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1、变形监测及其数据预处理 摘要 本文的主要内容介绍了变形监测及其数据预处理 变形监测现在主要运用 的方法是大地测量方法 摄影测量方法 物理学传感器方法以及 GPS 技术 这些技术为 变形监测注入了新的活力 让变形监测变得更加简单 准确 变形监测介绍了变形 监测点及位置的选取和变形监测控制网 变形监测的数据预处理的方法有 逻辑检验法 监控模型检验法 关联分析检验法 单个粗差的定位方法和 多个粗差的定位方法 单个粗差定位方法主要有莱因达准则法 ESD 统计检 验 狄克松检验 本文的研究在变形监测及其数据预处理方面有了比较详 细的介绍 变形监测及其数据预处理有着很重要的意义 关键词 变形监测关键词 变
2、形监测 数据预处理 数据预处理 变形监测控制网变形监测控制网 I DEFORMATION MONITORING AND DATA PREPROCESSING ABSTRACT This article introduces the main contents of deformation monitoring and data pre processing deformation monitoring introduced deformation monitoring points and the location of the selection and deformation monito
3、ring network deformation monitoring data pretreatment methods are single gross error in the positioning method and multiple gross error of positioning methods and finally introduced a GPS data pre processing example of a more comprehensive interpretation of the deformation monitoring of the data pre
4、 processing At the same time this study in the deformation monitoring and data pre processing may also have important significance KEYWORDS deformation monitoring data preprocessing deformation monitoring network II 目录 摘要 I ABSTRACT II 绪论 1 1 1 研究意义 1 1 2 研究现状 1 1 3 研究的主要内容 2 2 变形监测点与监测网布设 5 2 1 变形监
5、测点位置的选取 5 2 1 1 工业与民用建筑物的监测点 5 2 2 2 大坝变形监测点 5 2 2 控制点布置 6 2 2 1 基准点 6 2 2 2 工作基点 7 2 2 3 变形点 7 2 3 水平变形监测控制网 7 2 3 1 变形监测网的特点 7 2 3 2 变形监测控制网的建立原则 8 2 3 3 导线控制网 8 2 3 4 视准线法变形监测控制网 8 2 3 5 引张线法控制网 8 2 3 6 三角测量控制网 9 2 4 GPS 变形监测网基准设计 9 2 5 GPS 变形监测网网型设计 9 3 变形监测技术 10 3 1 变形监测的目的 10 3 2 变形监测的对象和内容 10
