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1、水工建筑物安全監(jiān)控理論,水工建筑物安全監(jiān)控定義,水工建筑物安全監(jiān)控理論是以水利水電工程建設(shè)和運(yùn)行中發(fā)生的各種可能危害、事故為主要研究對象，以工程特征信息為基礎(chǔ)，總結(jié)、分析已發(fā)生危害事件或事故的經(jīng)驗，綜合運(yùn)用自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)和管理科學(xué)等方面的有關(guān)知識，識別和預(yù)測建設(shè)、運(yùn)行活動中存在的不安全因素，并采取有效的控制措施防止危害、事故發(fā)生的科學(xué)技術(shù)知識體系。,水工建筑物安全監(jiān)控理論的基本內(nèi)容是根據(jù)各種危害、事故發(fā)生機(jī)理的認(rèn)識，應(yīng)用系統(tǒng)工程的原理和方法，在規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運(yùn)行直到廢除的整個壽命過程中，實(shí)施預(yù)測、分析、評價其中存在的各種不安全因素，判斷工程安全程度，根據(jù)有關(guān)法規(guī)，綜合運(yùn)用各種安全技術(shù)措2、施和組織織管理措施、消除和控制危險因素，提出安全對策建議，為工程安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)。,水工建筑物安全監(jiān)控的基本內(nèi)容,水工建筑物安全監(jiān)控,水工建筑物安全監(jiān)控,我國現(xiàn)行安全管理體制,企業(yè)負(fù)責(zé)、行業(yè)管理、國家監(jiān)察、群眾監(jiān)督,安全生產(chǎn)基本方針：,安全第一、預(yù)防為主、綜合治理,水工建筑物安全監(jiān)控相關(guān)法規(guī)：,大壩安全監(jiān)測工程驗收規(guī)范混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范DLT5178-2003水電廠大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)實(shí)用化驗收細(xì)則水工建筑物強(qiáng)震動安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范水庫大壩安全評價導(dǎo)則Sl258-1水閘安全鑒定規(guī)定土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范SL60-94土石壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)程SL169-96其它相關(guān)設(shè)計規(guī)范和國家3、法律法規(guī),安全評價方法,（1）按評價結(jié)果的量化程度分類法 定性直觀、經(jīng)驗（如巡查、檢測、運(yùn)行情況）,安全評價方法的分類,定量資料統(tǒng)計分析獲得的指標(biāo)或規(guī)律(數(shù)學(xué)模型）對水工建筑物的狀況進(jìn)行定量的計算，安全評價的結(jié)果是一些定量的指標(biāo)，如事故發(fā)生的概率、事故的危害(或破壞)范圍、定量的危險性、事故致因因素的事故關(guān)聯(lián)度或重要度等。按照安全評價給出的定量結(jié)果的類別不同，定量安全評價方法還可以分為概率風(fēng)險評價法、危害(或破壞)范圍評價法和危險指數(shù)評價法。,概率風(fēng)險評價法,根據(jù)安全影響因素的事故發(fā)生概率，應(yīng)用概率分析方法，求取安全影響因素的關(guān)聯(lián)度(或重要度)或整個評價系統(tǒng)的事故發(fā)生概率的安全評價方法。故障類4、型及影響分析、故障樹分析、邏輯樹分析、概率理論分析、馬爾可夫模型分析、模糊矩陣法、統(tǒng)計圖表分析法等都可以用安全影響因素的事故發(fā)生概率來計算整個評價系統(tǒng)的事故發(fā)生概率。,歸納推理評價法是從事故原因推論結(jié)果的評價方法，即從最基本危險、有害因素開始，逐漸分析導(dǎo)致事故發(fā)生的直接因素，最終分析得出可能的事故。演繹推理評價法是從結(jié)果推論原因的評價方法，即從事故開始，推論導(dǎo)致事故發(fā)生的直接因素，再分析與直接因素相關(guān)的之間因素，最終分析和查找出致使事故發(fā)生的最基本危險、有害因素。