基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其改進(jìn)算法的基坑變形預(yù)測(cè)研究

基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其改進(jìn)算法的基坑變形預(yù)測(cè)研究基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其改進(jìn)算法的基坑變形預(yù)測(cè)研究

摘要：基坑變形對(duì)地下工程安全具有重要影響，為了準(zhǔn)確預(yù)測(cè)基坑變形，本文基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其改進(jìn)算法進(jìn)行了研究。首先，利用傳統(tǒng)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了基坑變形預(yù)測(cè)模型。然后，針對(duì)傳統(tǒng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練速度慢以及易陷入局部極小值的問題，提出了改進(jìn)算法。最后，通過仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)比了傳統(tǒng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和改進(jìn)算法的預(yù)測(cè)精度。

1.引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，地下空間的利用越來越廣泛，基坑工程的數(shù)量也大幅增加。然而，基坑變形是地下工程施工過程中面臨的一個(gè)嚴(yán)重問題?；幼冃尾粌H會(huì)導(dǎo)致周圍建筑物的損壞，還會(huì)危及施工人員的生命安全。因此，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)基坑變形對(duì)于地下工程的安全至關(guān)重要。

2.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種有監(jiān)督學(xué)習(xí)的前饋式人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過模仿人腦神經(jīng)系統(tǒng)的工作原理，通過不斷調(diào)整權(quán)值和偏置，從而達(dá)到學(xué)習(xí)的目的。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有非線性映射能力和逼近任意函數(shù)的能力，因此被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

3.基坑變形的預(yù)測(cè)模型

基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基坑變形預(yù)測(cè)模型首先需要對(duì)輸入層和輸出層進(jìn)行設(shè)計(jì)。輸入層可以選擇與基坑變形相關(guān)的因素，如周圍土體的參數(shù)、施工方式等。輸出層選擇基坑變形的指標(biāo)，如基坑邊坡的位移、周邊土體的沉降等。然后選擇適當(dāng)?shù)碾[層神經(jīng)元個(gè)數(shù)，搭建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。根據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)，通過不斷調(diào)整BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和偏置來達(dá)到預(yù)測(cè)基坑變形的目的。

4.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)算法

傳統(tǒng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有訓(xùn)練速度慢以及易陷入局部極小值的問題。為了解決這些問題，本文提出了一種改進(jìn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。在訓(xùn)練過程中，采用了動(dòng)態(tài)調(diào)整學(xué)習(xí)率的方法，隨著迭代次數(shù)的增加，逐漸減小學(xué)習(xí)率，從而加快了訓(xùn)練速度。同時(shí)，引入了動(dòng)量因子的概念，通過給權(quán)值增加一個(gè)動(dòng)量來防止神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)陷入局部極小值。通過實(shí)驗(yàn)比較，證明了改進(jìn)算法的有效性。

5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本文通過對(duì)比傳統(tǒng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和改進(jìn)算法在基坑變形預(yù)測(cè)中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)算法具有更快的訓(xùn)練速度和更好的預(yù)測(cè)精度。改進(jìn)算法能夠更快地收斂到全局最優(yōu)解，并且在預(yù)測(cè)結(jié)果上有更小的誤差。因此，改進(jìn)算法在基坑變形預(yù)測(cè)中具有更好的應(yīng)用前景。

6.結(jié)論

本文基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其改進(jìn)算法對(duì)基坑變形進(jìn)行了預(yù)測(cè)研究。通過實(shí)驗(yàn)證明，改進(jìn)算法具有更快的訓(xùn)練速度和更好的預(yù)測(cè)精度，對(duì)于基坑變形的預(yù)測(cè)具有較高的準(zhǔn)確性。隨著大數(shù)據(jù)和人工智能的不斷發(fā)展，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基坑變形預(yù)測(cè)將在地下工程安全領(lǐng)域中發(fā)揮越來越重要的作用綜上所述，本文通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其改進(jìn)算法對(duì)基坑變形進(jìn)行了預(yù)測(cè)研究。改進(jìn)算法在訓(xùn)練過程中采用了動(dòng)態(tài)調(diào)整學(xué)習(xí)率的方法，加快了訓(xùn)練速度，并引入了動(dòng)量因子來防止神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)陷入局部極小值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)算法具有更快的訓(xùn)練速度和更好的預(yù)測(cè)精度，能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)基坑變形。隨著大數(shù)據(jù)和人工智能的發(fā)展，