本项发明属于滑坡涌浪预测和数据驱动技术领域,介绍了一种利用门控循环单元(GRU)的滑坡涌浪高度预测技术与系统。该技术通过收集滑坡涌浪区域的大比尺物理模型试验数据,并结合特定的数据处理流程,实现了对滑坡涌浪高度的准确预测。
背景技术
在滑坡涌浪灾害防控领域,滑坡过程中的土体、岩体运动是一个复杂的动力学过程,导致地形地貌的迅速改变,进而在滑坡区域或其下游的水体中引发涌浪,这种涌浪高度的准确预测对于滑坡灾害的预警和防控具有重要意义;随着深度学习技术的发展,门控循环单元(GRU)作为一种有效的时间序列数据处理方法,在滑坡涌浪高度预测中展现了广阔的应用前景,GRU能够捕捉滑坡过程中的时间序列特征,通过学习历史滑坡数据的规律,对滑坡引发的涌浪高度进行准确预测;与传统方法相比,基于GRU的滑坡涌浪高度预测方法具有以下优势:首先,GRU模型能够有效处理长时间依赖关系,捕捉滑坡过程中的动态变化特征;其次,GRU结合实测试验数据进行训练,能够更好地反映滑坡过程的物理特性,提高模型的预测精度;第三,GRU模型能够自动学习并优化参数,避免了传统方法中参数过拟合的问题。
现有技术一,中国专利,申请号202410069549.X公开了一种滑坡涌浪近远场传播演化耦合方法及系统,其中方法步骤包括:采用颗粒离散元和光滑粒子流体动力学模拟散粒体滑坡的近场运动;将模拟的近场运动作为初始边界条件,计算散粒体滑坡的远场运动;基于拖曳力和浮力,完成散粒体滑坡在运动及入水过程中的近远场传播演化。虽然通过对重点区域精细的数值模拟,能够更准确地预测滑坡涌浪的传播路径、速度和影响范围,也可以详细的考虑地形和地质、水文条件等,提升滑坡涌浪模拟真实性,通过模拟不同情景,可以评估滑坡涌浪可能对沿岸结构、居民区和关键基础设施的潜在影响为救援和规划提供危险性分析。但是其方法本身缺乏对力学理论的结合,容易导致参数过拟合甚至出现无物理意义的参数,难以对滑坡涌浪过程及进行相关风险防控分析。
现有技术二,中国专利,申请号202410014296.6公开了一种水域滑坡诱发涌浪类型判断及浪高预测方法,包括建立岸坡坡体失稳的动力学模型,获得滑坡体速度u(t)和滑坡体位移s(t)过程,计算无量纲参数Fr和Sz,判别涌浪波类型,调用振荡波/单波公式计算对应波型的浪高Am。虽然通过对滑坡涌浪波分类判别,并针对不同涌浪波提出浪高预测方法,为相关防灾与减灾措施的确定及应急预案的制定提供可靠的技术支撑。但是主要依赖于数值模拟或现场监测数据,存在对动态参数的校准及其不确定性处理不足的问题。
现有技术三,中国专利,申请号202311122865.0公开了一种随机采样的涌浪超越概率计算方法,包括:根据目标区域,分析目标区域的滑坡参数取值范围,对构建数值模型所需的滑坡输入参数进行处理,生成随机变量,根据随机变量,进行拉丁超立方采样,生成随机样本,将随机样本输入至数值模型中,提取随机变量对应的涌浪传播高度,根据目标区域的受灾体,确定涌浪传播高度阈值,计算涌浪传播高度超过涌浪传播高度阈值的超越概率。虽然通过对选取的随机变量进行拉丁超立方采样,生成随机样本,再通过模型对随机样本进行处理,从而计算出涌浪传播距离超越阈值高度的超越概率,量化滑坡输入参数的不确定性,提高滑坡-涌浪灾害预测的准确性。但是其方法受限于诸多的假设和边界条件处理,不能够反映滑坡涌浪的真实情况。
目前,现有技术一、现有技术二及现有技术三存在方法本身缺乏对力学理论的结合,容易导致参数过拟合甚至出现无物理意义的参数,难以对滑坡涌浪过程及进行相关风险防控分析,主要依赖于数值模拟或现场监测数据,存在对动态参数的校准及其不确定性处理不足,受限于诸多的假设和边界条件处理,不能够反映滑坡涌浪的真实情况的问题。因此,本发明提出了一种基于GRU的滑坡涌浪高度预测方法,结合实测试验数据和深度学习算法,显著提升了预测的准确性和可靠性,为滑坡涌浪灾害链的风险防控提供了更为有效的技术支持。
实现思路