基于小波和时间序列分析的高速铁路沉降预测方法研究

论文摘要

为保障列车运行的平稳、安全和舒适,高速铁路对线下工程的工后沉降与线路平顺性提出了极为严格的要求。目前受岩土工程计算理论及工程地质条件复杂多变性等条件限制,理论计算值与实测值两者之间往往存在较大的偏差。唯一可靠的解决办法就是在铺轨前对不同线下工程进行一定时间范围内的连续变形观测,根据获得的观测数据对工后沉降量开展预测,并以此为基础对线路的平顺性进行分析,评判其是否具备铺设无砟轨道条件。本文以《京沪高速铁路线下工程沉降变形评估》京徐段中三标段的沉降评估工作为背景,在小波降噪和时间序列预报两方面作了一些适用性的探索。针对高速铁路沉降曲线“小量级,大波动”这一特点,本文以向理想沉降曲线中人为加入了波动的沉降曲线为对象,采用数学实验的方式,使用多种小波函数、多种分解层数和不同的阈值及作用方式作了多组对比实验。选出了对高速铁路沉降序列降噪效果比较好的小波函数和阈值计算方式。但分解层数因测点实际情况不同而不同,故不能做出确定的判断。在时间序列预报方面,本文对改进指数平滑模型和求和自回归滑动平均(ARIMA)模型两类方法作了探索。整体上这两种方法能根据现有观测数据,对土体在现有荷载和水文地质条件下的沉降在未来一段时间的发展趋势判断较为准确,可以为沉降评估提供较为可靠的参考依据；最后,结合上述两方面的研究成果,使用MATLAB软件编制了相应方法的GUI计算程序,为后续研究及在实际工作中的推广奠定了一定的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究目的
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 小波分析及应用
• 2.1 小波分析理论概述
• 2.1.1. 一维连续小波变换
• 2.1.2. 一维离散小波变换
• 2.1.3 一维离散小波的重构
• 2.2 小波降噪数学实验
• 2.2.1 实验目的
• 2.2.2 实验思路
• 2.2.3 实验数据
• 2.2.4 实验变量
• 2.2.5 实验结果评价准则
• 2.2.6 实验结果及分析
• 2.3 小波降噪在高速铁路沉降计算中的应用
• 2.3.1 工程概况
• 2.3.2 数据特点及降噪应用
• 2.4 本章小结
• 第3章 时间序列预报
• 3.1 时间序列简介
• 3.1.1 时间序列定义
• 3.1.2 单位根检验
• 3.2 改进指数平滑模型
• 3.1.1 模型介绍
• 3.1.2 建模思路
• 3.1.3 改进指数平滑模型在高速铁路沉降预报中的应用
• 3.3 求和自回归滑动平均（ARIMA）模型
• 3.2.1 模型介绍
• 3.2.2 建模思路
• 3.3.3 ARIMA模型在高速铁路沉降预报中的应用
• 3.4 本章小结
• 第4章 MATLAB程序编制
• 4.1 MATLAB及其GUI图形界面概述
• 4.1.1 MATLAB软件介绍
• 4.1.2 GUI图形界面概述
• 4.2 程序设计及功能
• 4.2.1 程序图形界面
• 4.2.2 程序流程图
• 4.2.3 计算示例
• 4.3 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献