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1、第十章 变形监测分析与预告的开展展望10.1 10.1 工程的工程的变变形形监测监测技技术术的开展展望的开展展望10.2 10.2 工程工程变变形分析形分析预预告的开展展望告的开展展望10.3 10.3 工程平安工程平安监测监测、分析与、分析与预预告告综综合信息系合信息系统统10.1 10.1 工程的工程的变形形监测技技术的开展展的开展展望望丈量仪器的开展：光学经纬仪电子经纬仪激光经纬仪 全站仪丈量机器人10.1 10.1 工程的工程的变形形监测技技术的开展展的开展展望望丈量仪器的开展： 手持测距仪激光测距仪机载激光扫描仪地面激光扫描仪10.1 10.1 工程的工程的变形形监测技技术的开展展的
2、开展展望望 多传感器如各种几何量位置、长度、角度等)传感器、物理量(应力、应变等传感器、气候元素以及环境变量传感器的集成系统会成为变形监测的开展主流。如GPS技术就包括了从静态到动态、从一机一天线到一机多天线、从流动到继续监测等开展，电子全站仪开展到丈量机器人，激光类仪器从激光经纬仪、激光测距仪开展到激光跟踪仪、地面和机载激光扫描仪。其开展和工程丈量学的开展一样。仍可概括为“六化和“十六字。“六化包括：变形监测内外业作业的一体化；变形监测数据获取及处置的自动化；变形监测丈量过程控制和系统行为的智能化；变形监测丈量成果和产品的数字化；变形监测丈量信息管理的可视化；信息共享和传播的网络化。10.1
3、 10.1 工程的工程的变形形监测技技术的开展展的开展展望望十六字包括：准确、可靠、快速、简便、实时、继续、动态、遥测10.1 10.1 工程的工程的变形形监测技技术的开展展的开展展望望 远程位移监测系统就是灾祸预防多传感器集成监测系统的代表，该系统由GPS接纳机、激光测距仪和其它转换器构成。图10-1是一个监测站的构成，各测站构成的网络经过GSM调制解调器与控制中心相连，实现远程监控、监测和报警。图10-1：远程位移监测系 统的一个监测站10.1 10.1 工程的工程的变形形监测技技术的开展展的开展展望望 图16-2所示的滑坡多传感器集成自动化监测系统也代表了工程的变形监测技术的开展趋势，其
4、中许多方面还处于研讨之中：如滑坡灾祸长、中、短期监测报警，监测系统的设计、监测方法技术的综合运用，群测群防与专业监测的配合，人员紧急疏散根据和决策支持系统，等等。对于滑坡灾祸乃至一切的工程来说，监测是手段，预警防灾减灾是目的。目前的监测手段和方法虽然很多，但集成性不够，长期延续自动遥测遥传依然是滑坡灾祸监测的瓶颈。10.1 10.1 工程的工程的变形形监测技技术的开展展的开展展望望图16-2 滑坡多传感器集成自动化监测系统 我国与欧盟的协作研讨工程“滑坡预警系统集成与优化的任务阶段和主要研讨任务可从另一角度阐明工程变形监测技术的开展。任务阶段一：工程形状报告；任务阶段二：选择实验场地；任务阶段
5、三：硬件的研制；任务阶段四：制定多尺度观测方案；任务阶段五：选定实验场地；任务阶段六：数据库构造设计及数据管理；任务阶段七：风险分析和预警；任务阶段八：向公众发布信息；任务阶段九：规范化。10.1 10.1 工程的工程的变形形监测技技术的开展展的开展展望望 工程变形或工程平安平面监测网普通布设为地面全边角网，网由三角形、大地四边形构成坚强图形；网点埋设有带强迫对中安装的观测墩；平面监测网同时也作高程监测网，普通都采用一等边角网的精度和一、二等几何水准精度施测。今后的开展将同时采用地面边角网和GPS网，不用边、角全测，特别是测角的任务量较大，受大气折光影响大，可以放弃一些方向的测角任务，最好是根
6、据边、角精度匹配原那么进展网的优化设计和模拟计算，确定观测方案，对网的图形强度要求可降低。GPS基线与地面边长构成的混合网有开展优势。基线间、地面边之间的长度比可以大一些，对通视要求可放低一些，一些点作为基准点可布设在变形区外。10.2 10.2 工程工程变形分析形分析预告的开展展望告的开展展望10.2.1 监测网布设和变形分析水准网边角网GPS网 监测网的数据处置属于变形的几何分析范畴。由于采用GPS技术后,作为基准的点可布设在变形区外，所以监测网周期观测数据处置稳定点确实定将变得简单，秩亏自在网平差或拟稳平差已变得没有必要。确定相对或绝对变形量大小也容易一些。10.2 10.2 工程工程变
7、形分析形分析预告的开展展望告的开展展望10.2.1 监测网布设和变形分析 开展特点可归纳为：传统方法和现代方法并存，传统方法已比较成热，应向程序化、自动 化、可视化方向开展。要加强对各种现代数据处置方法和算法的研讨，还有多传感器多时相数据的实时处置，海量监测数据处埋、数据发掘技术、计算智能技术等的研讨。现代数据处置方法如系统论方法、灰色实际、模糊数学、卡尔曼滤波、时间序列分析、人工神经网络、小波实际、混沌实际、突变实际、临界态实际、分形实际以及演化计算、粗糙集法、聚类方法、遗传算法和统计分析法等要与计算机技术、数据库技术、机器学习、专家系统等相结合。下面对 主要方法作简要阐明。10.2 10.
