大壩變形觀測數(shù)據(jù)處理方式分析與研究

馮文軍

(重慶市水利電力建筑勘測設計研究院，重慶 401120))

大壩變形觀測數(shù)據(jù)處理方式分析與研究

馮文軍

(重慶市水利電力建筑勘測設計研究院，重慶 401120))

基于目前大壩變形觀測數(shù)據(jù)處理技術(shù)應用過程中存在的問題缺陷，文章分析了大壩變形觀測數(shù)據(jù)處理內(nèi)容與變形誤差觀測數(shù)據(jù)類型，并提出了變形觀測數(shù)據(jù)處理方式，其目的是為相關(guān)建設者提供一些理論依據(jù)。結(jié)果表明，大壩變形觀測數(shù)據(jù)處理技術(shù)的應用質(zhì)量，需結(jié)合獲取的觀測數(shù)據(jù)條件，來采取對應的數(shù)據(jù)處理方式，從而提高其適用性。

大壩變形觀測數(shù)據(jù)處理；過程線法；Dixon檢驗法；t檢驗法；Gurbbs準則

0 引 言

大壩工程是保護地區(qū)進行現(xiàn)代化經(jīng)濟建設成果的重要基礎設施。其變形誤差問題會嚴重影響工程建設使用的安全穩(wěn)定性，從而給涉及區(qū)域人民群眾的正常生產(chǎn)生活帶來安全威脅。針對這一問題，研究人員應在明確大壩變形觀測數(shù)據(jù)處理內(nèi)容與變形誤差類型的基礎上，找出相應的觀測數(shù)據(jù)處理方法。這是降低大壩變形問題影響，從而保證其建設使用耐久性的重要課題內(nèi)容，相關(guān)建設人員應將其重視起來。

1 大壩變形觀測數(shù)據(jù)處理內(nèi)容

變形觀測工作，就是定期對水利工程易出現(xiàn)變形現(xiàn)象的觀測點進行重復觀測，以獲得多期觀測值，進而求出各個觀測周期的變化量。這里的變化量指的是：沉降量、不均勻沉降、沉降速度、地基傾斜、構(gòu)件傾斜以及相對彎曲等。對于大壩線形觀測數(shù)據(jù)處理，應以沉降點分布圖、沉降觀測成果表以及周期沉降展開圖等形式，用于水利工程建設使用安全穩(wěn)定性目標的實現(xiàn)控制[1]。

2 大壩變形觀測數(shù)據(jù)誤差類型

2.1 粗大誤差

大壩工程在進行變形觀測數(shù)據(jù)獲取過程中存在的粗大誤差問題，是一種具有明顯特點的誤差類型。造成其性能較大負面影響的原因為，觀測人員操作失誤。這里的失誤包括：變形觀測輸入測量信息錯誤、信息記錄錯誤以及數(shù)據(jù)讀數(shù)錯誤等。此外，當變形觀測處在機械沖擊或是振動條件下，就會因意外改變來導致誤差現(xiàn)象的出現(xiàn)。研究表明，大壩變形觀測數(shù)據(jù)的粗大誤差數(shù)值影響要比其他類型的誤差大，因此，大壩變形觀測數(shù)據(jù)處理人員要將其作為重點控制對象，以服務于工程建設安全穩(wěn)定性保障體系[2]。

2.2 隨機誤差

隨機誤差又名偶然誤差，其是因微小因素以及獨立因素導致的。雖然其具有一定偶然性，但其整體測量效果仍服從于統(tǒng)計規(guī)律。值得注意的是，大壩變形觀測數(shù)據(jù)中的隨機誤差可控性差且誤差值影響不大特點，但其也會對水利水電工程的安全檢測結(jié)果準確性造成的影響，因而，觀測數(shù)據(jù)分析人員要對其進行綜合考慮。

2.3 系統(tǒng)誤差

大壩變形觀測數(shù)據(jù)處理中的系統(tǒng)誤差是由固定不變或是按照一定變化規(guī)律等因素導致的。這里的因素大多指：監(jiān)測方法應用以及監(jiān)測儀器設備選擇不具備科學合理性。系統(tǒng)誤差類型由因恒定誤差原因，而造成的不變系統(tǒng)誤差以及呈周期變化的系統(tǒng)誤差。根據(jù)對實際測量數(shù)據(jù)結(jié)果進行分析得出，系統(tǒng)誤差類型很難從根源上對其進行控制處理，因此，大壩變形觀測人員要綜合相關(guān)的設備儀器來找出工程結(jié)構(gòu)運行過程中出現(xiàn)的誤差問題，從而對其進行針對性處理。

