王曉云+周鵬

摘要：文章首先簡述了模糊聚類分析法的定義，接著剖析了模糊聚類法在我國大壩監(jiān)測資料分析中的實際應(yīng)用，又介紹了模糊聚類法在大壩監(jiān)測資料分析中關(guān)鍵點的預(yù)報擬合，并建立模糊相似關(guān)系，最后提出了大壩監(jiān)測點的優(yōu)化。希望文章可以在一定程度上為相關(guān)的專業(yè)學(xué)者提供參考與借鑒，如有不足之處，還望批評指正。

關(guān)鍵詞：大壩監(jiān)測；資料分析；模糊聚類法；模糊相似關(guān)系；預(yù)報擬合 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TV698 文章編號：1009-2374（2017）07-0071-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.07.033

1 概述

本文對于大壩監(jiān)測資料分析中模糊聚類法的實踐進行探究是順應(yīng)經(jīng)濟與科技發(fā)展的需要，主要應(yīng)用模糊聚類分析法來對地下水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)進行具體的分析，并對其采取適當(dāng)?shù)拇胧┯枰詢?yōu)化，從而達(dá)到較好的聚類效果。要想達(dá)到優(yōu)化水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)的目的，并且擁有較好的細(xì)致度與全面性，就要建立在模糊聚類分析理論基礎(chǔ)之上，然后具體依照各個檢測點的情況，對聚類中心向量的具體距離，再與各個檢測點的具體化學(xué)類型等情況密切結(jié)合，將監(jiān)測點的取舍問題合理解決掉。理論上來說，監(jiān)測的時間與空間分辨率越高，得到的監(jiān)測信息也就越完整，但是要注意的是不要把目光僅僅滯留在追求空間與時間監(jiān)測的高分辨率?？傊瑢Υ髩伪O(jiān)測資料分析中模糊聚類法的實踐進行研究的比較少，可以供相關(guān)的工程師與研究人員參考學(xué)習(xí)。

2 模糊聚類分析法概念

本文探究分析的就是大壩監(jiān)測資料分析中模糊聚類法的實踐，那就要對模糊聚類分析法的概念有一個清晰明確的了解。所謂的模糊聚類分析法指的就是在所研究對象基本特點的基礎(chǔ)之上，具體建造出模糊矩陣，并且在這個前提之下再憑借相關(guān)的隸屬關(guān)系將聚類條件等確定下來，確定的具體方法就是通過模糊數(shù)學(xué)方法，接著就是聚類，聚類還要滿足科學(xué)性、客觀性、精確性的要求。一般而言，開展模糊聚類分析的研究對象，并沒有對模型提供任何分類，而主要是依照樣本的具體特點進行類別劃分，而大壩監(jiān)測資料分析中模糊聚類法的實踐有助于更好地綜合運用模糊聚類分析的方法與多元逐步回歸分析的方法，來更好地處理大壩有關(guān)的資料，從而使得工作效率得以有效的提高，使得大壩的運行情況得以及時的了解。

3 模糊聚類法在大壩監(jiān)測資料分析中的實際應(yīng)用

我國目前大多數(shù)已建和正在建的最高混凝土面板堆石壩。面板作為最主要的防滲體系，對其變形展開監(jiān)測顯得尤為重要，大壩面板堆石壩同時應(yīng)用電解液傾斜儀法與光纖陀螺儀（FOG）法兩種方法監(jiān)測面板變形，其中，光纖陀螺儀監(jiān)測管道鋪設(shè)在面板上最長的0+212斷面，監(jiān)測儀器布置有二期面板、三期面板、常規(guī)測斜儀、光纖陀螺監(jiān)測管道等。光纖陀螺儀是一種基于sagnac效應(yīng)的敏感角速度傳感器，將FOG安裝在運載小車中，小車在監(jiān)測管道中運行，管道發(fā)生變形的時候，F(xiàn)OG能夠測量出角速度，對角速度進行二次積分能夠得出相應(yīng)的線位移，最終得到FOG運行軌跡曲線。

