考虑时间序列的阶跃型滑坡位移预测

闫巍, 潘安邦, 龙晶晶, 侯时平, 高晨曦, 刘明鑫. 2025. 考虑时间序列的阶跃型滑坡位移预测——以三峡库区墓坪滑坡为例. 华南地质, 41(2): 277-287. doi: 10.3969/j.issn.2097-0013.2025.02.003
引用本文: 闫巍, 潘安邦, 龙晶晶, 侯时平, 高晨曦, 刘明鑫. 2025. 考虑时间序列的阶跃型滑坡位移预测——以三峡库区墓坪滑坡为例. 华南地质, 41(2): 277-287. doi: 10.3969/j.issn.2097-0013.2025.02.003
YAN Wei, PAN An-Bang, LONG Jing-Jing, HOU Shi-Ping, GAO Chen-Xi, LIU Ming-Xin. 2025. Displacement Prediction of Step-like Landslide Considering Time Series: A Case Study of Muping Landslide in the Three Gorges Reservoir Area. South China Geology, 41(2): 277-287. doi: 10.3969/j.issn.2097-0013.2025.02.003
Citation: YAN Wei, PAN An-Bang, LONG Jing-Jing, HOU Shi-Ping, GAO Chen-Xi, LIU Ming-Xin. 2025. Displacement Prediction of Step-like Landslide Considering Time Series: A Case Study of Muping Landslide in the Three Gorges Reservoir Area. South China Geology, 41(2): 277-287. doi: 10.3969/j.issn.2097-0013.2025.02.003

考虑时间序列的阶跃型滑坡位移预测

  • 基金项目: 湖北省自然科学基金联合基金项目(JCZRLH202501152)
详细信息
    作者简介: 闫巍(1989—),男,工程师,从事水文地质、工程地质勘查及地质灾害勘查、监测、设计工作,E-mail:262804378@qq.com
    通讯作者: 潘安邦(1991—),男,工程师,从事水文地质、工程地质勘查及地质灾害勘查、监测、设计工作,E-mail:362969505@qq.com
  • 中图分类号: P694

Displacement Prediction of Step-like Landslide Considering Time Series: A Case Study of Muping Landslide in the Three Gorges Reservoir Area

More Information
  • 本文针对三峡库区呈现阶跃式变形特征的滑坡提出一种考虑时间序列的滑坡位移预测模型,该模型首先采用互补集合经验模态分解方法(Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition, CEEMD)将滑坡的累计位移分解为趋势项和波动项,然后采用回归模型拟合趋势项位移;基于滑坡变形特征与诱发因素的响应分析,采用长短时记忆神经网络(Long Short-Term Memory, LSTM)模型进行波动项位移预测;最后将各分项预测位移叠加,实现滑坡累计位移的预测。以三峡库区阶跃型滑坡——墓坪滑坡为例,本文采用CEEMD-LSTM模型进行位移预测,并与卷积神经网络(Convolutional Neural Networks, CNN)、随机森林(Random Forest, RF)和改进的粒子群优化-支持向量机 (Particle Swarm Optimization-Support Vector Machine, PSO-SVM)等模型的预测结果进行对比分析。结果表明,与其他常见的机器学习与深度学习模型相比,考虑时序的CEEMD-LSTM模型的预测精度较高,且在阶跃点的预测优势较为突出。该模型可为实现三峡库区阶跃型滑坡位移实时预测预报提供理论依据和数据支撑。

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  • 图 1  互补集合经验模态分解(CEEMD)方法计算流程

    Figure 1. 

    图 2  长短时记忆神经网络(LSTM)记忆单元

    Figure 2. 

    图 3  墓坪滑坡监测点布置图(a)和1-1’剖面图(b)

    Figure 3. 

    图 4  地表累积位移-日库水位-日降雨量关系曲线

    Figure 4. 

    图 5  墓坪滑坡中后缘裂缝变形

    Figure 5. 

    图 6  基于互补集合经验模态分解(CEEMD)方法的墓坪滑坡位移量分解结果

    Figure 6. 

    图 7  墓坪滑坡波动项位移预测结果对比

    Figure 7. 

    图 8  墓坪滑坡位移预测结果

    Figure 8. 

    表 1  墓坪滑坡不同阶跃变形阶段的位移、降雨、库水位指标统计表

    Table 1.  Statistical table of displacement, rainfall, and reservoir water level indicators at the step-like deformation stage of the Muping landslide monitoring points

    编号 起始时间
    (年/月/日)
    结束时间
    (年/月/日)
    位移增量
    (mm)
    累积降雨
    (mm)
    日最大降雨
    (mm)
    运行库水位
    (m)
    库水位平均
    变化速率(m/d)
    a 2021/5/10 2021/5/22 277.8 46.7 18.9 157.76~152.35 −0.42
    b 2021/6/4 2021/6/23 248.6 57.3 21.8 148.77~146.57 −0.11
    c 2021/8/9 2021/8/31 198.5 154 41.6 146.17~157.14 0.5
    d 2022/3/20 2022/3/29 256.6 84.8 45.1 165.28~165.39 0.11
    e 2022/5/15 2022/6/3 520.9 22.9 8.5 164.04~147.41 −0.83
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    表 2  墓坪滑坡波动项位移预测精度对比

    Table 2.  The precision comparison of periodic displacement prediction for Muping landslide

    评价指标预测模型
    LSTM模型CNN模型RF模型PSO-SVM模型
    RMSE2.1396.1632.5144.241
    MAE1.0563.2541.4741.592
    MBE0.162−1.386−0.231−0.281
    下载: 导出CSV
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出版历程
收稿日期:  2025-02-13
修回日期:  2025-03-25
刊出日期:  2025-06-30

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