水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述市公開課一等獎省賽課獲獎?wù)n件

水工建筑物安全監(jiān)控理論－水工建筑物安全監(jiān)控定義水工建筑物安全監(jiān)控理論是以水利水電工程建設(shè)和運(yùn)行中發(fā)生各種可能危害、事故為主要研究對象，以工程特征信息為基礎(chǔ)，總結(jié)、分析已發(fā)生危害事件或事故經(jīng)驗，綜合利用自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)和管理科學(xué)等方面相關(guān)知識，識別和預(yù)測建設(shè)、運(yùn)行活動中存在不安全原因，并采取有效控制辦法預(yù)防危害、事故發(fā)生科學(xué)技術(shù)知識體系。水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第1頁水工建筑物安全監(jiān)控理論基本內(nèi)容是依據(jù)各種危害、事故發(fā)生機(jī)理認(rèn)識，應(yīng)用系統(tǒng)工程原理和方法，在規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運(yùn)行直到廢除整個壽命過程中，實施預(yù)測、分析、評價其中存在各種不安全原因，判斷工程安全程度，依據(jù)相關(guān)法規(guī)，綜合利用各種安全技術(shù)辦法和組織織管理辦法、消除和控制危險原因，提出安全對策提議，為工程安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)。水工建筑物安全監(jiān)控基本內(nèi)容水工建筑物安全監(jiān)控水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第2頁水工建筑物安全監(jiān)控我國現(xiàn)行安全管理體制企業(yè)負(fù)責(zé)、行業(yè)管理、國家監(jiān)察、群眾監(jiān)督安全生產(chǎn)基本方針：安全第一、預(yù)防為主、綜合治理

水工建筑物安全監(jiān)控相關(guān)法規(guī)：大壩安全監(jiān)測工程驗收規(guī)范混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范DLT5178-水電廠大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)實用化驗收細(xì)則水工建筑物強(qiáng)震動安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范水庫大壩安全評價導(dǎo)則Sl258-1水閘安全判定要求土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范SL60-94土石壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)程SL169-96其它相關(guān)設(shè)計規(guī)范和國家法律法規(guī)水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第3頁安全評價方法（1）按評價結(jié)果量化程度分類法

定性－直觀、經(jīng)驗（如巡查、檢測、運(yùn)行情況）

安全評價方法分類定量－資料統(tǒng)計分析取得指標(biāo)或規(guī)律(數(shù)學(xué)模型）對水工建筑物情況進(jìn)行定量計算，安全評價結(jié)果是一些定量指標(biāo)，如事故發(fā)生概率、事故危害(或破壞)范圍、定量危險性、事故致因原因事故關(guān)聯(lián)度或主要度等。按照安全評價給出定量結(jié)果類別不一樣，定量安全評價方法還能夠分為概率風(fēng)險評價法、危害(或破壞)范圍評價法和危險指數(shù)評價法。水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第4頁概率風(fēng)險評價法依據(jù)安全影響原因事故發(fā)生概率，應(yīng)用概率分析方法，求取安全影響原因關(guān)聯(lián)度(或主要度)或整個評價系統(tǒng)事故發(fā)生概率安全評價方法。故障類型及影響分析、故障樹分析、邏輯樹分析、概率理論分析、馬爾可夫模型分析、含糊矩陣法、統(tǒng)計圖表分析法等都能夠用安全影響原因事故發(fā)生概率來計算整個評價系統(tǒng)事故發(fā)生概率。水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第5頁歸納推理評價法是從事故原因推論結(jié)果評價方法，即從最基本危險、有害原因開始，逐步分析造成事故發(fā)生直接原因，最終分析得出可能事故。演繹推理評價法是從結(jié)果推論原因評價方法，即從事故開始，推論造成事故發(fā)生直接原因，再分析與直接原因相關(guān)之間原因，最終分析和查找出致使事故發(fā)生最基本危險、有害原因。（2）按評價推理過程分類法分為歸納推理評價法和演繹推理評價法。水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第6頁（3）按安全評價要到達(dá)目標(biāo)分類法可分為影響原因安全評價方法、危險性分級安全評價方法和事故后果安全評價方法。影響原因安全評價方法是采取邏輯推理方法由事故推論最基本影響原因或由最基本影響原因推論事故評價法，該類方法適合用于識別系統(tǒng)危險、有害原因和分析事故，這類方法普通屬于定性安全評價法。危險性分級安全評價方法是經(jīng)過定性或定量分析給出系統(tǒng)危險性安全評價方法，該類方法適應(yīng)于系統(tǒng)危險性分級，該類方法能夠是定性安全評價法，也能夠是定量安全評價法。事故后果安全評價方法能夠直接給出定量事故后果，給出事故后果能夠是系統(tǒng)事故發(fā)生概率、事故傷害(或破壞)范圍、事故損失或定量系統(tǒng)危險性等。水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第7頁安全評價方法選擇(1)充分性標(biāo)準(zhǔn)－充分了解工程特點(diǎn)和可用評價方法，準(zhǔn)備好充分資料(2)適應(yīng)性標(biāo)準(zhǔn)－資料、方法、伎倆(3)系統(tǒng)性標(biāo)準(zhǔn)－真實、合理、系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(4)針對性標(biāo)準(zhǔn)－工程特點(diǎn)，提供所需結(jié)果水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第8頁安全評價方法選擇過程水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第9頁生產(chǎn)監(jiān)測資料分析統(tǒng)計學(xué)方法統(tǒng)計學(xué)基本方法

