得到噪声项修正量的均值μ2和标准差σ2;
步骤九:根据动态权重计算机制计算趋势项最终权重Wq和噪声项最终权重Wz;
步骤十:计算最终位移预测值及置信区间,并反归一化;
步骤十一:获取下一轮监测数据后,若监测位移值超出预测值95%置信区间上下限,则判定位移趋势异常,发出位移报警;若监测位移值未超出预测值95%置信区间上下限,判定位移趋势正常;随后,判定是否继续预测,若继续则将下一轮数据归一化后,返回步骤五并循环执行,否则终止计算。
2.如权利要求1所述的一种智能化尾矿坝位移预测预警方法,其特征在于,步骤三中,所述预测模型的参数,包括主预测模型的窗口大小、趋势项误差修正模型和噪声项误差修正模型窗口大小、噪声容限τ、蒙特卡洛采样次数T、变分模态分解的模态数K的取值范围、惩罚因子α的取值范围、样本熵权重取值范围、能量比权重取值范围、相关性权重取值范围。
3.如权利要求1所述的一种智能化尾矿坝位移预测预警方法,其特征在于,步骤六中,所述变分模态分解‑逼近理想解排序法模型,是一种结合了变分模态分解方法和逼近理想解排序法的组合模型,其中变分模态分解的模态数K、惩罚因子α、逼近理想解排序法的样本熵权重WS、能量比权重WE、相关性权重WR都是通过粒子群优化算法优化求得,且优化范围的选取区间为3≤K≤8,1000≤α≤3000,0.1≤WS≤0.6,0.1≤WE≤0.6,0.1≤WR≤0.6;
该模型通过以下步骤实现误差序列的模态优选与重构:
步骤S61:通过变分模态分解将误差序列分解为K个模态;
步骤S62:计算各模态的样本熵SK、能量占比EK及与原始误差的相关系数RK,并分别归一化后得到SK1、EK1、RK1;
步骤S63:按优化后的权重WS、WE、WR计算各模态综合评分CK:CK=WS×SK1+WE×EK1+WR×RK1
选取综合评分大于平均分的模态作为最优子集,将最优模态子集相加,得到趋势项误差序列;将剩余模态相加,得到噪声项误差序列。
4.如权利要求1所述的一种智能化尾矿坝位移预测预警方法,其特征在于,步骤八中,所述蒙特卡洛‑随机丢弃采样,步骤包括:S81:对趋势项误差修正模型进行T次前向传播,每次传播时保持随机丢弃层激活状态,得到T个趋势项修正量;
S82:对噪声项误差修正模型进行T次前向传播,每次传播时保持随机丢弃层激活状态,得到T个噪声项修正量;
S83:计算所述T个趋势项修正量的均值μ1和标准差σ1;
S84:计算所述T个噪声项修正量的均值μ2和标准差σ2;
其中,T的取值范围为50 200次。
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5.如权利要求1所述的一种智能化尾矿坝位移预测预警方法,其特征在于,步骤九中,所述动态权重计算机制,具体为:S91:计算趋势项修正量的绝对均值|μ1|和噪声项修正量的绝对均值|μ2|;
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S92:计算趋势项贡献度w1=|μ1|/(|μ1|+|μ2|+1×10 ),噪声项贡献度w2=1‑w1;
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S93:计算趋势项置信度c1=1/(σ1+1×10 )和噪声项置信度c2=1/(σ2+10 ),其中σ1和σ2分别为趋势项和噪声项的标准差;
S94:计算综合权重:趋势项最终权重Wq=w1×c1/(w1×c1+w2×c2),噪声项最终权重Wz=1‑Wq。
6.如权利要求1所述的一种智能化尾矿坝位移预测预警方法,其特征在于,步骤十中,所述最终位移预测值及置信区间,最终位移预测值是指最终位移预测值均值μ总,置信区间包括置信区间上限和置信区间下限,计算方式为:S101:最终位移预测值均值μ总=μ1×Wq+μ2×Wz;
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S102:最终位移预测值标准差σ总=(σ1×Wq+σ2×Wz) ;
S103:置信区间上限=主预测位移+μ总+1.96×σ总;
S104:置信区间下限=主预测位移+μ总‑1.96×σ总。