4 關(guān)鍵點的預(yù)報擬合

本文對于大壩監(jiān)測資料分析中模糊聚類法的實踐進行探究，主要使用的就是多元逐步回歸分析對于大壩關(guān)鍵點進行預(yù)報擬合，聚類指的就是把數(shù)據(jù)集分成多個類或者簇，目的就是讓不同類之間數(shù)據(jù)差別應(yīng)盡可能大，類內(nèi)之間的數(shù)據(jù)差別應(yīng)該減少到最小化，遵循的就是“最大化類內(nèi)相似性，最小化類間相似性”原則，一般而言，在開展大壩安全監(jiān)測分析的時候我們主要應(yīng)用多元逐步回歸方法，其的典型特點就是所得結(jié)果的精確度比較的高，這種方法的計算較為方便快捷。關(guān)鍵點的預(yù)報擬合在自變量具體引入的時候，為了使得各個步驟選入回歸方程因子的重要性得以有效的保證，要進行嚴(yán)格的檢驗，刪除方程中不合適的變量，建立統(tǒng)計模型。

5 模糊聚類法用于大壩監(jiān)測資料分析中的步驟

5.1 聚類效果評價

聚類效果評價在大壩監(jiān)測資料分析中有著廣泛的應(yīng)用與普及，聚類效果評價選取不一樣的閥值就會對應(yīng)不一樣的分類，之所以使用基于平均每期各點間的變形允許差的評價方法就是想要達(dá)到更加精準(zhǔn)、科學(xué)、客觀的分類，篩選出最適宜的閥值阿爾法，進而確定最合適的分類。每個監(jiān)測點的變形數(shù)據(jù)可以記為矩陣X，其中x（nxm）（i=1，2，3，…，n；j=1，2，3，…，m）為第I個點的第J期變形量。設(shè)r為對應(yīng)阿爾法值的分類數(shù)，n為第i類樣本包含的點數(shù)，主要的具體計算步驟如下：（1）確定最佳閥值的阿爾法值，即當(dāng)E≤1的時候，以分類數(shù)最小的原則選取阿爾法，采用模糊聚類分析方法對大壩質(zhì)量進行評價，可以確定地下水的污染范圍，為地下水管理提供科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊罁?jù)；（2）計算第s類樣本的聚類中心向量x，這是該類樣本第k期變形的平均值，這有利于有效地降低監(jiān)測工作所產(chǎn)生的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)，從而使得經(jīng)濟效益得以有效保證；（3）進一步確定每期各點變形間的容許差，并且計算出F=maxf，其中，當(dāng)f小于等于的時候，該類中所有樣本聚為一類合理，無論是從實踐的角度還是經(jīng)濟的角度來看，大壩的安全與基礎(chǔ)的穩(wěn)定性密切相關(guān)，作為各類科研工作者及工程技術(shù)人員常用的數(shù)學(xué)方法之一，它已經(jīng)在環(huán)境保護、地質(zhì)勘探、機械工程等領(lǐng)域取得了突破性的進展；（4）最后一個步驟就是計算第i類樣本中第j個樣本到該類聚類中心的距離d及平均距離。

5.2 模糊聚類

采取模糊相似矩陣作聚類分析，一般情況之下，根據(jù)各個監(jiān)測點到對應(yīng)聚類中心向量的歐幾里得距離即利用數(shù)據(jù)來確定待分類對象的模糊相似關(guān)系，通常運用的模糊聚類分析方法包括四種，分別是最大樹法、傳遞閉包法、FCM法以及動態(tài)直接聚類法。通常之所以將R轉(zhuǎn)換為模糊等價關(guān)系矩陣t（R），就是因為用模糊相似矩陣作聚類分析的結(jié)果不夠科學(xué)準(zhǔn)確，并且它只滿足對稱性與自反性，這并不是真正的模糊等價關(guān)系，轉(zhuǎn)換之后再進行動態(tài)聚類，用平均法求t（R），依次計算R、R1、R2、R3、……，給定一個分類情況，可以得到R的阿爾法截集，最終求得該重力壩各測點的分類情況，進而及時掌握大壩的真實運行狀況，促進經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

