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专利号: 2017102380761
申请人: 中国地质大学(武汉)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于并行蒙特卡洛法的边坡可靠性参数获取方法,其特征在于,所述方法包括:

根据m个不确定性参数各自对应的均值与标准差,通过正交设计法,生成k个训练样本向量,每个所述训练样本向量由所述m个不确定性参数各自对应的试验数据构成,其中,m与k为非零自然数,k的最大取值与m呈指数关系;

根据所述k个训练样本向量及一个或多个确定性参数,通过边坡稳定性分析方法,获取所述k个训练样本向量各自对应的边坡稳定系数;

以所述k个训练样本向量为自变量,以其各自对应的所述边坡稳定系数为因变量,构成映射关系,通过支持向量机算法,获取映射关系表达式;

根据通过并行蒙特卡洛法随机生成N个服从于联合概率分布的待测样本向量及所述映射关系表达式,获取边坡可靠性参数,所述边坡可靠性参数包括所述N个待测样本向量各自对应的边坡稳定系数的均值和标准差、边坡失效概率以及可靠度指标,其中,每个所述待测样本向量由所述m个不确定性参数各自对应的随机数据构成;

其中,以所述k个训练样本向量为自变量,以其各自对应的边坡稳定系数为因变量,构成映射关系,通过支持向量机算法,获取所述映射关系表达式,包括:根据所述k个训练样本向量及其各自对应的边坡稳定系数,以及预设规则,获取最优偏移量以及所述k个训练样本向量各自对应的最优拉格朗日对偶;

根据所述最优偏移量、所述k个训练样本向量及其各自对应的所述最优拉格朗日对偶,获取映射关系表达式;

其中,所述根据通过并行蒙特卡洛法随机生成N个服从于联合概率分布的待测样本向量及所述映射关系表达式,获取边坡可靠性参数,包括:采用OpenMP并行技术,将sum1及sum2设置为第一规约变量,所述sum1用于存储稳定系数之和,所述sum2用于存储失效次数之和;

创建P个第一并行线程,所述P个第一并行线程用于随机生成N个服从于联合概率分布的待测样本向量,根据所述映射关系表达式及功能函数,分别获取所述sum1与所述sum2的规约和,其中,每个所述待测样本向量由所述m个不确定性参数各自对应的随机数据构成;

结束所述P个第一并行线程,将所述稳定系数之和与所述N的比值作为边坡稳定系数的均值,将所述失效次数之和与所述N的比值作为边坡失效概率,根据所述边坡失效概率获取可靠度指标;

采用OpenMP并行技术,将sum3设置为第二规约变量,所述sum3用于存储方差之和;

创建P个第二并行线程,所述P个第二并行线程用于随机生成N个服从于联合概率分布的待测样本向量,根据所述映射关系表达式,计算所述待测样本向量的稳定系数及与所述稳定系数均值差的平方,获取所述sum3的规约和,其中,每个所述待测样本向量由所述m个不确定性参数各自对应的随机数据构成;

结束所述P个第二并行线程,根据所述方差之和获取稳定系数的标准差。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据m个不确定性参数各自对应的均值与标准差,通过正交设计法,生成k个训练样本向量,包括:根据m个不确定性参数各自对应的均值和标准差,通过正交设计法,至少生成一组第一训练样本向量,每个所述不确定性参数的均值为μi,标准差为σi,每组所述第一训练样本向量中的每个所述不确定性参数对应的3个水平样本为:μi-2σi、μi、μi+2σi,或者为μi-3σi、μi、μi+3σi,其中i=1,2,…,m,每一组所述第一训练样本向量的数量为nj,nj≤3m,j为组编号,有j∈N+;

合并所述第一训练样本向量为训练样本向量,所述训练样本向量的样本数为k,

或 其中,t为所述第一训练样本向量的组数。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述根据所述k个训练样本向量及其各自对应的边坡稳定系数,以及预设规则,获取最优偏移量以及所述k个训练样本向量各自对应的最优拉格朗日对偶之前,所述方法还包括:对所述k个训练样本向量中的试验数据进行归一化处理;

在创建P个第一并行线程,所述P个第一并行线程用于随机生成N个服从于联合概率分布的待测样本向量之后,根据所述映射关系表达式及功能函数,分别获取所述sum1与所述sum2的规约和之前,所述方法还包括:对所述随机生成的N个服从于联合概率分布的待测样本向量进行归一化处理;

在所述创建P个第二并行线程,所述P个第二并行线程用于随机生成N个服从于联合概率分布的待测样本向量之后,根据所述映射关系表达式,计算所述待测样本向量的稳定系数及与所述稳定系数均值差的平方,获取所述sum3的规约和之前,所述方法还包括:对所述随机生成的N个服从于联合概率分布的待测样本向量进行归一化处理。

4.一种基于并行蒙特卡洛法的边坡可靠性参数获取装置,其特征在于,所述装置包括:

