２ 实验过程 该方法基于以下假设： Ｈ１． 可以在一组机械设备运行特征和所得到的故障率结果之间 建立映射。 Ｈ２． 一个基于特征的故障预测并维护策略可以在耗用合理的资 源的同时表现出令人满意的结果。 Ｈ３． 用已有的运行状态数据和故障率作为历史数据对系统进行 训练之后，系统可以高正确率的预测未来的故障情况。 只要这上述假设是正确的，就可以用机械设备运行状态特征 与故障率的历史映射数据对系统进行训练，其后则可以对一个正 在运行的机械设备故障率进行预测。 ２．１ 数据来源 以某厂的机床为例，使用该厂的机床故障情况作为数据源。 数据源包括 ５０ 种型号的机床的数据。数据被分为两部分，前 ４５ 组作为训练数据集，后 ５ 组作为验证数据集。 ２．２ 特征 对于机床，可能影响其故障率的运行特征可分为 ６ 类：机床 品牌因素、性能参数因素、功能因素、环境因素、操作人员经验 因素、异常情况因素。针对以上 ６ 类特征，选出所有能找到的特
科学时代·２０１５ 年第 ０２ 期 61
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坡变形特征；抗滑桩内力监测通常使用钢筋计监测较为典型的剖 面上抗滑桩内部主钢筋应力变化状态，获取钢筋普遍受力状态， 针对抗滑桩一般受力情形实施合理计算，进而深入了解滑坡变形 特征。
２．４ 深部变形监测 实施深部变形监测可充分了解滑坡内部变化状况，将滑坡滑 动面对应位置及数量、变形量有效确定下来，此类方式较为理想。 深部位移不但能够在勘探的过程中布置，而且能够在方案订立的 过程中布置，主要是结合实际情况设定。滑坡深部位移监测方式 主要包含了以下几种：钻孔测斜仪监测、时域反射计监测等。选 择时域反射计的时候，需要对剪切集中有充分了解。基于长远的 观测角度分析，应该选择一种在后期能够改造成全自动的观测运 行体系，方便在必要的情况下开展全自动测量工作。而且使用时 域反射计的资金成本更低，适合经济发展的各种合理性要求。 ３． 某滑坡变形监测资料分析 研究表明，三峡水库沿岸地区实际地形地貌条件甚为复杂， 同时分布有较多滑坡体，从三峡大坝完成一百三十五米蓄水以来， 对于三峡库区地质灾害防治而言，滑坡监测预警可谓是其重点工 作。为此必须积极采取有效措施，充分应用库区海量监测数据， 尽可能为滑坡预警提供正确的宏观决策。在此选择 ＧＰＳ 监测位移 以及库水位高程、降雨量三个因子针对所得数据资料实施定性化 处理，选用的处理方法为两步聚类法，在大型数据聚类研究进程 当中，此种算法相对较为适用，由此可见，针对三峡库区大量滑 坡变形资料数据信息进行监测的时候使用此种算法甚为适用。本 文利用关联规则技术对定性化后的滑坡变形数据进行处理，采取 的算法为 Ａｐｒｉｏｒｉ。 ３．１ 实例滑坡概况 所选取实例滑坡位于长江南岸岸坡位置，下方距离三峡大坝 坝址约有四十七公里。该滑坡属于古崩滑堆积体，整体呈现出南 北方向分布，向北倾斜，坡度大小在二十度至三十度范围内。滑 坡处于三叠系巴东组泥岩、粉砂岩夹泥灰岩组成的逆层向斜坡地 段，地层产状倾向为一百二十度至一百七十三度，具体的倾角范 围是 ０°～ ３８° 。河流阶地沉积、冲洪积的粉质黏土以及碎石土 夹块等共同组成滑体物质，堆积层和基岩接触带是滑带，粉质黏 土以及碎石黏土是其主要成分。滑体基本呈现出相对较为明显的 圈椅状形态，滑体南北纵向长约八百米，东西宽约七百米，面积 约为 ５５×１０４ 平方米，厚约 ３０ 至 ７０ 米，平均厚约 ５０ 米，总体积 约 ２７５０×１０４ 立方米。观察滑坡实况可知，其东侧以及中部位置 存在有相对较大的变形，可谓是主要的滑坡区域，整个面积大约 是 ３５×１０４ 平方米，总体积大概是 １５７５×１０４ 立方米。 ３．２ 滑坡变形监测 针对该实例滑坡变形实施监测所选用的方法主要为 ＧＰＳ 地表 位移监测和宏观地质巡查两种类型。
