GIS技术支持下基于遗传算法的边坡稳定性分析评价系统
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摘要
边坡一般是指具有倾斜坡面的土体或岩体,它是人类工程活动中最基本的地质环境之一,边坡失稳造成的灾害是全球性的一种重大灾害,常常给人类的生命和财产带来不可估量的损失。一个边坡的失稳往往是多种因素共同作用的结果,因此,长期以来人们一直在研究探索,力图找到更科学更合理的分析和评价方法。
经过长期的努力,人们在边坡稳定分析方面已经取得很大成就,有了很多成熟的模型和方法。本论文是作者在总结前人经验、借鉴现有方法,针对目前边坡稳定性分析中存在的数据资料繁多、各种资料不能有机结合、计算的结果不够合理的问题,以土质边坡为主要对象,在研究边坡稳定性分析理论和地理信息系统开发技术理论的基础上,采用VB高级编程语言开发了一个边坡稳定性分析评价系统。
在该系统中,作者引进了具有极大空间数据管理功能的GIS技术,使用GIS二次开发控件MapX,建立内部空间数据库,把图形数据和文本数据有机整合在一起,使系统具有很强大的空间功能,能很方便地对各种数据进行空间操作和动态管理。在边坡稳定性分析的数学模型的建立上,作者采用的是一种传统的极限平衡法—瑞典圆弧法,作为主要分析模型,然后模仿生物进化过程,采用遗传算法,以滑弧圆心的横、纵坐标和半径为搜索变量对模型进行优化,得到一种能够在全局范围内搜索出边坡最危险滑动面,并能克服局部收敛计算出最小安全系数的边坡稳定性分析评价方法。最后以工程算例验证了该方法的合理性和科学性,达到了满意的效果。整个系统以软件工程的思想为指导,采用模块化方法进行开发,系统界面友好、设计合理,除了具有各种专业分析功能外还具备一般系统的通用功能,并且有可扩充性,这使得本系统在实际的边坡稳定分析工作中有一定的实用价值。
Slope is the soil body or the sock bodies with tilted dome, it's a kind of fundamental geologic environment in mankind engineering activity , Slope destabilization is globality fatal catastrophe, it usually brings disestimated loss to mankind life and property . A slope destabilization is usually the result of multi-factor's combined action. So the people have long studied analysis and evaluation of slope stability for a long time, tried to find more scientific and rational analysis and evaluation methods.People have obtained greatly achievement in slope stability analysis, generated many mature models and methods through the longly hard wok, But there are some problems such as information is very complex、 various data can't combine organically and the calculation result is unreasonable in slope stability analysis. So the author generalizes predecessors' experience and uses the existing methods for reference, using a computer language named VB to make out a slope stability analysis evaluation system main for the soil slope based on studying the theory of the slope stability analysis and the technology exploitation of Geographical Information System(GIS).The author introduced GIS technology which has maximal special data management function, established the inner special database by using the GIS secondary exploitation com named MapX, combined graphical data with text data organically, so the system has powerful special functions and proceed various special operation and dynamical management. On the establishment of mathematical model of slope stability analysis, the theory adopted conventional limit equilibrium method -Swedish circle method(Fellenus) as the main analysis model, then simulates organic evolution process, optimizes model with the horizontal、 vertical ordinate and radius of slip circle center as search variable based on genetic algorithm, accordingly obtained a kind of slope stability analysis evaluation method that can search the most dangerous sliding surface of slope in global ranger and calculate minimum safety coefficients based on local convergence. At last, this paper verifies rationality and