训练样本生成模块,用于根据m个不确定性参数各自对应的均值与标准差,通过正交设计法,生成k个训练样本向量,每个所述训练样本向量由所述m个不确定性参数各自对应的试验数据构成,其中,m与k为非零自然数,k的最大取值与m呈指数关系;

稳定系数获取模块,用于根据所述k个训练样本向量及一个或多个确定性参数,通过边坡稳定性分析方法,获取所述k个训练样本向量各自对应的边坡稳定系数;

表达式获取模块,用于以所述k个训练样本向量为自变量,以其各自对应的所述边坡稳定系数为因变量,构成映射关系,通过支持向量机算法,获取映射关系表达式;

可靠性参数获取模块,用于根据通过并行蒙特卡洛法随机生成N个服从于联合概率分布的待测样本向量及所述映射关系表达式,获取边坡可靠性参数,所述边坡可靠性参数包括所述N个待测样本向量各自对应的边坡稳定系数的均值和标准差、边坡失效概率以及可靠度指标,其中,每个所述待测样本向量由所述m个不确定性参数各自对应的随机数据构成;

其中,所述表达式获取模块包括:

第一获取模块,用于根据所述k个训练样本向量及其各自对应的边坡稳定系数,以及预设规则,获取最优偏移量以及所述k个训练样本向量各自对应的最优拉格朗日对偶;

第二获取模块,用于根据所述最优偏移量、所述k个训练样本向量及其各自对应的所述最优拉格朗日对偶,获取映射关系表达式;

其中,所述可靠性参数获取模块包括:

第一计算模块,用于采用OpenMP并行技术,将sum1及sum2设置为第一规约变量,所述sum1用于存储稳定系数之和,所述sum2用于存储失效次数之和;

第二计算模块,用于创建P个第一并行线程,所述P个第一并行线程用于随机生成N个服从于联合概率分布的待测样本向量,根据所述映射关系表达式及功能函数,分别获取所述sum1与所述sum2的规约和,其中,每个所述待测样本向量由所述m个不确定性参数各自对应的随机数据构成;

第三计算模块,用于结束所述P个第一并行线程,将所述稳定系数之和与所述N的比值作为边坡稳定系数的均值,将所述失效次数之和与所述N的比值作为边坡失效概率,根据所述边坡失效概率获取可靠度指标;

第四计算模块,用于采用OpenMP并行技术,将sum3设置为第二规约变量,所述sum3用于存储方差之和;

第五计算模块,用于创建P个第二并行线程,所述P个第二并行线程用于随机生成N个服从于联合概率分布的待测样本向量,根据所述映射关系表达式,计算所述待测样本向量的稳定系数及与所述稳定系数均值差的平方,获取所述sum3的规约和,其中,每个所述待测样本向量由所述m个不确定性参数各自对应的随机数据构成;

第六计算模块,用于结束所述P个第二并行线程,根据所述方差之和获取稳定系数的标准差。

5.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,所述训练样本生成模块包括:

第一训练样本生成模块,用于根据m个不确定性参数各自对应的均值和标准差,通过正交设计法,至少生成一组第一训练样本向量,每个所述不确定性参数的均值为μi,标准差为σi,每组所述第一训练样本向量中的每个所述不确定性参数对应的3个水平样本为:μi-2σi、μi、μi+2σi,或者为μi-3σi、μi、μi+3σi,其中i=1,2,…,m,每一组所述第一训练样本向量的数量为nj,nj≤3m,j为组编号,有j∈N+;

第二训练样本生成模块,用于合并所述第一训练样本向量为训练样本向量,所述训练样本向量的样本数为k, 或 其中,t为所述第一训练样本向量的组数。

6.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,所述第一获取模块还包括第一处理模块,所述第二计算模块还包括第二处理模块,所述第五计算模块还包括第三处理模块;

所述第一处理模块,用于在根据所述k个训练样本向量及其各自对应的边坡稳定系数,以及预设规则,获取最优偏移量以及所述k个训练样本向量各自对应的最优拉格朗日对偶之前,对所述k个训练样本向量中的试验数据进行归一化处理;

所述第二处理模块,用于在创建P个第一并行线程,所述P个第一并行线程用于随机生成N个服从于联合概率分布的待测样本向量之后,根据所述映射关系表达式及功能函数,分别获取所述sum1与所述sum2的规约和之前,对所述随机生成的N个服从于联合概率分布的待测样本向量进行归一化处理;

所述第三处理模块,用于在所述创建P个第二并行线程,所述P个第二并行线程用于随机生成N个服从于联合概率分布的待测样本向量之后,根据所述映射关系表达式,计算所述待测样本向量的稳定系数及与所述稳定系数均值差的平方,获取所述sum3的规约和之前,对所述随机生成的N个服从于联合概率分布的待测样本向量进行归一化处理。