库水位升降 ＝ 缓慢上升和月最大降雨量范围（ｍｍ）＝１ ～ １９
库水位升降 ＝ 缓慢下降和月最大降雨量范围（ｍｍ）＝１９ ～ ４２
库水位升降 ＝ 缓慢下降和月降雨量范围（ｍｍ）＝４２ ～ １１２ 月降雨量范围（ｍｍ）＝２ ～ ４５ 和库水位高程范围（ｍ） ＝１４１．２ ～ １５７．２
月最大降雨量范围（ｍｍ）＝１ ～ １９ 和月降雨量范围（ｍｍ） ＝４２ ～ １１２
Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｉｍｅｓ
科学时代
规则编号 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９
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１５
１６ １７ １８ １９ ２０ ２１ ２２ ２３ ２４ ２５
后项 变形 ＝ 缓慢蠕动 变形 ＝ 缓慢蠕动 变形 ＝ 缓慢蠕动 变形 ＝ 缓慢蠕动 变形 ＝ 缓慢蠕动 变形 ＝ 缓慢蠕动 变形 ＝ 缓慢蠕动 变形 ＝ 缓慢蠕动 变形 ＝ 缓慢蠕动
滑坡监测点变形情况关联规则
前项
库水位升降 ＝ 快速上升和库水位高程范围（ｍ）＝１５７．２ ～ １７３．５
库水位升降 ＝ 快速上升ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ月最大降雨量范围（ｍｍ）＝１ ～ １９
库水位升降 ＝ 缓慢上升和月降雨量范围（ｍｍ）＝２ ～ ４５ 库水位升降 ＝ 缓慢上升和月降雨量范围（ｍｍ）＝２ ～ ４５ 月最大
降雨量范围（ｍｍ）＝１ ～ １９ 库水位升降 ＝ 快速上升
监测点累计位移曲线图 如上图可以知道，ＺＧ８９ 以及 ＺＧ９０ 这两个处在滑坡主滑区 域 之 外 的 ＧＰＳ 监 测 点 累 计 位 移 仅 仅 分 别 是 五 百 三 十 五 毫 米 及 二百四十六毫米，不存在有相对较为明显的突变状况，表明其呈 现出缓慢蠕变的状态；相较于滑坡东部其他位置 ＧＰＳ 监测点累计 位移而言，在滑坡东侧位置后缘部位的监测点 ＺＧ８７ 所形成的累计 位移比较小些，表明滑坡东部方位有着甚为明显的牵引式滑动； ＺＧ８８ 以及 ＳＰ—６、ＳＰ—２ 这三个监测点在滑坡的中部位置，其位 移变化整体呈现出较为相似的特点特征，由此可见，滑坡中部位 置变形特征是整体滑动。 ３．３ 分析影响因素
３ 实验结果和讨论 对神经网络进行训练，使解释变量（特征）与因变量（故障 概率数据集）产生相应的关联。作为停止条件的最小梯度，在迭 代 ２０ 次之后达到了。 以相对误差对预测准确率进行评估。结果，测试集内的 ５ 种 机床预测结果和真实结果之间的相对误差都在 １５．３％ 以内，最小 达到了 １．６％。这证明该系统提供的故障预测是较为准确的。有了 预测结果，就可以在发生故障几率较大时，发出警报。相关人员 就可以对机床进行及时的维护，保障设备稳定、流畅的运行。 ４ 结论 传统的机械设备维护方法费时、费力且效率不高，既耗费了 大量的时间成本，往往又不能及时发现设备故障。一种依据特征 基于神经网络算法的故障预测系统可以较为准确地预测机械设备 将要发生故障的概率，但是很难发现哪些运行特征对设备将要发 生故障的概率。因此，我们还应该在特征选择方面纳入更先进的 数据筛选技术，从而提高该项研究的准确性。 参考文献 ： ［１］ 张梅军，陈灏，曹勤，等 ． ＥＭＤ 分解、分形理论和 ＲＢＦ 神 经网络相结合的轴承智能故障诊断研究 ［Ｊ］． 机械，２０１２（１１）．
