指數(shù)平滑法在稀土礦邊坡位移預(yù)測中的應(yīng)用

張永勝

摘 要：邊坡表面位移是滑坡研究的常用物理量，國內(nèi)外相關(guān)研究多以位移—時間特征曲線為基礎(chǔ)，采用滑坡后驗的手段開展滑坡研究。指數(shù)平滑法能夠?qū)哂汹厔葑兓谋砻嫖灰七M行較好的預(yù)測，計算過程簡單，而且能夠降低不穩(wěn)定因素對監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響。

關(guān)鍵詞：稀土礦；指數(shù)平滑法；邊坡位移；預(yù)測

1 滑坡預(yù)測研究現(xiàn)狀

滑坡預(yù)測預(yù)報是滑坡學(xué)中最重要的內(nèi)容之一，從20世紀60年代末期開始被人們所關(guān)注，已經(jīng)成為邊坡研究中的熱門課題之一[1]。20世紀60至70年代，滑坡以現(xiàn)象預(yù)報及經(jīng)驗預(yù)報為主，學(xué)者們總結(jié)并利用滑坡的某些變形破壞規(guī)律和失穩(wěn)前的宏觀征兆，對坡體的穩(wěn)定性進行判斷[2]。該階段以日本學(xué)者齋騰的蠕變破壞三階段理論最具代表性。

20世紀80年代，國內(nèi)外很多研究者引入較多數(shù)學(xué)方法和理論模型，用來擬合邊坡變形的位移—時間關(guān)系曲線，并根據(jù)他們所建立的預(yù)測預(yù)報模型進行外推預(yù)測預(yù)報研究[3]。這一時期具有代表性的研究者有王思敬、陳道東、崔政權(quán)、日本學(xué)者福囿等等。他們主要以預(yù)報方法的探討為主，而對與觀測數(shù)據(jù)的分析研究、采集數(shù)據(jù)的處理加工、預(yù)報時序資料的選擇與剔除、信號中干擾信息的剔除與分解及有用信息的增強放大等問題的認識還不夠深入 [4]。

20世紀90年代人們逐漸認識到滑坡的位移—時間曲線的擬合外推預(yù)測預(yù)報方法常常只能對近期發(fā)生的滑坡破壞做出有限的趨勢預(yù)測[5]。在多因素共同作用，尤其是對于非線性因素的影響，要準確、可靠地進行滑坡的長期預(yù)測預(yù)報是相當(dāng)困難的[6]。因此，學(xué)者們逐步提出了跟蹤預(yù)報的思想。此時，提出并發(fā)展了模糊數(shù)學(xué)、分形理論、災(zāi)變理論、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、控制論、3S技術(shù)等預(yù)測預(yù)報方法，并通常是多種方法并用，進行滑坡預(yù)測預(yù)報。具有代表性的預(yù)測預(yù)報理論有秦四清（1993）的滑坡孕育非線性動力學(xué)模型研究，黃潤秋（1997）的邊坡蠕動變形破壞理論模型，殷坤龍（2005）的基于WEBGIS地質(zhì)災(zāi)害實時預(yù)報預(yù)警模型[7]。

在滑坡預(yù)測階段有多種方法和理論，但都有各自的優(yōu)缺點。指數(shù)平滑法是應(yīng)用較多的一種，其優(yōu)點在于計算過程比較簡單，進行預(yù)測時能夠?qū)吰挛灰谱鞒鲅杆俚姆磻?yīng)[8]。

2 三次指數(shù)平滑法建模

適用于非線性統(tǒng)計的指數(shù)平滑法，其預(yù)測值是測量值與隨機變動共同作用的結(jié)果，進行預(yù)測時首先賦予最新的觀測值適當(dāng)?shù)臋?quán)重，使預(yù)測結(jié)果更符合真實值[9]。由于其消除了歷史數(shù)據(jù)中的極大值或極小值，因此對邊坡位移進行預(yù)測的同時也減少了監(jiān)測數(shù)據(jù)的隨機因素的影響。

3 實 例

贛南稀土礦開采廣泛采用原地浸礦方法，將稀土離子浸礦液注入山體浸出回采，過程中使得山體處于飽水狀態(tài)，邊坡穩(wěn)定性下降，滑坡風(fēng)險增加。在某稀土礦邊坡滑坡監(jiān)測系統(tǒng)中，設(shè)置了六個坡體表面位移監(jiān)測點，用于礦山坡體的健康監(jiān)測。

以滑坡監(jiān)測系統(tǒng)的⑥號測點表面位移監(jiān)測數(shù)據(jù)為例，進行指數(shù)平滑法預(yù)測分析，取時間區(qū)間為2014年2月3日到2014年3月23日，以周為單位共有9組數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上對第10周的邊坡位移進行預(yù)測。驗算表明平滑系數(shù)時方差最小，預(yù)測結(jié)果如表1。

由表中數(shù)據(jù)可知，預(yù)測誤差最大為0.08%，預(yù)測結(jié)果較為理想。在預(yù)測周期方面可以選擇日、周或月等不同的單位，因此，指數(shù)平滑法能夠?qū)吰卤砻嫖灰七M行中短期的預(yù)報，當(dāng)發(fā)現(xiàn)預(yù)測結(jié)果出現(xiàn)異常時，應(yīng)加強觀測，必要時要求礦山降低開采力度。

4 結(jié) 論

監(jiān)測結(jié)果分析表明，對于稀土礦邊坡表面位移預(yù)測，適用于中短期預(yù)測的指數(shù)平滑法具有較好的預(yù)測效果，能夠為邊坡預(yù)測研究提供理論和實際參考。同時，指數(shù)平滑指數(shù)法能夠降低各種不穩(wěn)定因素對監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響，使監(jiān)測數(shù)據(jù)更加精確。

參考文獻

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