1. 甘肃省山丹县水务局
2. 南京水利科学研究院大坝安全与管理研究所
3. 水利部大坝安全管理中心
4. 水利部水旱灾害防御重点实验室
Published:2026
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张春, 江超, 曹昕, et al. 基于CNN-Transformer和残差修正的土石坝渗压组合预测模型[J]. 2026, 44(9): 155-160.
DOI:
张春, 江超, 曹昕, et al. 基于CNN-Transformer和残差修正的土石坝渗压组合预测模型[J]. 2026, 44(9): 155-160. DOI: 10.20040/j.cnki.1000-7709.2026.20260497.
针对传统预测方法难以兼顾时序特征与环境荷载建模等问题,综合利用一维卷积神经网络(1D-CNN)、Transformer、主成分分析(PCA)和极限学习机(ELM)
提出一种土石坝渗透压力的组合预测模型。该模型以“时序预测—荷载修正—组合输出”为建模框架,首先利用1D-CNN提取渗透压力序列的局部时序特征并结合Transformer编码器捕捉长期依赖关系,输出渗透压力的初步预测值;其次采用PCA对环境荷载特征进行降维处理以消除多重共线性;最后通过ELM建立荷载主成分与残差的映射关系以动态修正预测结果。工程实例表明,在初步预测阶段,CNN-Transformer的残差分布较消融模型更为集中,进一步引入PCA-ELM修正后,均方根误差和平均绝对误差较初步预测分别下降21.2%、19.5%
决定系数提升至0.991 6
证明了该组合模型的有效性。此外,与基于时序和因果建模的两类基线模型相比,该模型实现了时间特征提取与荷载作用表征的有效组合,在多测点渗透压力预测中泛化能力更强,该模型为土石坝安全监控提供了新的技术手段。
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