征。之后，找出类似或极其相关的特征并只保留其中一个。这样， 最终选取了 １２０ 个有代表性的机械设备运行特征。
２．３ 系统训练 神经网络模型在达到最优效果前，要不断的改变网络体系结 构。系统对单隐藏层和双隐藏层都进行了测试。所选的神经网络 有 １２０ 个输入层，一个含有 １２ 个隐藏节点的隐含层和一个单一的 输出，可以记作 １２０／１２／１ 网络。 为了加快网络的学习进程，通过简单的线，性缩放（如式（１） 所示）将输入进行归一化到区间 ［０，１］。其中 ｘ 和 ｙ 分别是表示归 一化之前和归一化之后的数据值。ｘｍａｘ 和 ｘｍｉｎ 分别是所有数据中的 最大和最小值。ｙｍｉｎ 和 ｙｍａｘ 定义标准化。
变形 ＝ 缓慢蠕动
变形 ＝ 缓慢蠕动 变形 ＝ 缓慢蠕动 变形 ＝ 缓慢蠕动 变形 ＝ 缓慢蠕动
变形 ＝ 缓慢蠕动
变形 ＝ 加速变形 变形 ＝ 加速变形 变形 ＝ 加速变形 变形 ＝ 加速变形 变形 ＝ 加速变形 变形 ＝ 匀速变形 变形 ＝ 匀速变形 变形 ＝ 匀速变形 变形 ＝ 匀速变形 变形 ＝ 匀速变形
的闭合张开状况实施观察测量，在获取滑坡体相对位移资料的同 时，采取措施针对大面积范围内滑坡进行合理化控制。
２．２ 宏观地质调查 若存在有较为明显的滑坡变化，则可在该地段进行固定点的 合理设置，专业人员需就监测现场各个监测点实际情况实施定时 监测，定期采用调查路线穿越形式，基于整体的角度出发针对滑 坡状态进行掌握。 ２．３ 抗滑桩及预应力锚索内力监测 为充分获取滑坡内部受力状况，必要时需采取抗滑桩极预应 力锚索监测措施。具体来说，预应力锚索监测通常使用锚索计监 测锚索锚固力变化状态，通过获取锚索拉伸力以及张力、预应力 等相关工作参数，实际了解锚索具体工作情形，进而深入掌握滑
在该实例滑坡主滑区域范围一共设置有七个 ＧＰＳ 监测点， 包 括 ＳＰ－１、ＳＰ－２、ＳＰ－６、ＺＧ８５、ＺＧ８６、ＺＧ８７ 和 ＺＧ８８。 此 后 因 为滑坡变形愈发严重，进而在 ０７ 年 ８ 月份增加并设置 ＳＰ－６ 这一 新的监测点。在整个滑坡主滑区域内各个监测点均有分布，可针 对滑坡实际变形特点基本实施反映。除此之外，并将 ＺＧ８９ 以及 ＺＧ９０ 这两个 ＧＰＳ 监测点设置于主滑区域之外影响区域之内位置 处。
月最大降雨量等级划分
库水升降速率等级划分
ＧＰＳ 监测点分布图 62 科学时代·２０１５ 年第 ０２ 期
近几年来，伴随着库水位的上升或者是下降，该滑坡呈现出 周期性变化趋势，在 １５５ 米蓄水首年，滑坡变形剧烈；在 １７５ 米 蓄水首年，滑坡又一次发生较为剧烈的变形。这主要是因为该滑 坡滑体物质自身渗透性很差，一旦水库进行蓄水，其中水分会缓 慢渗入坡体中，滑坡体地下水位跟库水位有着一定负落差，导致 坡体被反压，对于坡体稳定是比较有利的；当三峡水库退水的时候， 地下水会向水库进行排水，加之坡体渗透性较差，排水趋于过缓， 库水位跟地下水位形成正落差，滑坡稳定受到消极影响。可知，
月降雨量范围（ｍｍ）＝２ ～ ４５ 和月最大降雨量范围 （ｍｍ）＝１ ～ １９ 库水位高程范围 （ｍ）＝１４１．２ ～ １５７．２