6、 3 3 变形监测的方法 11 3 3 1 大地测量方法 11 3 3 2 摄影测量方法 12 3 3 3 物理学传感器方法 12 i 3 3 4 GPS 技术 13 4 变形监测数据预处理 14 4 1 变形监测数据的特点 14 4 2 异常数据的分类 14 4 3 变形监测数据粗差的定位与剔除 15 4 3 1 单个粗差的定位方法 16 4 3 2 多个粗差的定位方法 18 5 GPS 监测数据预处理 19 5 1 数据的采集 19 5 2 数据的误差来源 19 5 2 1 与卫星有关的误差 19 5 2 2 与接收机有关的误差 20 5 3 预处理方法 20 结论 24 致谢 25 参考
7、文献 26 0 绪论 1 1 研究意义 变形是指变形体在各种影响因素的作用下 其形状大小及位置在时空域中的变化 自然界存在各种形式的变形 如地壳形变 滑坡 采矿塌陷 隧道收敛 高层建筑的 摆动以 及大坝变形等 就地学和工程领域中的变形来说 当变形量不超过一定范围时 不会造成危害 而当变形量超过变形体所能承受的允许范围时 则往往会带来严重的灾 难 隧道塌方 岩崩 滑坡 溃坝和桥梁的垮塌等等 都是典型的变形破坏现象 这 些灾害的发生严重地危害人类的生命财产的安全 世界各国每年都因此而遭受巨大的 损失 监测数据是一组有序的离散型随机数据 是一串随时间变化而又相互关联的动态 数据序列 监测数据作为安全
8、监控分析的基础 它的质量与可靠性至关重要 直接影 响安全监控分析的结果 如不能有效去除数据中的噪声与粗差 可能会使预报失真 造成灾难性的后果 而监测数据处理的目的就是要恰当地处理变形监测所得到的数据 最大限度地减少测量误差的影响以便给出一个尽可能精确的结果 通过分析 寻找出 监测体变形的时空分布情况及其发展规律 掌握变形量与各种内外因素的关系 确定 出监测体变形是否属于正常变形范围以内 防止变形向影响建筑物安全的方向发展 所以说监测数据的预处理是整个监测系统能否发挥作用的保障 没有有效的数据处理 方法与手段 就难以充分发挥监测数据 的作用 也就不能为管理人员提供准确 可靠的分析预报结果 可见
9、变形监测数据 的合理及准确处理极为重要网 1 2 研究现状 变形监测主要是采用常规大地测量和某些特殊测量技术 常规大地测量是采用经 纬仪 水准仪 测距仪 全站仪等常规测量仪器测定点的变形值 它是目前变形监测的 主要手段 其优点是 1 能够提供变形体整体的变形状态 监测面积大 可以有效地监 测 确定变形体的变形范围和绝对位移量 2 观测量通过组成网的形式可以进行测量 结果的校核和精度评定 3 适用于不同的监测精度要求 不同形式的变形体和不同的 外界条件 缺点是外业工作量大 布点受地形条件影响 不易实现自动化监测 在大多数 国家中 传统的常规大地测量方法仍然是人类进行工程建筑物变形监测的主要手段
10、而 且在一些有关的技术领域内 其他技术尚无法替代传统的常规大地测量方法 精密水准 测量目前仍然是精度例如在工程建筑物的沉降方面最高 成果最可靠且简便易行的方 法 所以传统的测量方法 在国民经济建设中仍有巨大的作用 特殊测量手段包括应变 测量 准直测量和倾斜测量 它具有测量过程简单 可监测变形体内部的变形 容易实 1 现自动化监测等优点 但通常只能提供局部的和相对的变形信息 地面测量技术发展方 向的代表是测量机器人 其在工程测量和三维工业测量以及变形监测等领域正越来越广 泛地得到应用 比如在小浪底 二滩 贵州普定等大坝外部变形监测中的应用 其试验 成果明显优于常规方法 近 10 年来 近景摄影测
11、量在隧道 桥梁 大坝 滑坡 结构工程及高层建筑变形 监测等方面得到了应用 其监测精度可达到毫米级 与其它变形监测技术相比较 近景 摄影测量的优点是 可在瞬间精确记录下被摄物体的信息及点位关系 在变形监测方面 与传统方法相比较 GPS 技术不仅具有精度高 速度快 操作简便 等优点 而且利用 GPS 和计算机技术 数据通信技术及数据处理与分析技术进行集成 可实现从数据采集 传输 管理到变形分析及预报的自动化 达到远程在线实时监控的 目的 其特点主要有 1 测站间无需通视 2 可同时提供监测点的三维位移信息 3 全天候监测 4 监 测精度高 5 操作简便易于实现监测自动化 6 GPS 大地高可用于垂