scientificity of the method by engineering example, obtained satisfied effecto The whole system adopts the modularization method to develop by the software engineering <> System interface is amicability and design is rational, and it has some general functions of the general system and expandability except professional analysis function o It makes the system has some definite using value on the stability analysis of slope in facto
经过长期的努力,人们在边坡稳定分析方面已经取得很大成就,有了很多成熟的模型和方法。本论文是作者在总结前人经验、借鉴现有方法,针对目前边坡稳定性分析中存在的数据资料繁多、各种资料不能有机结合、计算的结果不够合理的问题,以土质边坡为主要对象,在研究边坡稳定性分析理论和地理信息系统开发技术理论的基础上,采用VB高级编程语言开发了一个边坡稳定性分析评价系统。
在该系统中,作者引进了具有极大空间数据管理功能的GIS技术,使用GIS二次开发控件MapX,建立内部空间数据库,把图形数据和文本数据有机整合在一起,使系统具有很强大的空间功能,能很方便地对各种数据进行空间操作和动态管理。在边坡稳定性分析的数学模型的建立上,作者采用的是一种传统的极限平衡法—瑞典圆弧法,作为主要分析模型,然后模仿生物进化过程,采用遗传算法,以滑弧圆心的横、纵坐标和半径为搜索变量对模型进行优化,得到一种能够在全局范围内搜索出边坡最危险滑动面,并能克服局部收敛计算出最小安全系数的边坡稳定性分析评价方法。最后以工程算例验证了该方法的合理性和科学性,达到了满意的效果。整个系统以软件工程的思想为指导,采用模块化方法进行开发,系统界面友好、设计合理,除了具有各种专业分析功能外还具备一般系统的通用功能,并且有可扩充性,这使得本系统在实际的边坡稳定分析工作中有一定的实用价值。
Slope is the soil body or the sock bodies with tilted dome, it's a kind of fundamental geologic environment in mankind engineering activity , Slope destabilization is globality fatal catastrophe, it usually brings disestimated loss to mankind life and property . A slope destabilization is usually the result of multi-factor's combined action. So the people have long studied analysis and evaluation of slope stability for a long time, tried to find more scientific and rational analysis and evaluation methods.People have obtained greatly achievement in slope stability analysis, generated many mature models and methods through the longly hard wok, But there are some problems such as information is very complex、 various data can't combine organically and the calculation result is unreasonable in slope stability analysis. So the author generalizes predecessors' experience and uses the existing methods for reference, using a computer language named VB to make out a slope stability analysis evaluation system main for the soil slope based on studying the theory of the slope stability analysis and the technology exploitation of Geographical Information System(GIS).The author introduced GIS technology which has maximal special data management function, established the inner special database by using the GIS secondary exploitation com named MapX, combined graphical data with text data organically, so the system has powerful special functions and proceed various special operation and dynamical management. On the establishment of mathematical model of slope stability analysis, the theory adopted conventional limit equilibrium method -Swedish