5.3 建立模糊相似關(guān)系

X=（x1，x2，x3，…，xn）為n個變形監(jiān)測點，每一個監(jiān)測點x有m期變形量。模糊相似矩陣R中相似系數(shù)r表示點的相似程度，根據(jù)相關(guān)系數(shù)矩陣中的基元，對標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)，通過計算相關(guān)系數(shù)求得模糊關(guān)系矩陣R，將具體的聚類對象給明確下來，如果說總共有n個需要進行類型劃分的對象，而且可以確定各個對象都有p個可以量化的具體指標(biāo)，矩陣X稱為原始資料矩陣，這個計算方法各種各樣（例如數(shù)量積法、相關(guān)系數(shù)法、指數(shù)相似系數(shù)法），要嚴(yán)格遵循“實事求是，因地制宜”的原則?？偠灾?，希望相關(guān)的專業(yè)人員將模糊聚類法普及到大壩監(jiān)測資料的分析中去，建立起科學(xué)合理的模糊相似關(guān)系，為同類工程檢測資料分析提供一種新的數(shù)學(xué)模型與理論依據(jù)。

6 工程概況

本文所采取的實例是我國的某一個水電站，這一水電站樞紐主要是由左右岸灌溉引水管、左岸壩后式電站廠房、左右岸混凝土副壩、右岸混凝土重力式溢流壩等所組成，在本工程之中一共具有20個壩段。壩區(qū)出露地層為白堊系河口統(tǒng)紅色巖層，巖性以砂巖、砂質(zhì)礫巖為主。各種的巖層的分布規(guī)律也是逐層、不等的進行分布，層理十分清晰。壩址區(qū)的主要構(gòu)造以垂直升降運動所產(chǎn)生的正段層比較繁多，斷裂構(gòu)造以構(gòu)造裂隙為主，大多沒有填充物或者是有少量未結(jié)膠的鈣質(zhì)、石膏、砂土填充，所以基礎(chǔ)巖體都具有裂縫介質(zhì)的屬性。

7 大壩監(jiān)測點的優(yōu)化

在模糊聚類的基礎(chǔ)之上，接下來要做的就是從整體上綜合考慮各個監(jiān)測點的水化學(xué)類型，選出關(guān)鍵監(jiān)測點，有效地對大壩監(jiān)測資料分析預(yù)報，然后將各個具體監(jiān)測點以及相應(yīng)的中心向量指標(biāo)等的參數(shù)歐幾里德距離d確定下來，逐步引入因子、剔除因子以獲得多元逐步回歸方程，它主要包括的還有具體的檢測指標(biāo)的數(shù)值以及在聚類之中的具體的檢測數(shù)值。在進行相同水化學(xué)類型監(jiān)測點的選取過程之中，應(yīng)該選擇離聚類中心向量距離最近的點，將其當(dāng)作這類的代表點來應(yīng)用，更加充分及時地利用豐富的監(jiān)測信息，得到相應(yīng)的動態(tài)聚類結(jié)果?？傊?，監(jiān)測點的優(yōu)化旨在選擇出科學(xué)的大壩監(jiān)測點，并將其作為水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)優(yōu)化升級之后的監(jiān)

測點。

8 結(jié)語

綜上所述，對大壩開展安全監(jiān)測主要是為了科學(xué)、有效地了解大壩的具體運行情況，清楚地了解各檢測量具體的變化狀況，本文對大壩監(jiān)測資料分析中模糊聚類法的實踐進行探究分析具有重要的現(xiàn)實性意義。監(jiān)測的數(shù)據(jù)量隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展也不斷增大，大壩的檢測點也更加細(xì)致全面，模糊聚類分析法之所以應(yīng)用到大壩監(jiān)測資料分析之中就在于它能夠最大化地提高監(jiān)測資料分析效率，節(jié)省人力及時間，及時地掌握大壩的運行狀況，進一步降低運行成本與資金。希望相關(guān)的專業(yè)人員定期對壩址區(qū)水質(zhì)進行監(jiān)測與分析，對當(dāng)前的地下水質(zhì)量檢測等進行適當(dāng)?shù)男畔⒎答伵c分析，通過創(chuàng)新以及優(yōu)化等方法使得質(zhì)量檢測更具科學(xué)性，從而使得大壩檢測與社會經(jīng)濟的動態(tài)平衡得以更好的

維持。

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作者簡介：王曉云（1973-），男，江蘇昆山人，供職于國網(wǎng)江西省電力公司柘林水電廠，研究方向：大壩安全監(jiān)測方法。

（責(zé)任編輯：蔣建華）