3 大壩變形觀測數(shù)據(jù)處理方式分析

3.1 過程線法

過程線法的應用過程，如果發(fā)現(xiàn)測值超出了其原有物理定義范圍，或者是超出了數(shù)據(jù)信息一般的分布規(guī)律，就可將其判斷為大壩變形觀測的異常值。如果測值在測量的物理定義范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)處理人員要結(jié)合自身的工作經(jīng)驗與原始觀測數(shù)據(jù)，來判斷其是否屬于過失誤差。如不能確定，但卻滿足判別式，則應標記為可疑測值；如能確定，則要將其判斷為異常測值，以進行剔除處理[3]。對于可疑測值的判斷，過程線法的應用，就是采用如下公式：

yi-ymax>0；yi-ymin<0

(1)

式中：yi實測值，ymax為測值歷史最大值，ymin為測試歷史最小值。

3.2Dixon檢驗法

該檢驗方法，主要遵循正態(tài)分布的測值規(guī)律，即按照一定的順序來進行排列，從而獲取兩端的異常值。這樣一來，進行分析總結(jié)，就能繪制出Dixon檢驗法的判據(jù)表，并生成各統(tǒng)計量的臨界值r0(n，α)。此過程，得出的大壩變形觀測數(shù)據(jù)實測值統(tǒng)計量大于臨界值，即滿足下式計算要求后，就能確定該序列中含有粗大誤差，應立即予以剔除[4]。

(2)

研究表明，Dixon檢驗法的應用優(yōu)勢在于計算過程簡單便捷，即在運用Dixon法進行檢驗時，觀測數(shù)據(jù)處理人員應根據(jù)測值序列的差異來選擇實用效果不同的統(tǒng)計量。如果測定序列中有一個以上的異常值，則應重復使用Dixon法進行檢驗，直至異常數(shù)據(jù)完全消除。

3.3t檢驗法

在對滿足正態(tài)分布的測值序列進行觀測數(shù)據(jù)處理過程中，t檢驗法將K作為判定異常值的標準。如K大于顯著性水平α的情況下，則為異常值[5]。此過程，按照如下公式進行計算。

(3)

(4)

式中：xd為待判實測值。

3.4Gurbbs準則

該準則，服從正太分布的測值序列，如存在異常值，則按照如下公式進行計算：

(5)

式中：Sn按照如下公式進行計算：

(6)

3.5 拉依特準則

該準則應用要控制好實測值Xi與回歸值X的殘差不宜過大，應滿足正太分布3α準則的狀態(tài)下作用于大壩變形觀測數(shù)據(jù)處理過程。即實際分析處理結(jié)果為異常數(shù)據(jù)，則應剔除，但剔除的數(shù)據(jù)點不能大于點總是的1%-5%。否則，就要通過增加大壩變形觀測點數(shù)，來進行重新判斷。

|Xi-X|>3α時，Xi為粗大誤差，應予以舍棄；

|Xi-X|≤3α時，Xi為正常數(shù)據(jù)，應予以保留。

在拉伊特準則限制下，觀測數(shù)據(jù)處理人員應用概率論統(tǒng)計得出了如下結(jié)論：即當誤差服從于正太分布時，誤差大于3σ觀測數(shù)據(jù)，誤差出現(xiàn)概率小于0.003。這就意味著大壩變形觀測人員要進行大于300次的觀測，才有可能出現(xiàn)一次誤差的可能。因此，采用拉依特準則，或3σ準測)進行粗大誤差剔除時，置棄概率是較小的，因此，即使有不合理的異常值，也要予以保留處理。

4 結(jié) 語

綜上所述，在處理大壩變形觀測數(shù)據(jù)信息的過程中會出現(xiàn)粗大誤差、隨機誤差以及系統(tǒng)誤差問題，這就降低了變形觀測工作設計應用的質(zhì)量。為此，研究人員應在明確變形觀測數(shù)據(jù)處理工作作用于大壩變形控制的要求基礎上，采用：過程線法、Dixon檢驗法、t檢驗法、Gurbbs準則以及拉依特準則，來提高大壩變形觀測數(shù)據(jù)分析的準確性，從而為水利水電工程建設使用的安全穩(wěn)定性提供保障。

[1]王波,周儀邦,梁海波,等.基于小波分析的GPS大壩變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理[J].青海大學學報：自然科學版,2013(01):48-53.

[2]鄧波,王毅,姜忠,等.大壩變形監(jiān)控數(shù)據(jù)處理的粗差識別方法及應用效果分析[J].水利水電技術(shù),2016(07):104-107.

[3]劉偉強.水庫大壩變形觀測過程GPS—RTK技術(shù)的有效運用[J].河南水利與南水北調(diào),2016(12):66-67.

[4]李瑞,姜新元,秦濤.多元線性回歸在大壩變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中的應用[J].黃河水利職業(yè)技術(shù)學院學報,2017(01):17-19,54.

[5]李娟.雙塔水庫大壩觀測異常分析數(shù)據(jù)處理方法的研究[J].中國水運：下半月,2014(09):244-245.

[6]王江榮.Richards生長曲線模型在大壩變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中的應用[J].礦山測量,2015(05):59,6,61-64.

1007-7596(2017)07-0092-02

2017-06-20

馮文軍(1979-)，男，四川鄰水人，工程師，從事測繪方面工作。

TV

B