circle method(Fellenus) as the main analysis model, then simulates organic evolution process, optimizes model with the horizontal、 vertical ordinate and radius of slip circle center as search variable based on genetic algorithm, accordingly obtained a kind of slope stability analysis evaluation method that can search the most dangerous sliding surface of slope in global ranger and calculate minimum safety coefficients based on local convergence. At last, this paper verifies rationality and
scientificity of the method by engineering example, obtained satisfied effecto The whole system adopts the modularization method to develop by the software engineering <> System interface is amicability and design is rational, and it has some general functions of the general system and expandability except professional analysis function o It makes the system has some definite using value on the stability analysis of slope in facto
引文
[1] 赵阶明、何春光、王多根,边坡工程处治技术,北京:人民交通出版社,2003.9,1—7;
[2] 胡柳青、李夕兵、温世游,边坡稳定性研究及其发展趋势,矿业研究与开发,2000.10,第20卷,第5期;
[3] 金德濂,水利水电工程边坡的工程地质分类,地质与勘测,西北水电,2000,第一期;
[4] 陈希哲,土力学地基基础,第三版,北京:清华大学出版社,1997,202—203;
[5] 谭家辉、王家臣、刘伟,边坡稳定性分析方法的探讨,露天采煤技术,1998,第二期;
[6] 吴信才等,地理信息系统设计与实现,北京:电子工业出版社,2002.3,1—4;
[7] 李连营、李清泉、李汉武、颜辉武、王涛,基于Mapx的GIS应用开发,武汉:武汉大学出版社,2003.6,14—16
[8] 邬伦、刘瑜、张晶、马修军、韦中亚、田原,地理信息系统一原理、方法和应用,北京:科学出版社,2001,3—31;
[9] 刘光,地理信息系统二次开发教程组件篇,北京:清华大学出版社,2002,1—14、263—269:
[10] 吴银龙,组件式GIS二次开发技术在土石坝安全监测分析预报系统的应用,研究生科技论坛—长安大学研究生学术年会论文集,西安:陕西科学技术出版社,2004年卷;
[11] 王小平,曹立明,遗传算法—理论、应用与软件实现,西安:西安交通大学出版社,2002.1,1—9
[12] 齐治昌、谭庆平、宁洪,软件工程,北京:高等教育出版社,14;
[13] 武强、徐建芳、董东林,基于GIS的地质灾害和水资源研究理论与方法,北京:地质出版社,2001.1,65—66;
[14] 马智民、俞全宏、姜作勤,应用地理信息系统设计与实现,西安:西安地图出版社,1996
[15] 罗光春,Visual Basic 6.0从入门到精通,成都:电子科技大学出版社,2001.1, 1—3;
[16] 张树兵、戴红、陈哲,Visual Basic 6.0入门与提高,北京:清华大学出版社,1999.4,1—2:
[17] 鲁刚、李伯全,基于VB的遗传算法软件实现及其应用,计算机与现代化,2002,第七期,总第83期;
[18] 肖专文、张奇志、粱力、林韵梅,遗传进化算法在边坡稳定性分析中的应用,岩土工程学报,1998.1,第20卷第1期;
[19] 钱家欢、殷宗泽,土工原理与计算(2版),北京:中国水利水电出版社,1996,302—327;
[20] 胡中雄,土力学与环境土工学,上海:同济大学出版社,1997.7;278—288;
[21] 高大钊,土力学与基础工程,北京:中国建筑工业出版社,1999,144—158;
[22] Ted Coombs、Jon Campbell(著)、邓少鸥、邓云佳(译),Visual Basic编程实用大全, 北京:中国水利水电出版社,2002;
[23] 陆峰、陈祖煜、李素梅,应用遗传算法搜索边坡最小安全系数的研究,中国水利水电科学研究院学报,2003.12,第一卷第3期;
[24] 罗云启、曾琨、罗毅,数字化地理信息系统建设与MapInfo高级应用,北京:清华大学出版社,2003;
[25] 李胜乐、陆远忠、车时,MapInfo地理信息系统二次开发实例,北京:电子工业出版社,2004.1
[26] 聂跃高、刘伟全、施建勇、赵维炳,加速遗传算法在路堤边坡稳定性分析中的应用,中国公路学报,2003.10,第16卷第4期;
[27] 王建锋、Wilson H.Tna、崔政权,边坡稳定性分析中的剩余推力法,中国地质灾害与防治学报,2001.9,第12卷第3期;
[28] 王泽华、孙颖娜、张菊蓉,遗传算法在边坡稳定分析中的应用,东北水利水电,2002.11,第20卷总220期;
[29] 柴贺军、王忠、刘浩吾,土质边坡稳定性评价进化遗传算法,山地学报,2001.4,第19卷第2期,180—184;
[30] 何则干,陈胜宏,遗传模拟退火算法在边坡稳定分析中的应用,岩土力学, 20004.2,第25卷第2期;
[31] 《公路工程地质勘察规范》(JTJ064-98)
[32] 《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)
[33] 黄陵至延安高速公路k295+750～k296+050 滑坡详细工程地质勘察报告
