[发明专利]建筑物倾斜角度的预测方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及建筑物监测系统领域，特别是涉及一种建筑物倾斜角度的预测方法及系统。

背景技术

近年来，随着铁路无线通信技术的快速发展，作为保障高速铁路安全运营的重要基础设施——GSM-R(Global System for Mobile Communications-Railway或GSM-Railway，数字移动通信系统)通信铁塔越来越多地被部署和应用。然而，由于一些恶劣地质现象、铁塔老化氧化、人为破坏等原因，造成铁塔倾斜情况时有发生，严重时甚至导致铁塔倒塌。铁塔的倾斜和倒塌不仅会造成通信网络中断和行车中断，甚至会引发其他铁路事故，这对通信网正常工作和安全行车带来安全隐患。类似的事故也经常发生在其他建筑物上，同样会对建筑物内部及其周边的人员、财产和交通造成巨大的安全隐患。因此对建筑物的倾斜状态进行监测并对建筑物倾斜数据进行自动分析显得尤为重要。

目前针对建筑物(如：铁塔)倾斜的数据分析采用较多的是使用传感器已经采集到的建筑物倾斜数值进行分析的方法，该方法不能基于已有数集中蕴含的信息预测任意风向、任意风速下的倾斜角度，因而不能对建筑物在一定范围内风向、风速下的倾斜情况作宏观趋势分析，难以保证数据分析结果的精确性，也难以获得造成建筑物倾斜的原因中风向、风速等因素各自占据的比例，不能确定哪个是最主要的原因，使得相关应对措施不及时产生因为铁塔倾倒造成巨大的经济损失的现象。而依靠专门的监控人员来进行人工分析判断，不仅会急剧加大建筑物监测系统的人工成本，还会因为人工判断的主观性和非精确性，造成计算偏差，同样不能保证数据分析结果的精确性，有可能导致应对措施错误、铁塔等建筑物倒塌的后果。

发明内容

基于此，有必要针对现有的建筑物倾斜的数据分析方法不能基于已有数集中蕴含的信息预测任意风向、任意风速下的倾斜角度，难以保证数据分析结果的精确性，可能导致应对措施错误、建筑物倒塌后果的问题，提供一种建筑物倾斜角度的预测方法及系统。

为达到发明目的，本发明提供一种建筑物倾斜角度的预测方法，包括以下步骤：

读取建筑物在至少2个不同风向和不同风速下的倾斜角度测量值，并将所述倾斜角度测量值导入风向为纵坐标轴、风速为横坐标轴的数据矩阵中；

采用矩阵分解法和梯度下降法，对所述数据矩阵中已知的所述倾斜角度测量值进行拟合，得到所述数据矩阵中各点对应的所述建筑物的倾斜角度预测值，并在所述倾斜角度测量值与所求得的所述数据矩阵中对应的倾斜角度预测值的均方根误差满足预设条件时，输出所述数据矩阵中所有点对应的所述倾斜角度预测值；

获取输出的所述倾斜角度预测值，将所述数据矩阵中各个点对应的所述倾斜角度预测值与预设倾斜角度阈值进行比较，并将超出所述预设倾斜角度阈值的所有倾斜角度预测值在所述数据矩阵中对应点处的风向和风速进行保存，形成易倾斜风向风速数集；

获取所述建筑物所处环境在未来一段时间内的风向和风速的预报值；

将所获取的所述建筑物的风向和风速的预报值与所述易倾斜风向风速数集中的各点处的风向和风速进行比较；

当所获取的风向和风速的预报值落入所述易倾斜风向风速数集中的风向和风速的预设范围时，发出预警的信号。

作为一种可实施例，采用矩阵分解法和梯度下降法，对所述数据矩阵中已知的所述倾斜角度测量值进行拟合，得到所述数据矩阵中各点对应的所述建筑物的倾斜角度预测值，包括如下步骤：

采用最小化均方根误差方法，构建需要优化的函数表达式：

其中，所述建筑物的倾斜角度的预测公式为p_d为风向d的向量，q_s为风速s的向量，K为所述建筑物经历的风向和风速的集合，r_ds为特定风向d与风速s的组合出现时所述建筑物的倾斜角度测量值，L为所述倾斜角度测量值与所述倾斜角度预测值均方根误差的最小值；

求函数L对于p_d的梯度R(d)：

求函数L对于q_s的梯度R(s)：

采用梯度下降法得到p_d向其负梯度方向的迭代运算公式为：

采用梯度下降法得到q_s向其负梯度方向的迭代运算公式为：