模糊模式识别模型在桥梁工程中的应用.pdf
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1、http:/ -1-模糊模式识别模型在桥梁工程中的应用模糊模式识别模型在桥梁工程中的应用 张阳 辽宁工程技术大学,辽宁阜新(123000)E-mail: 摘摘 要要:运用模糊集合论的基石隶属度、隶属函数的理论,提出了模糊模型识别模型,用于工程上的优选,评价和判断,从而进一步促进模糊集合论在工程技术领域的广泛应用。关键词关键词:桥梁工程;模糊识别模型,隶属度,隶属函数 1.引言引言 模糊数学自 1965 年由美国著名控制论专家 L.A.Zadeh 教授创始以来,其应用的涉及面极为广泛。我国于上世纪 70 年代末开始研究,发展速度相当快,许多专家学者也已经把模糊数学应用到国民经济中的各个领域,并取
2、得了显著的成绩。模糊分析设计是考虑事物、现象、概念在识别划分过程中客观存在着的中介过渡性模糊性,对事物进行分析设计的一种新的设计理论与方法,它有着重要的理论与实际意义。本文根据工程设计,以规范为设计依据的特点,提出用模糊识别模型优选桥梁墩基埋深方案的评价。模糊识别问题是普遍存在的。例如,利用人造地区卫星探测地球时,遥感得到的图像是极其复杂而难于识别的,为了得出有关的地球资料的正确结论,就需要对所得到的图像进行识别。医生在看病时要根据病人的体温、血相以及有关的各方面症状,判定病人患的是什么病,才能对症下药。每一种典型的病都是一个模式,因此医生确诊病人的过程也是一个模式识别的过程。诸如此类的例子还
3、有很多。2.模糊模式识别的概念模糊模式识别的概念 建立在概率论基础上的模式识别方法叫统计模式识别。以模糊数学为基础的模式识别方法称为模糊模式识别2。由于人脑思维的不确定性特征主要是模糊性的,而不是概率性的,所以模糊模式识别理论的发展对人们识别人脑模式识别的机理更有帮助。求解模糊模式识别问题是:已知若干个模式或标准样本,识别与计算研究对象属于各个模式的相对隶属度,计算相对状态(或级别)特征值,识别判断研究对象属于哪一个模式或标准样本。3.隶属度(隶属函数)隶属度(隶属函数)3.1 隶属度(隶属函数)的概念隶属度(隶属函数)的概念 设 U 是论域,u 是 U 中的任一元素,A是 U 的一个模糊子集
4、,A的隶属函数A的定义为1 10|10,)(,:uuUAA (1)3.2 相对隶属度(相对隶属函数)相对隶属度(相对隶属函数)设在该连续统的数轴上建立参考系,使其中的任两个点定为参考系坐标上的两极,赋给http:/ -2-参考系的两极以 0 与 1 的数,并构成参考系0,1数轴上的参考连续统。对任意Uu在参考连续统山个指定了一个书)(uA,称为 u 对A的相对隶属度1 10|10,)(,:uuUAA (2)称为A的相对隶属函数。3.3 指标相对隶属度(隶属函数)公式指标相对隶属度(隶属函数)公式 通常指标分递减型与递增型两类:(1)从 1 级至 c 级指标标准特征值减小;(2)从 1 级变至
5、c 级指标标准特征值增加。第(1)类指标对A的相对隶属度为1=111,1,0iijicijiiciicijicijijyxyxyyyyxyxr (3)第(2)类指标对A的相对隶属度为1=0,10,)()(1,0211hjhjjjbakppmiikijimipihijijjhjddbhasrsrbhahujj或 (7)4.2 两级模糊模式识别模型两级模糊模式识别模型 因为只有两级,显然在模糊模式识别模型(7)式中,。,njbajjL2121=于是样本 j 对 1 级的相对隶属度模型为1 pmipijimipijijrru211)()1(11+=且 =mii11 (8)样本 j 对 2 级的相对隶
6、属度为ju1。当1=p(海明距离)(8)式变为1 211111+=miijijru (9)当2=p(欧式距离)(8)式变为1=+=miijimiijijrru1212)()1(11 (10)5.两级模糊模式识别模型的应用实例两级模糊模式识别模型的应用实例 例.优选桥梁墩基埋深设计方案 某铁路桥梁工程的墩基地层情况如下:砂粘土1.8m,中密中砂2.2m,软粘土2.5m;砂夹卵石,很厚.各层地基土的基本容许承载里分别为 400、600、350、950kPa。该地冻结线深度mhf8.0=,河床净冲刷深度mHs0.1=,根据施工及技术条件确定的容易埋深深度mhe0.2=,困难埋深深度mhd0.8=。h
7、ttp:/ -4-考虑 6 项评价指标:(1)保证持力层稳定及不受扰动1c;(2)保证建筑物不受季节冻胀的影响2c;(3)保证基础在河流水流冲刷作用下稳定3c;(4)基底地基土容许承载力满足强度要求4c;(5)考虑施工难易程度对基础埋深的影响5c;(6)考虑基础造价的影响6c。根据上述基本资料,考虑 5 个埋深方案:(1)1.8m;(2)3.0m;(3)4.0m;(4)6.5m;(5)7.0m,优选设计埋深方案。为了保持持力层稳定及不受扰动,铁路工程技术规范中规定桥梁墩台基础埋深“应在地面以下不小于 1m”。故评价指标(1)的特征值下限应按规范规定取为 1.0m,即my0.112=。特征值上限
8、规范未作规定,根据当地的实际情况,取为施工及技术条件去顶的困难埋深深度8.0m,即my0.811=。根据式(3)计算指标(1)各个方案的指标相对隶属度向量为)857.0,786.0,429.0,286.0,114.0(1=r 为了不受季节冻胀的影响,评价指标(2)的特征值下限22y应为工程地点季节冻结深度 1.0m 与规定的基底应埋置在冻结线以下深度 0.25 之和,故取my25.122=。特征值上限并无规定,去困难埋深深度dh。评价指标(2)按式(3)计算得到各个方案的指标相对隶属度向量为)852.0,778.0,407.0,259.0,081.0(2=r 为了保证基础在河流水流冲刷作用下的
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- 模糊 模式识别 模型 桥梁工程 中的 应用
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