,（2）按評價的推理過程分類法 分為歸納推理評價法和演繹推理評價法。,（3）按安全評價要達(dá)到的目的分類法,可分為影響因素安全評價方法5、危險性分級安全評價方法和事故后果安全評價方法。,影響因素安全評價方法是采用邏輯推理的方法由事故推論最基本影響因素或由最基本影響因素推論事故的評價法，該類方法適用于識別系統(tǒng)的危險、有害因素和分析事故，這類方法一般屬于定性安全評價法。危險性分級安全評價方法是通過定性或定量分析給出系統(tǒng)危險性的安全評價方法，該類方法適應(yīng)于系統(tǒng)的危險性分級，該類方法可以是定性安全評價法，也可以是定量安全評價法。事故后果安全評價方法可以直接給出定量的事故后果，給出的事故后果可以是系統(tǒng)事故發(fā)生的概率、事故的傷害(或破壞)范圍、事故的損失或定量的系統(tǒng)危險性等。,安全評價方法選擇,(1)充分性原則 充分了解工程特點(diǎn)和可用的評6、價方法，準(zhǔn)備好充分資料,(2)適應(yīng)性原則 資料、方法、手段,(3)系統(tǒng)性原則真實(shí)、合理、系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),(4)針對性原則工程特點(diǎn)，提供所需結(jié)果,安全評價方法的選擇過程,生產(chǎn),監(jiān)測資料分析的統(tǒng)計學(xué)方法,統(tǒng)計學(xué)基本方法,大量觀察法、綜合指標(biāo)法、統(tǒng)計分組法、統(tǒng)計推斷法和統(tǒng)計模型法等。,統(tǒng)計模型法：,將客觀信息的統(tǒng)計資料配合適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)表達(dá)式，反映現(xiàn)象間數(shù)量關(guān)系和數(shù)量特征的方法。,描述因變量 y 如何依賴于自變量 x 和誤差項 的方程稱為回歸模型一元線性回歸模型可表示為 y=a+b x+y 是 x 的線性函數(shù)(部分)加上誤差項線性部分反映了由于 x 的變化而引起的 y 的變化誤差項 是隨機(jī)變量反映了除 7、x 和 y 之間的線性關(guān)系之外的隨機(jī)因素對 y 的影響是不能由 x 和 y 之間的線性關(guān)系所解釋的變異性a 和 b 稱為模型的參數(shù),誤差項是一個服從正態(tài)分布的隨機(jī)變量，且相互獨(dú)立；N(0,2),相關(guān)分析和回歸分析,做出散點(diǎn)圖考察數(shù)據(jù)的分布進(jìn)行直線回歸分析殘差分析強(qiáng)影響點(diǎn)的診斷及多重共線性的判斷 要注意自變量和效應(yīng)量的內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律！,相關(guān)分析和回歸分析,散點(diǎn)圖相關(guān)關(guān)系,散點(diǎn)圖相關(guān)關(guān)系,散點(diǎn)圖一元回歸分析,一元線性回歸方程,（一）特點(diǎn) 資料估計a、b（1）y主要受x影響，還有其它因素影響；（2）與一元方程不同，是矛盾方程組。（二）參數(shù)估計 最小二乘法、最大似然法（三）一元回歸方程的特點(diǎn),判定系數(shù) 8、r2,判定系數(shù) r2,提出假設(shè)H0:b1=0(沒有線性關(guān)系)H1:b1 0(有線性關(guān)系)計算檢驗的統(tǒng)計量,3.確定顯著性水平，并進(jìn)行決策 tt，拒絕H0；tt，不拒絕H0,回歸系數(shù),根據(jù)自變量 x 的取值估計或預(yù)測因變量 y的取值估計或預(yù)測的類型點(diǎn)估計y 的平均值的點(diǎn)估計y 的個別值的點(diǎn)估計區(qū)間估計y 的平均值的置信區(qū)間估計y 的個別值的預(yù)測區(qū)間估計,預(yù)測,預(yù)測,利用估計的回歸方程，對于自變量 x 的一個給定值 x0，求出因變量 y 的平均值的一個估計值E(y0)，就是平均值的點(diǎn)估計。,利用估計的回歸方程，對于自變量 x 的一個給定值 x0，求出因變量 y 的一個個別值的估計值，就是個別值的點(diǎn)9、估計。