李鵬飛

摘 要：隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與飛速發(fā)展，越來(lái)越多的新技術(shù)利用到邊坡工程中，邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)對(duì)工程的建設(shè)和地質(zhì)災(zāi)害的治理具有重要的作用，本文主要介紹了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論基礎(chǔ)以及其在邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的簡(jiǎn)單應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；邊坡穩(wěn)定性；評(píng)價(jià)

0 引言

對(duì)于地質(zhì)工程來(lái)說(shuō)邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)是一項(xiàng)重要的研究任務(wù)，尤其是在巖土工程中。近年來(lái)，邊坡穩(wěn)定性的相關(guān)研究向著多元的方向發(fā)展，因此許多研究方法應(yīng)運(yùn)而生，但是總體歸納起來(lái)，目前邊坡穩(wěn)定性的研究常用的方法有定性分析法、定量分析法、不確定性分析法。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法就是定量分析法當(dāng)中的一種，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的引入，為邊坡工程的穩(wěn)定性研究提供了重要的手段。

1 邊坡評(píng)價(jià)方法簡(jiǎn)介

邊坡穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方法主要有三種，即定性、定量、不確定分析三種。定性分析法是勘察結(jié)束后，根據(jù)影響邊坡的因素、邊坡破壞的機(jī)制和可能產(chǎn)生的失穩(wěn)變形模式對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生破壞的巖土體的形成原因和機(jī)制進(jìn)行評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)其的發(fā)展趨勢(shì)做出定性分析和評(píng)價(jià)。這種方法不僅能對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響因素全面分析，還可以對(duì)邊坡的發(fā)展趨勢(shì)做出評(píng)價(jià)，具有一定的優(yōu)越性。定量分析方法目前不能實(shí)現(xiàn)完全定量，只能達(dá)到半定量分析，目前常用的方法是有限單元法、流形元法等。非確定性分析方法相對(duì)于上述兩種方法來(lái)說(shuō)更接近實(shí)際情況，主要方法包括有可靠度評(píng)價(jià)、灰色系統(tǒng)評(píng)價(jià)等。

2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)理論基礎(chǔ)

2.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是以人腦的思維方式研究為基礎(chǔ)，利用數(shù)學(xué)方法抽象模擬人腦的基本功能的一種連接網(wǎng)絡(luò)，是由大量的并且簡(jiǎn)單的處理單元組成的神經(jīng)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)不僅能夠反映出人腦的一些功能，能做出某種簡(jiǎn)化、抽象和模擬，其行為是豐富多彩的。

2.2 神經(jīng)元模型與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

一種簡(jiǎn)化的神經(jīng)元模型是一種多輸入單輸出的非線(xiàn)性的模型，如圖1所示。

對(duì)于傳統(tǒng)的神經(jīng)元模型來(lái)說(shuō)，通常采用同一非線(xiàn)性的映射，使得每個(gè)神經(jīng)元都產(chǎn)生興奮，僅僅通過(guò)細(xì)胞之間的權(quán)值變化表示，這種情況導(dǎo)致學(xué)習(xí)算法比較繁瑣，收斂較慢。

因?yàn)樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)生物系統(tǒng)模擬的組織和抽象層次的不同，可以將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型分為以下幾個(gè)類(lèi)型：①神經(jīng)元層次模型，將研究工作集中在某個(gè)神經(jīng)元的動(dòng)態(tài)特征，對(duì)輸入信息的選擇性響應(yīng)進(jìn)行探究；②網(wǎng)絡(luò)層次模型，其自身包含不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，主要用來(lái)模擬生物神經(jīng)的復(fù)雜性和抽象性；③組合式模型，它的神經(jīng)元相互補(bǔ)充和作用，主要用來(lái)完成固定的任務(wù)，可以用于機(jī)器人的控制；④神經(jīng)系統(tǒng)層次模型，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有多種性質(zhì)，可以模擬動(dòng)物更抽象化的功能；⑤智能型模型，這種形式最抽象，主要通過(guò)語(yǔ)言的形式來(lái)模擬人腦的思維過(guò)程。