大量觀察法、綜合指標(biāo)法、統(tǒng)計分組法、統(tǒng)計推斷法和統(tǒng)計模型法等。

統(tǒng)計模型法：將客觀信息統(tǒng)計資料配適當(dāng)當(dāng)數(shù)學(xué)表示式，反應(yīng)現(xiàn)象間數(shù)量關(guān)系和數(shù)量特征方法。水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第10頁描述因變量y怎樣依賴于自變量x和誤差項

方程稱為回歸模型一元線性回歸模型可表示為

y=a

+bx+

y是x線性函數(shù)(部分)加上誤差項線性部分反應(yīng)了因為x改變而引發(fā)y改變誤差項

是隨機(jī)變量反應(yīng)了除x和y之間線性關(guān)系之外隨機(jī)原因?qū)影響是不能由x和y之間線性關(guān)系所解釋變異性a

和b

稱為模型參數(shù)誤差項ε是一個服從正態(tài)分布隨機(jī)變量，且相互獨(dú)立；ε~N(0,σ2)相關(guān)分析和回歸分析水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第11頁做出散點(diǎn)圖考查數(shù)據(jù)分布進(jìn)行直線回歸分析殘差分析強(qiáng)影響點(diǎn)診療及多重共線性判斷要注意自變量和效應(yīng)量內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律！相關(guān)分析和回歸分析水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第12頁不相關(guān)負(fù)線性相關(guān)正線性相關(guān)非線性相關(guān)完全負(fù)線性相關(guān)完全正線性相關(guān)散點(diǎn)圖－相關(guān)關(guān)系水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第13頁散點(diǎn)圖－相關(guān)關(guān)系水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第14頁散點(diǎn)圖－一元回歸分析水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第15頁一元線性回歸方程（一）特點(diǎn)

資料預(yù)計a、b（1）y主要受x影響，還有其它原因影響；（2）與一元方程不一樣，是矛盾方程組。（二）參數(shù)預(yù)計最小二乘法、最大似然法（三）一元回歸方程特點(diǎn)水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第16頁判定系數(shù)r2xyy{}}水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第17頁總平方和(SST){回歸平方和(SSR)殘差平方和(SSE){{判定系數(shù)r2水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第18頁提出假設(shè)H0:b1=0(沒有線性關(guān)系)H1:b1

0(有線性關(guān)系)計算檢驗統(tǒng)計量3.

確定顯著性水平，并進(jìn)行決議t>t，拒絕H0；t<t，不拒絕H0回歸系數(shù)水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第19頁依據(jù)自變量x

取值預(yù)計或預(yù)測因變量y取值預(yù)計或預(yù)測類型點(diǎn)預(yù)計y平均值點(diǎn)預(yù)計y個別值點(diǎn)預(yù)計區(qū)間預(yù)計y平均值置信區(qū)間預(yù)計y個別值預(yù)測區(qū)間預(yù)計預(yù)測水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第20頁預(yù)測利用預(yù)計回歸方程，對于自變量x一個給定值x0