8、2 工程工程变形分析形分析预告的开展展望告的开展展望10.2.2 变形分析和预告方法 1.回归分析法 取变形(称效应量，如各种位移值为因变量，环境量称影响因子，如水压、温度等为自变量。根据数理统计实际建立多元线性回归模型，用逐渐回归法可得到效应量与环境量之间的函数模型，用这种方法可作变形的物了解释和变形预告，是一种非常成熟而有效的方法。10.2 10.2 工程工程变形分析形分析预告的开展展望告的开展展望10.2.2 变形分析和预告方法一元线性回归多元线性回归 2.时间序列分析法 在工程的变形观测中，监测点上的观丈量组成一个离散的随机时间序列，可以采用时间序列分析实际与方法。在时序分析中，普通是
9、针对单测点，假设顾及各测点间的相关性进展多点的关联变形分析，那么能够获得更好的效果。10.2 10.2 工程工程变形分析形分析预告的开展展望告的开展展望10.2.2 变形分析和预告方法原始数据图数据拟合图 3.频谱分析法 对于具有周期性变化的变形时间序列，可采用傅里叶变换将时域信息转为频域信息进展分析，经过计算各谐波频率的振幅，找出最大振幅所对应的主频，可提示变形的变化周期 。10.2 10.2 工程工程变形分析形分析预告的开展展望告的开展展望10.2.2 变形分析和预告方法预测误差表拟合曲线图 4.卡尔曼滤波法 将变形体视为一个动态系统，系统的形状可用卡尔曼滤波模型即形状方程和观测方程描画，
10、形状方裎中假设含监测点的位置、速率和加速率等形状向量参数，那么为典型的运动模型。这种模型特別适宜滑坡监测数据的动态处置。10.2 10.2 工程工程变形分析形分析预告的开展展望告的开展展望10.2.2 变形分析和预告方法结果对比表结果对比图 5.有限元法 该法不需求做任何变形监测，是一种采用确定函数模型且具有先验性质的直接求解的方法。10.2 10.2 工程工程变形分析形分析预告的开展展望告的开展展望10.2.2 变形分析和预告方法边坡最大剪应变速率云图 边坡计算模型 6.人工神经网络法 工程的变形与影响因子之间是一种非线性、非确定性的复杂关系，模糊人工神经网络法将生物特征用到工程中，用计算机
11、处理大数据情况下的学习、识别、控制和预告等问题，是新近开展起来的一种行之有效的方法，对于具有大量监测资料的工程平安分析与预告尤其适宜。10.2 10.2 工程工程变形分析形分析预告的开展展望告的开展展望10.2.2 变形分析和预告方法变形监测数据BP神经网络和逐渐回归模型的预告残差比较 7.小波分析法 小波实际作为多学科交叉的结晶在科研和工程中被广为研讨和运用。小波变换被誉为“数学显微镜，它能从时频域的部分信号中有效地提取信息。利用离散小波变换对变形观测数据逬行分解和重构，可有效地分别误差，能更好地反映部分变形特征和整体变形趋势。10.2 10.2 工程工程变形分析形分析预告的开展展望告的开展
12、展望10.2.2 变形分析和预告方法变形监测数据小波处置后与原始图像对照图8.系统论方法 变形体是一个复杂的系统，是一个多维、多层的灰箱或黑箱构造，具有非线性、耗散性、随机性、外界干扰不确定性、对初始形状敏感性和长期行为混沌性等特点。系统论方法包括两种建模方法：一种是输入-输出模型；另一种是动力学方程法。 系统论方法还涉及变形体运动稳定性研讨，这种稳定性在数学上可转化为微分方程稳定性的研讨，主要采用李亚普诺夫提出的判别方法。 系统论方法涉及到许多非线性科学学科的知识，如系统论、控制论、信息论、突变论、协同论、分形和耗散构造等。10.2 10.2 工程工程变形分析形分析预告的开展展望告的开展展望
13、10.2.2 变形分析和预告方法 工程平安监测获取的海量数据需求采用数据库技术进展管理，变形分析和灾祸预告需求采用各种模型 和方法进展处置，对处置的结果需求进展综合分析、评价和决策。假设不对各类观测资料进展及时最好是实时处置，不对处置成果进展及时分析，那么不能够监控和指点工程的平安运转,假设不能及时发现隐患，那么能够会呵斥宏大损失。因此，建立工程平安监测、分析与预告综合信息具有非常重要的意义。系统总体设计主要应包括：总控部分、输入系统、输出系统、数据库及管理系统、模型库及管理系统、运用程序库及管理系统、知识库及管理系统等。系统的数据管理中心是一个分布式数据库，系统的数据处置灵魂是各种数学模型和
14、程序化处置。系统的平安评价和决策支持是基于知识库的专家系统，灾祸预告和三维可视化采用仿真与虚拟现实技术，而整个系统那么采用分级管理或网络管理方式。10.3 10.3 工程平安工程平安监测监测、分析与、分析与预预告告综综合信息系合信息系统统 要将前述的各种变形分析与预告方法以程序的方式实现并放到综合信息系统，再加上专家系统的实现及其与变形分析与预告相结合，从原始数据、生成数据和处置结果中去发掘和发现知识，对于同一组数据采用不同方法处置，对结果的比较分析和评价等无疑是一件相当困难的事。对于一个工程来说，需求实现数据获取的自动化、数据处置的模型化、分析评判的智能化、图表和结果输出的可视化、数据传输和管理的网络化等。10.3 10.3 工程平安工程平安监测监测、分析与、分析与预预告告综综合信息系合信息系统统
