海量水文地質(zhì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)相關(guān)性算法設(shè)計(jì)

徐翠萍 盛文婷 侯雪嬌

摘要：針對(duì)水文地質(zhì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)分析，本文提出以相關(guān)性算法為核心思想的算法設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單介紹并且研究了時(shí)間序列的定義、公式和降維方法以及相似性算法的概念、公式、特點(diǎn)和用法。并通過(guò)對(duì)海量水文地質(zhì)數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析，對(duì)礦井突水進(jìn)行預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：時(shí)間序列;相似性算法;水文地質(zhì)數(shù)據(jù)

1相關(guān)知識(shí)背景簡(jiǎn)介

1.1時(shí)間序列定義

時(shí)間序列其實(shí)就是以時(shí)間順序?yàn)橐罁?jù)進(jìn)行相關(guān)排列，且是有順序的值， 表示時(shí)間序列，子時(shí)間序列就是連續(xù)的一個(gè)片段，它用 來(lái)代表，子時(shí)間序列的長(zhǎng)度用 來(lái)表示。

時(shí)間序列數(shù)據(jù)的降維主要有以下方法：時(shí)間序列基于域變換的描述、分段線性表示PLR的描述[1]、分段聚合近似PAA的描述[2]、符號(hào)化表示方法描述、奇異值分解SVD 的描述[3]。

1.2皮爾森相關(guān)系數(shù)

本文主要用皮爾森相關(guān)系數(shù)來(lái)對(duì)時(shí)間序列的相關(guān)性進(jìn)行表示。它是線性相關(guān)系數(shù)。對(duì)統(tǒng)計(jì)量關(guān)于變量之間線性相關(guān)程度進(jìn)行反映。定義如式：

相關(guān)系數(shù)用corr表示，樣本量用n來(lái)表示，均值以及方差用 來(lái)表示兩者。corr所描述的是關(guān)于兩個(gè)變量間線性相關(guān)強(qiáng)弱的程度。如果corr的絕對(duì)值越大，則證明具有越強(qiáng)的相關(guān)性

2水文地質(zhì)數(shù)據(jù)

2.1水文地質(zhì)參數(shù)

水文地質(zhì)地質(zhì)參數(shù)主要有以下幾點(diǎn)：滲透系數(shù)、釋（儲(chǔ)）水系數(shù)（給水度、彈性釋水系數(shù)的定義）、其他參數(shù)、參數(shù)的測(cè)定。

2.2造成地質(zhì)災(zāi)害的水文地質(zhì)因素

造成地質(zhì)災(zāi)害的水文地質(zhì)因素有：不是穩(wěn)定的關(guān)于礦區(qū)地下礦物層、地質(zhì)災(zāi)害的形成關(guān)于沙土液化現(xiàn)象、地面沉降的生成對(duì)于水文因素、地基變形因素的描述、地質(zhì)災(zāi)害由地裂縫造成、災(zāi)害由地面塌陷造成。礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)等級(jí)分類如表1。

3 某礦的相關(guān)性分析

1）礦井基礎(chǔ)條件

在礦井初步設(shè)計(jì)中，預(yù)計(jì)正常涌稅量為240 ，最大涌水量為600 。中央泵房安裝四臺(tái)MD500-57×9型礦用耐磨多級(jí)離心式水泵（500 ），預(yù)留有一臺(tái)水泵位置，副井敷設(shè)Φ325×12mm排水管兩趟，主井筒內(nèi)安裝兩趟Φ325×12mm強(qiáng)排管路。中央泵房主副水倉(cāng)總?cè)萘?588 ，系統(tǒng)排水能力1619 。礦井水文地質(zhì)條件，各含水層抽水試驗(yàn)如表2所示，礦井突水量變化曲線圖如圖1所示：

依據(jù)突水系數(shù)公式推導(dǎo)含水層頂界到巷道底板最大距離為：

按照隔水層厚度公式計(jì)算：

計(jì)算結(jié)果表示含水層頂界到巷道底板的距離是10～57m。由上可得，正常情況下的突水水量為60m3/h，最大突水水量為93m3/h。當(dāng)超過(guò)正常涌水量時(shí)就會(huì)容易發(fā)生突水水害。

2）礦井水文地質(zhì)相關(guān)性算法

本研究中選擇用到的是Pearson相關(guān)系數(shù)：

選擇兩組數(shù)據(jù)，X為安全時(shí)候的數(shù)據(jù)集，Y數(shù)據(jù)集為實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)X、Y的折線圖如圖3所示，得到兩組數(shù)據(jù)集的相關(guān)系數(shù)r=0.0312。

3）礦井水文地質(zhì)相關(guān)性分析

相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值越大，相關(guān)性越強(qiáng);相關(guān)系數(shù)越接近1或-1，相關(guān)度就越強(qiáng);相關(guān)系數(shù)越接近于0，相關(guān)度越弱。

由此可以看出r=0.0312為弱相關(guān)/無(wú)相關(guān)，兩數(shù)據(jù)集之間為正相關(guān)關(guān)系，發(fā)生礦井突水危害的可能性還是很高的，應(yīng)及早做好預(yù)防措施，以避免不必要的傷亡和損失。

4結(jié)論

本文首先通過(guò)對(duì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)、相似性算法以及水文地質(zhì)數(shù)據(jù)等知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，通過(guò)對(duì)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，求出相關(guān)系數(shù)，對(duì)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行分析，估算水害發(fā)生的概率，以便于及早預(yù)防，減少不必要的人員和財(cái)產(chǎn)損失。

作者簡(jiǎn)介：徐翠萍，新疆米泉人，1979年5月生，本科，研究方向移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)運(yùn)維;

盛文婷，甘肅武威人，1983年10月生，碩士，研究方向大數(shù)據(jù)分析;

候雪嬌，新疆木壘縣人，1997年4月生，本科，研究方向?yàn)檐壍澜煌ㄐ盘?hào)與控制。