，求出因變量y

平均值一個預(yù)計值E(y0)，就是平均值點(diǎn)預(yù)計。

利用預(yù)計回歸方程，對于自變量x一個給定值x0

，求出因變量y

一個個別值預(yù)計值，就是個別值點(diǎn)預(yù)計。水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第21頁因變量觀察值與依據(jù)預(yù)計回歸方程求出預(yù)測值之差，用e表示反應(yīng)了用預(yù)計回歸方程去預(yù)測而引發(fā)誤差確定相關(guān)誤差項假定是否成立檢測有影響觀察值殘差分析水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第22頁表示殘差圖形關(guān)于x殘差圖關(guān)于y殘差圖標(biāo)準(zhǔn)化殘差圖用于判斷誤差假定是否成立檢測有影響觀察值殘差分析水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第23頁殘差分析水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第24頁假如某一個點(diǎn)與其它點(diǎn)所展現(xiàn)趨勢不相吻合，這個點(diǎn)就有可能是異常點(diǎn)，或稱為野點(diǎn)假如異常值是一個錯誤數(shù)據(jù)，比如統(tǒng)計錯誤造成，應(yīng)該修正該數(shù)據(jù)，方便改進(jìn)回歸效果假如是因為模型假定不合理，使得標(biāo)準(zhǔn)化殘差偏大，應(yīng)該考慮采取其它形式模型，比如非線性模型假如完全是因為隨機(jī)原因而造成異常值，則應(yīng)該保留該數(shù)據(jù)在處理異常值時，若一個異常值是一個有效觀察值，不應(yīng)輕易地將其從數(shù)據(jù)集中給予剔除殘差分析水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第25頁一個因變量與兩個及兩個以上自變量回歸描述因變量y怎樣依賴于自變量x1

，x2

，…，

xp

和誤差項

方程，稱為多元回歸模型包括p個自變量多元回歸模型可表示為

b0，b1，b2

，，bp是參數(shù)

是被稱為誤差項隨機(jī)變量

y是x1,，x2，，xp

線性函數(shù)加上誤差項

包含在y里面但不能被p個自變量線性關(guān)系所解釋變異性多元回歸模型水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第26頁誤差項ε是一個期望值為0隨機(jī)變量，即E()=0對于自變量x1，x2，…，xp全部值，方差2都相同誤差項ε是一個服從正態(tài)分布隨機(jī)變量，即ε~N(0,2)，且相互獨(dú)立多元回歸模型水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第27頁二元線性回歸模型(觀察到y(tǒng))回歸面0ix1yx2(x1,x2)}多元回歸模型水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第28頁

某大壩運(yùn)行后取得了變形和應(yīng)力等實測資料，為搞清楚變形和應(yīng)力改變規(guī)律形成原因，抽取在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行相對穩(wěn)定時段大壩變形和應(yīng)力實測資料數(shù)據(jù)。試建立大壩變形或應(yīng)力與水位(H)、溫度(T)、時間(t)線性回歸方程，并解釋各回歸系數(shù)含義。多元回歸模型水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第29頁回歸平方和占總平方和百分比計算公式為因變量取值變差中，能被預(yù)計多元回歸方程所解釋百分比多重判定系數(shù)水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第30頁用樣本容量n和自變量個數(shù)p去修正R2得到計算公式為防止增加自變量而高估R2意義與R2類似數(shù)值小于R2調(diào)整后判定系數(shù)水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第31頁1.提出假設(shè)H0：12p=0線性關(guān)系不顯著H1：1，2，，p最少有一個不等于02.計算檢驗統(tǒng)計量F3.確定顯著性水平和分子自由度p、分母自由度n-p-1找出臨界值F4.作出決議：若F>F，拒絕H0線性相關(guān)？水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第32頁提出假設(shè)H0：bi=0(自變量xi與

因變量y沒有線性關(guān)系)

H1：bi

0(自變量xi與

因變量y有線性關(guān)系)

計算檢驗統(tǒng)計量t3.

確定顯著性水平，并進(jìn)行決議t>t，拒絕H0；t<t，不拒絕H0單個系數(shù)檢驗水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第33頁回歸模型中兩個或兩個以上自變量彼此相關(guān)多重共線性帶來問題有可能會使回歸結(jié)果造成混亂，甚至?xí)逊治鲆肫缤究赡軐?shù)預(yù)計值正負(fù)號產(chǎn)生影響，尤其是各回歸系數(shù)正負(fù)號有可能同預(yù)期正負(fù)號相反。如水位升高對大壩變形和應(yīng)力影響怎樣檢驗是否存在多重共線性?

當(dāng)前慣用有方差擴(kuò)大因子法和特征根判定法。下面簡單介紹方差擴(kuò)大因子(VIF)法。多重共線性水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第34頁當(dāng)發(fā)覺自變量存在嚴(yán)重多重共線性時，能夠經(jīng)過剔除一些不主要自變量、增大樣本容量、對回歸系數(shù)做有偏預(yù)計(如采取嶺回歸法、主成份法、偏最小二乘法等)等方法來克服多重共線性。水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第35頁標(biāo)準(zhǔn)化后回歸系數(shù)與沒有標(biāo)準(zhǔn)化方程回歸系數(shù)關(guān)系水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第36頁自變量選擇標(biāo)準(zhǔn)水工建筑物安全監(jiān)控理論定義和概述第37頁

預(yù)測平方和(PredictionSumofSquares)準(zhǔn)則:對于給定某p個自變量X1，X2，