2.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)及工作方式

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有收斂性、容錯(cuò)性以及推廣性等基本特性，其中收斂性是指在使用有限元法迭代時(shí)可以得到收斂的結(jié)果；容錯(cuò)性是指神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自動(dòng)修復(fù)功能，將不完整的、破碎的信息恢復(fù)成完整的形式；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的推廣性一般指已經(jīng)訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)不屬于訓(xùn)練范圍的樣本進(jìn)行分類(lèi)，具有推廣性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作過(guò)程主要分為兩個(gè)階段，第一個(gè)階段是工作期，此階段的主要目的是改變計(jì)算機(jī)的狀態(tài)，以達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)；第二個(gè)階段是學(xué)習(xí)期，在此期間計(jì)算機(jī)的狀態(tài)保持不變，通過(guò)連接權(quán)值的變化調(diào)整。前一階段時(shí)間較短，容易進(jìn)行，為短期記憶，后一階段時(shí)間較長(zhǎng)，為長(zhǎng)期記憶。

2.4 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

在邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中，有一些模糊概念如巖性較差、地形較陡等，因此在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用當(dāng)中我們也引入模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論。由于模糊網(wǎng)絡(luò)理論本身具有模糊性，因此在處理一些精度要求高的問(wèn)題上，模糊網(wǎng)絡(luò)的使用應(yīng)該受到限制。模糊理論主要用來(lái)模仿人類(lèi)在模糊情況下的思維方式，相對(duì)于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理過(guò)程簡(jiǎn)單，對(duì)專(zhuān)家的知識(shí)利用率較高，并且樣品的要求較低，但是會(huì)存在一些人為因素的影響，如果將兩者結(jié)合，便可以起到很好的效果。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造方法一是通過(guò)兩個(gè)或者更多的模糊神經(jīng)元經(jīng)過(guò)層狀的結(jié)構(gòu)連接在一起形成，其基本單元是模糊神經(jīng)元（圖2）；二是通過(guò)輸入層的模糊化處理，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)只完成非線(xiàn)性映射功能，該系統(tǒng)的組成元素包括：模糊化層、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層以及反射模糊化層，在處理過(guò)程中，通過(guò)對(duì)輸入知識(shí)的處理和輸出知識(shí)的后處理，將模糊概念成功的融入到表達(dá)式中。

3 邊坡穩(wěn)定性的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)

3.1 邊坡穩(wěn)定的評(píng)價(jià)的輸入知識(shí)主要包括兩大類(lèi)，分別是對(duì)數(shù)值變量的描述和對(duì)知識(shí)變量的描述。根據(jù)前面所說(shuō)的模糊理論知識(shí)對(duì)函數(shù)進(jìn)行選擇，包括正態(tài)分布函數(shù)、三角函數(shù)等。其中對(duì)于定性指標(biāo)來(lái)說(shuō)，需要將數(shù)據(jù)進(jìn)行量化處理，從而評(píng)定其模糊矩陣。在實(shí)際情況中，常常需要根據(jù)實(shí)際情況由專(zhuān)家決定其隸屬度，才會(huì)帶來(lái)使得評(píng)價(jià)更為方便。

3.2 網(wǎng)絡(luò)的輸入層和輸出層的神經(jīng)元的個(gè)數(shù)是由使用者根據(jù)實(shí)際情況來(lái)定的，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以通過(guò)要求解的問(wèn)題和數(shù)據(jù)的多少來(lái)決定輸入的神經(jīng)元，并且在設(shè)計(jì)時(shí)要控制整個(gè)系統(tǒng)的規(guī)模，規(guī)模越小，越利于學(xué)習(xí)和使用，復(fù)雜性也會(huì)降低。

4 結(jié)論

邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)自身存在多樣性、復(fù)雜性廣泛性，因此在實(shí)際評(píng)價(jià)過(guò)程中，仍然有一些不成熟的地方需要改進(jìn)。我們應(yīng)該充分利用當(dāng)今飛速發(fā)展的科技進(jìn)步，將最好的、最有效的方法引入到邊坡工程評(píng)價(jià)當(dāng)中，不斷的提高自身的實(shí)力，將知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)生產(chǎn)力，只要我們不斷努力，必然會(huì)總結(jié)出更合適的評(píng)價(jià)方法。

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