12、直位移监测 近 些年来随着 GPS 卫星定位技术的发展和精度的提高 使 GPS 技术在变形监测方面得到了 广泛的应用 特别是在板块运动 地表沉降 大坝自动化监测 陆海垂直运动监测 滑 坡监测等方面 获得了令人满意的结果和精度 为管理和决策提供了重要的依据 随着 技术的进步 GPS 技术在变形监测方面将有更长远的发展 1 3 研究的主要内容 变形是自然界的普遍现象 它是指变形体在各种荷载作用下 其形状 大小及位 置在时空域中的变化 变形监测就是利用测量与专用仪器和方法对变形体的变形现象 进行监视观测的工作 其任务是确定在各种荷载和外力作用下 变形体的形状 大小 及位置变化的空间状态和时间特征 变
13、形体的范畴可以大到整个地球 小到一个工程 建 构 筑物的块体 它包括自然的和人工的构筑物 根据变形体的研究范围 可将 变形监测研究对象划分为这样三类 全球性变形研究 如监测全球板块运动 地极移动 地球自转速率变化 地潮 等 区域性变形研究 如地壳形变监测 城市地面沉降等 工程和局部性变形研究 如监测工程建筑物的三维变形 滑坡体的滑动 地下 开采使引起的地表移动和下沉等 变形监测的内容 应根据变形体的性质与地基情况来定 1 工业与民用建筑物 主要包括基础的沉陷观测与建筑物本身的变形观测 就其基础而言 主要观测内容是 建筑物的均匀沉陷与不均匀沉陷 对于建筑物本身来说 则主要是观测倾斜与裂缝 对于高
14、层和高耸建筑物 还应对其动态变形 主要为振动的幅值 频率和扭转 进行 2 观测 对于工业企业 科学试验设施与军事设施中的各种工艺设备 导轨等 其主要 观测内容是水平位移和垂直位移 2 水工建筑物 对于土坝 其观测项目主要为水平位移 垂直位移 渗透以及裂缝 观测 对于混凝土坝 以混凝土重力坝为例 由于水压力 外界温度变化 坝体自重 等因素的作用 其主要观测项目主要为垂直位移 从而可以求得基础与坝体的转动 水平位移 从而可以求得坝体的扭曲 以及伸缩缝的观测 这些内容通常称为外部变 形观测 此外 为了了解混凝土坝结构内部的情况 还应对混凝土应力 钢筋应力 温度等进行观测 这些内容通常称为内部观测 3
15、 地面沉降 对于建立在江河下游冲积层上的城市 由于工业用水需要大量地吸取 地下水 而影响地下土层的结构 将使地面发生沉降现象 对于地下采矿地区 由于 在地下大量的采掘 也会使地表发生沉降现象 这种沉降现象严重的城市地区 暴雨 以后将发生大面积的积水 影响仓库的使用与居民的生活 有时甚至造成地下管线的 破坏 危及建筑物的安全 因此 必须定期地进行观测 掌握其沉降与回升的规律 以便采取防护措施 对于这些地区主要应进行地表沉降观测 变形监测所研究的理论和方法主要涉及到这样三个方面 变形信息的获取 变形信息 的分析与解释 以及变形预报 对于工程建筑物 变形监测的意义重点表现在 确保安全 验证设计 灾害
16、防治 1 具有实用意义 主要是掌握各种建筑物和地质构造的稳定性 为安全性诊断提供 必要信息 及时发现问题 以便采取措施 2 具有科学上的意义 包括更好地理解变形的机理 验证有关工程设计的理论和地 壳运动的假说 进行反馈设计 以及建立有效的变形预报模型 3 在全球性变形监测方面 空间大地测量是最基本最适用的技术 它主要包括全球 定位系统 GPS 甚长基线射电干涉测量 VLBI 卫星激光测距 SLR 激光测月技 术 LLR 以及卫星重力探测技术 卫星测高 卫星跟踪卫星和卫星重力梯度测量 等 技术手段 4 在区域性变形监测方面 GPS 已成为主要的技术手段 近十年发展起来的空间对 地观测遥感新技术 合成孔径雷达干涉测量 INSAR Interferometric Synthetic Aperture Radar 在监测地震变形 火山地表移动 冰川漂移 地面沉降 山体滑坡 等方面 其试验成果的精度已可达厘米或毫米级 表现出很强的技术优势 但精密水 准测量依然是高精度高程信息获取的方法 5 在工程和局部性变形监测方面 地面常规测量技术 地面摄影测量技术 特殊和 专用的测量手段 以及以 GPS 为