[34] David M.Mark & Max J.Egenhofer, Modeling Spatial Relations Between Lines and Regions:Combining Formal Mathematical Models and Human Subject Testing, Cartography and Geographic Information Systems, 1995, 21(4);
[35] http://www.gisempire.com 图强地理信息技术有限公司
[36] http://www.gjsforum.net/default.aspx 地理信息系统论坛
[37] http://www.mapinfo.com/ Mapinfo 公司网站
[38] http://vbworld.sxnw.gov.cn VB 大世界论坛
[39] http://www.landslide.com.cn 滑坡论坛
[40] http://www.bbs.matwav.com 研学论坛科技综合交流社区
[41] http://www.lasg.ac.cn/cgj-bin/forum/forums.cgi?forum=4 动力论坛
[2] 胡柳青、李夕兵、温世游,边坡稳定性研究及其发展趋势,矿业研究与开发,2000.10,第20卷,第5期;
[3] 金德濂,水利水电工程边坡的工程地质分类,地质与勘测,西北水电,2000,第一期;
[4] 陈希哲,土力学地基基础,第三版,北京:清华大学出版社,1997,202—203;
[5] 谭家辉、王家臣、刘伟,边坡稳定性分析方法的探讨,露天采煤技术,1998,第二期;
[6] 吴信才等,地理信息系统设计与实现,北京:电子工业出版社,2002.3,1—4;
[7] 李连营、李清泉、李汉武、颜辉武、王涛,基于Mapx的GIS应用开发,武汉:武汉大学出版社,2003.6,14—16
[8] 邬伦、刘瑜、张晶、马修军、韦中亚、田原,地理信息系统一原理、方法和应用,北京:科学出版社,2001,3—31;
[9] 刘光,地理信息系统二次开发教程组件篇,北京:清华大学出版社,2002,1—14、263—269:
[10] 吴银龙,组件式GIS二次开发技术在土石坝安全监测分析预报系统的应用,研究生科技论坛—长安大学研究生学术年会论文集,西安:陕西科学技术出版社,2004年卷;
[11] 王小平,曹立明,遗传算法—理论、应用与软件实现,西安:西安交通大学出版社,2002.1,1—9
[12] 齐治昌、谭庆平、宁洪,软件工程,北京:高等教育出版社,14;
[13] 武强、徐建芳、董东林,基于GIS的地质灾害和水资源研究理论与方法,北京:地质出版社,2001.1,65—66;
[14] 马智民、俞全宏、姜作勤,应用地理信息系统设计与实现,西安:西安地图出版社,1996
[15] 罗光春,Visual Basic 6.0从入门到精通,成都:电子科技大学出版社,2001.1, 1—3;
[16] 张树兵、戴红、陈哲,Visual Basic 6.0入门与提高,北京:清华大学出版社,1999.4,1—2:
[17] 鲁刚、李伯全,基于VB的遗传算法软件实现及其应用,计算机与现代化,2002,第七期,总第83期;
[18] 肖专文、张奇志、粱力、林韵梅,遗传进化算法在边坡稳定性分析中的应用,岩土工程学报,1998.1,第20卷第1期;
[19] 钱家欢、殷宗泽,土工原理与计算(2版),北京:中国水利水电出版社,1996,302—327;
[20] 胡中雄,土力学与环境土工学,上海:同济大学出版社,1997.7;278—288;
[21] 高大钊,土力学与基础工程,北京:中国建筑工业出版社,1999,144—158;
[22] Ted Coombs、Jon Campbell(著)、邓少鸥、邓云佳(译),Visual Basic编程实用大全, 北京:中国水利水电出版社,2002;
[23] 陆峰、陈祖煜、李素梅,应用遗传算法搜索边坡最小安全系数的研究,中国水利水电科学研究院学报,2003.12,第一卷第3期;
[24] 罗云启、曾琨、罗毅,数字化地理信息系统建设与MapInfo高级应用,北京:清华大学出版社,2003;
[25] 李胜乐、陆远忠、车时,MapInfo地理信息系统二次开发实例,北京:电子工业出版社,2004.1
[26] 聂跃高、刘伟全、施建勇、赵维炳,加速遗传算法在路堤边坡稳定性分析中的应用,中国公路学报,2003.10,第16卷第4期;
[27] 王建锋、Wilson H.Tna、崔政权,边坡稳定性分析中的剩余推力法,中国地质灾害与防治学报,2001.9,第12卷第3期;
[28] 王泽华、孙颖娜、张菊蓉,遗传算法在边坡稳定分析中的应用,东北水利水电,2002.11,第20卷总220期;
[29] 柴贺军、王忠、刘浩吾,土质边坡稳定性评价进化遗传算法,山地学报,2001.4,第19卷第2期,180—184;
[30] 何则干,陈胜宏,遗传模拟退火算法在边坡稳定分析中的应用,岩土力学, 20004.2,第25卷第2期;
[31] 《公路工程地质勘察规范》(JTJ064-98)
[32] 《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)
[33] 黄陵至延安高速公路k295+750～k296+050 滑坡详细工程地质勘察报告
[34] David M.Mark & Max J.Egenhofer, Modeling Spatial Relations Between Lines and Regions:Combining Formal Mathematical Models and Human Subject Testing, Cartography and Geographic Information Systems, 1995, 21(4);
[35] http://www.gisempire.com 图强地理信息技术有限公司
[36] http://www.gjsforum.net/default.aspx 地理信息系统论坛
[37] http://www.mapinfo.com/ Mapinfo 公司网站
[38] http://vbworld.sxnw.gov.cn VB 大世界论坛
[39] http://www.landslide.com.cn 滑坡论坛
[40] http://www.bbs.matwav.com 研学论坛科技综合交流社区
[41] http://www.lasg.ac.cn/cgj-bin/forum/forums.cgi?forum=4 动力论坛