水工建筑物安全监控理论定义和概述市公开课一等奖省赛课获奖课件

水工建筑物安全监控理论－水工建筑物安全监控定义水工建筑物安全监控理论是以水利水电工程建设和运行中发生各种可能危害、事故为主要研究对象，以工程特征信息为基础，总结、分析已发生危害事件或事故经验，综合利用自然科学、技术科学和管理科学等方面相关知识，识别和预测建设、运行活动中存在不安全原因，并采取有效控制办法预防危害、事故发生科学技术知识体系。水工建筑物安全监控理论定义和概述第1页水工建筑物安全监控理论基本内容是依据各种危害、事故发生机理认识，应用系统工程原理和方法，在规划、设计、建设、运行直到废除整个寿命过程中，实施预测、分析、评价其中存在各种不安全原因，判断工程安全程度，依据相关法规，综合利用各种安全技术办法和组织织管理办法、消除和控制危险原因，提出安全对策提议，为工程安全经济运行提供科学依据。水工建筑物安全监控基本内容水工建筑物安全监控水工建筑物安全监控理论定义和概述第2页水工建筑物安全监控我国现行安全管理体制企业负责、行业管理、国家监察、群众监督安全生产基本方针：安全第一、预防为主、综合治理

水工建筑物安全监控相关法规：大坝安全监测工程验收规范混凝土坝安全监测技术规范DLT5178-水电厂大坝安全监测自动化系统实用化验收细则水工建筑物强震动安全监测技术规范水库大坝安全评价导则Sl258-1水闸安全判定要求土石坝安全监测技术规范SL60-94土石坝安全监测资料整编规程SL169-96其它相关设计规范和国家法律法规水工建筑物安全监控理论定义和概述第3页安全评价方法（1）按评价结果量化程度分类法

定性－直观、经验（如巡查、检测、运行情况）

安全评价方法分类定量－资料统计分析取得指标或规律(数学模型）对水工建筑物情况进行定量计算，安全评价结果是一些定量指标，如事故发生概率、事故危害(或破坏)范围、定量危险性、事故致因原因事故关联度或主要度等。按照安全评价给出定量结果类别不一样，定量安全评价方法还能够分为概率风险评价法、危害(或破坏)范围评价法和危险指数评价法。水工建筑物安全监控理论定义和概述第4页概率风险评价法依据安全影响原因事故发生概率，应用概率分析方法，求取安全影响原因关联度(或主要度)或整个评价系统事故发生概率安全评价方法。故障类型及影响分析、故障树分析、逻辑树分析、概率理论分析、马尔可夫模型分析、含糊矩阵法、统计图表分析法等都能够用安全影响原因事故发生概率来计算整个评价系统事故发生概率。水工建筑物安全监控理论定义和概述第5页归纳推理评价法是从事故原因推论结果评价方法，即从最基本危险、有害原因开始，逐步分析造成事故发生直接原因，最终分析得出可能事故。演绎推理评价法是从结果推论原因评价方法，即从事故开始，推论造成事故发生直接原因，再分析与直接原因相关之间原因，最终分析和查找出致使事故发生最基本危险、有害原因。（2）按评价推理过程分类法分为归纳推理评价法和演绎推理评价法。水工建筑物安全监控理论定义和概述第6页（3）按安全评价要到达目标分类法可分为影响原因安全评价方法、危险性分级安全评价方法和事故后果安全评价方法。影响原因安全评价方法是采取逻辑推理方法由事故推论最基本影响原因或由最基本影响原因推论事故评价法，该类方法适合用于识别系统危险、有害原因和分析事故，这类方法普通属于定性安全评价法。危险性分级安全评价方法是经过定性或定量分析给出系统危险性安全评价方法，该类方法适应于系统危险性分级，该类方法能够是定性安全评价法，也能够是定量安全评价法。事故后果安全评价方法能够直接给出定量事故后果，给出事故后果能够是系统事故发生概率、事故伤害(或破坏)范围、事故损失或定量系统危险性等。水工建筑物安全监控理论定义和概述第7页安全评价方法选择(1)充分性标准－充分了解工程特点和可用评价方法，准备好充分资料(2)适应性标准－资料、方法、伎俩(3)系统性标准－真实、合理、系统基础数据(4)针对性标准－工程特点，提供所需结果水工建筑物安全监控理论定义和概述第8页安全评价方法选择过程水工建筑物安全监控理论定义和概述第9页生产监测资料分析统计学方法统计学基本方法

大量观察法、综合指标法、统计分组法、统计推断法和统计模型法等。

统计模型法：将客观信息统计资料配适当当数学表示式，反应现象间数量关系和数量特征方法。水工建筑物安全监控理论定义和概述第10页描述因变量y怎样依赖于自变量x和误差项

方程称为回归模型一元线性回归模型可表示为

y=a

+bx+

y是x线性函数(部分)加上误差项线性部分反应了因为x改变而引发y改变误差项

是随机变量反应了除x和y之间线性关系之外随机原因对y影响是不能由x和y之间线性关系所解释变异性a

和b

称为模型参数误差项ε是一个服从正态分布随机变量，且相互独立；ε~N(0,σ2)相关分析和回归分析水工建筑物安全监控理论定义和概述第11页做出散点图考查数据分布进行直线回归分析残差分析强影响点诊疗及多重共线性判断要注意自变量和效应量内在本质规律！相关分析和回归分析水工建筑物安全监控理论定义和概述第12页不相关负线性相关正线性相关非线性相关完全负线性相关完全正线性相关散点图－相关关系水工建筑物安全监控理论定义和概述第13页散点图－相关关系水工建筑物安全监控理论定义和概述第14页散点图－一元回归分析水工建筑物安全监控理论定义和概述第15页一元线性回归方程（一）特点

资料预计a、b（1）y主要受x影响，还有其它原因影响；（2）与一元方程不一样，是矛盾方程组。（二）参数预计最小二乘法、最大似然法（三）一元回归方程特点水工建筑物安全监控理论定义和概述第16页判定系数r2xyy{}}水工建筑物安全监控理论定义和概述第17页总平方和(SST){回归平方和(SSR)残差平方和(SSE){{判定系数r2水工建筑物安全监控理论定义和概述第18页提出假设H0:b1=0(没有线性关系)H1:b1

0(有线性关系)计算检验统计量3.