,因變量的觀測值與根據(jù)估計的回歸方程求出的預(yù)測值之差，用e表示反映了用估計的回歸方程去預(yù)測而引起的誤差 確定有關(guān)誤差項的假定是否成立 檢測有影響的觀測值,殘差分析,表示殘差的圖形關(guān)于x的殘差圖關(guān)于y的殘差圖標(biāo)準(zhǔn)化殘差圖用于判斷誤差的假定是否成立 檢測有影響的觀測值,殘差分析,殘差分析,如果某一個點(diǎn)與其他點(diǎn)所呈現(xiàn)的趨勢不相吻合，這個點(diǎn)就有可能是異常點(diǎn)，或稱為野點(diǎn)如果異常值是一個錯誤的數(shù)據(jù)，比如記錄錯誤造成的，應(yīng)該修正該數(shù)據(jù)，以便改善回歸的效果如果是由于模型的假定不合理，使得標(biāo)準(zhǔn)化殘差偏大，應(yīng)該考慮采用其他形式的模型，比如非線性模型如果完全是由于隨機(jī)因素而造成的異常值，則應(yīng)該保留該數(shù)據(jù)在處理10、異常值時，若一個異常值是一個有效的觀測值，不應(yīng)輕易地將其從數(shù)據(jù)集中予以剔除,殘差分析,一個因變量與兩個及兩個以上自變量的回歸描述因變量 y 如何依賴于自變量 x1，x2，xp 和誤差項 的方程，稱為多元回歸模型涉及 p 個自變量的多元回歸模型可表示為,b0，b1，b2，bp是參數(shù) 是被稱為誤差項的隨機(jī)變量 y 是x1,，x2，xp 的線性函數(shù)加上誤差項 包含在y里面但不能被p個自變量的線性關(guān)系所解釋的變異性,多元回歸模型,誤差項是一個期望值為0的隨機(jī)變量，即E()=0對于自變量x1，x2，xp的所有值，的方差2都相同誤差項是一個服從正態(tài)分布的隨機(jī)變量，即N(0,2)，且相互獨(dú)立,多元回歸模型,11、多元回歸模型,某大壩運(yùn)行后獲得了變形和應(yīng)力等實(shí)測資料，為弄清楚變形和應(yīng)力變化規(guī)律形成的原因，抽取在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行相對穩(wěn)定時段的大壩變形和應(yīng)力實(shí)測資料數(shù)據(jù)。試建立大壩變形或應(yīng)力與水位(H)、溫度(T)、時間(t)的線性回歸方程，并解釋各回歸系數(shù)的含義。,多元回歸模型,回歸平方和占總平方和的比例計算公式為因變量取值的變差中，能被估計的多元回歸方程所解釋的比例,多重判定系數(shù),用樣本容量n和自變量的個數(shù)p去修正R2得到 計算公式為避免增加自變量而高估 R2意義與 R2類似數(shù)值小于R2,調(diào)整后的判定系數(shù),1.提出假設(shè)H0：12p=0 線性關(guān)系不顯著H1：1，2，p 至少有一個不等于0,2.計算檢驗統(tǒng)計量F,12、3.確定顯著性水平和分子自由度p、分母自由度n-p-1找出臨界值F 4.作出決策：若FF，拒絕H0,線性相關(guān)？,提出假設(shè)H0：bi=0(自變量 xi 與 因變量 y 沒有線性關(guān)系)H1：bi 0(自變量 xi 與 因變量 y有線性關(guān)系)計算檢驗的統(tǒng)計量 t,3.確定顯著性水平，并進(jìn)行決策 tt，拒絕H0；tt，不拒絕H0,單個系數(shù)檢驗,回歸模型中兩個或兩個以上的自變量彼此相關(guān)多重共線性帶來的問題有 可能會使回歸的結(jié)果造成混亂，甚至?xí)逊治鲆肫缤?可能對參數(shù)估計值的正負(fù)號產(chǎn)生影響，特別是各回歸系數(shù)的正負(fù)號有可能同預(yù)期的正負(fù)號相反。如水位升高對大壩變形和應(yīng)力的影響如何檢驗是否存在多重共線性?目前13、常用的有方差擴(kuò)大因子法和特征根判定法。下面簡單介紹方差擴(kuò)大因子(VIF)法。,多重共線性,當(dāng)發(fā)現(xiàn)自變量存在嚴(yán)重的多重共線性時，可以通過剔除一些不重要的自變量、增大樣本容量、對回歸系數(shù)做有偏估計(如采用嶺回歸法、主成分法、偏最小二乘法等)等方法來克服多重共線性。,標(biāo)準(zhǔn)化后的回歸系數(shù)與沒有標(biāo)準(zhǔn)化方程的回歸系數(shù)的關(guān)系,自變量選擇原則,預(yù)測平方和(Prediction Sum of Squares)準(zhǔn)則:對于給定的某p個自變量X1，X2，Xp，在樣本數(shù)據(jù)中刪除第i組觀測值(Xi1，Xi2，Xip;Yi)后利用這p個自變量和Y的其余n-1組觀測值建立線性回歸方程，并利用所得的回歸方程對Yi做預(yù)測，若記此預(yù)測值為，則預(yù)測誤差為,達(dá)到或接近最小的回歸方程作為最優(yōu)回歸方程,準(zhǔn)則4(AIC準(zhǔn)則)赤池信息量達(dá)到最小日本統(tǒng)計學(xué)家赤池(Akaike)提出,稱它為Akaike Information Criterion 簡稱AIC。,