确定显著性水平，并进行决议t>t，拒绝H0；t<t，不拒绝H0回归系数水工建筑物安全监控理论定义和概述第19页依据自变量x

取值预计或预测因变量y取值预计或预测类型点预计y平均值点预计y个别值点预计区间预计y平均值置信区间预计y个别值预测区间预计预测水工建筑物安全监控理论定义和概述第20页预测利用预计回归方程，对于自变量x一个给定值x0

，求出因变量y

平均值一个预计值E(y0)，就是平均值点预计。

利用预计回归方程，对于自变量x一个给定值x0

，求出因变量y

一个个别值预计值，就是个别值点预计。水工建筑物安全监控理论定义和概述第21页因变量观察值与依据预计回归方程求出预测值之差，用e表示反应了用预计回归方程去预测而引发误差确定相关误差项假定是否成立检测有影响观察值残差分析水工建筑物安全监控理论定义和概述第22页表示残差图形关于x残差图关于y残差图标准化残差图用于判断误差假定是否成立检测有影响观察值残差分析水工建筑物安全监控理论定义和概述第23页残差分析水工建筑物安全监控理论定义和概述第24页假如某一个点与其它点所展现趋势不相吻合，这个点就有可能是异常点，或称为野点假如异常值是一个错误数据，比如统计错误造成，应该修正该数据，方便改进回归效果假如是因为模型假定不合理，使得标准化残差偏大，应该考虑采取其它形式模型，比如非线性模型假如完全是因为随机原因而造成异常值，则应该保留该数据在处理异常值时，若一个异常值是一个有效观察值，不应轻易地将其从数据集中给予剔除残差分析水工建筑物安全监控理论定义和概述第25页一个因变量与两个及两个以上自变量回归描述因变量y怎样依赖于自变量x1

，x2

，…，

xp

和误差项

方程，称为多元回归模型包括p个自变量多元回归模型可表示为

b0，b1，b2

，，bp是参数

是被称为误差项随机变量

y是x1,，x2，，xp

线性函数加上误差项

包含在y里面但不能被p个自变量线性关系所解释变异性多元回归模型水工建筑物安全监控理论定义和概述第26页误差项ε是一个期望值为0随机变量，即E()=0对于自变量x1，x2，…，xp全部值，方差2都相同误差项ε是一个服从正态分布随机变量，即ε~N(0,2)，且相互独立多元回归模型水工建筑物安全监控理论定义和概述第27页二元线性回归模型(观察到y)回归面0ix1yx2(x1,x2)}多元回归模型水工建筑物安全监控理论定义和概述第28页

某大坝运行后取得了变形和应力等实测资料，为搞清楚变形和应力改变规律形成原因，抽取在结构和运行相对稳定时段大坝变形和应力实测资料数据。试建立大坝变形或应力与水位(H)、温度(T)、时间(t)线性回归方程，并解释各回归系数含义。多元回归模型水工建筑物安全监控理论定义和概述第29页回归平方和占总平方和百分比计算公式为因变量取值变差中，能被预计多元回归方程所解释百分比多重判定系数水工建筑物安全监控理论定义和概述第30页用样本容量n和自变量个数p去修正R2得到计算公式为防止增加自变量而高估R2意义与R2类似数值小于R2调整后判定系数水工建筑物安全监控理论定义和概述第31页1.提出假设H0：12p=0线性关系不显著H1：1，2，，p最少有一个不等于02.计算检验统计量F3.确定显著性水平和分子自由度p、分母自由度n-p-1找出临界值F4.作出决议：若F>F，拒绝H0线性相关？水工建筑物安全监控理论定义和概述第32页提出假设H0：bi=0(自变量xi与

因变量y没有线性关系)

H1：bi

0(自变量xi与

因变量y有线性关系)

计算检验统计量t3.

确定显著性水平，并进行决议t>t，拒绝H0；t<t，不拒绝H0单个系数检验水工建筑物安全监控理论定义和概述第33页回归模型中两个或两个以上自变量彼此相关多重共线性带来问题有可能会使回归结果造成混乱，甚至会把分析引入歧途可能对参数预计值正负号产生影响，尤其是各回归系数正负号有可能同预期正负号相反。如水位升高对大坝变形和应力影响怎样检验是否存在多重共线性?

当前惯用有方差扩大因子法和特征根判定法。下面简单介绍方差扩大因子(VIF)法。多重共线性水工建筑物安全监控理论定义和概述第34页当发觉自变量存在严重多重共线性时，能够经过剔除一些不主要自变量、增大样本容量、对回归系数做有偏预计(如采取岭回归法、主成份法、偏最小二乘法等)等方法来克服多重共线性。水工建筑物安全监控理论定义和概述第35页标准化后回归系数与没有标准化方程回归系数关系水工建筑物安全监控理论定义和概述第36页自变量选择标准水工建筑物安全监控理论定义和概述第37页

预测平方和(PredictionSumofSquares)准则:对于给定某p个自变量X1，X2，