沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)研制

肖游川

重慶市二零五勘測設(shè)計有限公司

1 沉降監(jiān)測的數(shù)據(jù)處理方法

為了監(jiān)測建筑物的垂直位移，需對布設(shè)的水準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行多期重復(fù)觀測，將各期水準(zhǔn)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行平差處理，求出每期的高程值，分析監(jiān)測體的穩(wěn)定性，進(jìn)行沉降預(yù)報。

1.1 數(shù)據(jù)平差處理

數(shù)據(jù)的平差處理通常有3種平差基準(zhǔn)：固定基準(zhǔn)、重心基準(zhǔn)和擬穩(wěn)基準(zhǔn)，相應(yīng)的平差方法為經(jīng)典自由網(wǎng)平差、秩虧自由網(wǎng)平差和擬穩(wěn)平差。

自由網(wǎng)中存在固定水準(zhǔn)基點(diǎn)的，采用固定基準(zhǔn)最好，相應(yīng)的平差方法采用經(jīng)典自由網(wǎng)平差；若監(jiān)測網(wǎng)中沒有固定不變的基準(zhǔn)點(diǎn)，而所有點(diǎn)是等概率變形的，可以采用重心基準(zhǔn)，相應(yīng)的平差方法采用秩虧自由網(wǎng)平差；如果自由網(wǎng)中存在著一部分點(diǎn)相對另一部分是穩(wěn)定的，但事實上又不確定是否為固定不變的，可以采用擬穩(wěn)基準(zhǔn)，相應(yīng)的平差方法采用擬穩(wěn)平差。在實際平差時，應(yīng)根據(jù)對象的特點(diǎn)，正確地選擇與實際情況附和的基準(zhǔn)，從而選擇相應(yīng)的平差方法。

1.2 基準(zhǔn)網(wǎng)的穩(wěn)定性分析

沉降布設(shè)的水準(zhǔn)網(wǎng)由水準(zhǔn)基點(diǎn)和工作基點(diǎn)構(gòu)成。水準(zhǔn)基點(diǎn)一般布設(shè)在離建筑物較遠(yuǎn)的固定體上，引起基點(diǎn)的升降可能是由于隨機(jī)誤差的干擾，也有可能是點(diǎn)位確實存在位移。監(jiān)測網(wǎng)穩(wěn)定性分析有限差檢驗法、平均間隙法、單點(diǎn)位移分量法(T分布檢驗法)。

1)限差法是指兩期或者多期平差計算所得的高程基準(zhǔn)均值或均方差應(yīng)小于中誤差的t倍。因此，可以根據(jù)兩期數(shù)據(jù)監(jiān)測的高程點(diǎn)變化量來分析點(diǎn)位的穩(wěn)定性。

2)平均間隙法是利用F分布對整個基準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行整體性檢驗，判斷整個網(wǎng)的穩(wěn)定性。若不顯著，則基準(zhǔn)網(wǎng)穩(wěn)定；若顯著，則可采用單點(diǎn)位移分量法對基準(zhǔn)網(wǎng)的基點(diǎn)進(jìn)行逐個檢驗，找到不穩(wěn)定的工作基點(diǎn)。

3)單點(diǎn)位移分量法是在采用平均間隙法檢驗后，對結(jié)果顯著的情況下采用T分步進(jìn)行逐點(diǎn)檢驗。使用該方法的前提是兩期觀測數(shù)據(jù)是在同精度條件下進(jìn)行的。

1.3 沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與預(yù)報

沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分析是對沉降點(diǎn)和沉降區(qū)段的沉降過程、沉降速率、沉降量、累計沉降量進(jìn)行分析，通過繪制沉降過程線直觀地展示沉降過程。

2、沉降監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理功能

1)數(shù)據(jù)提取：從儀器的原始記錄文件中進(jìn)行水準(zhǔn)測站和測段的數(shù)據(jù)提取，系統(tǒng)針對幾中常用的水準(zhǔn)儀型號，分別實現(xiàn)了由原始數(shù)據(jù)向目標(biāo)數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換，用戶只需得到合格的原始數(shù)據(jù)，既能自動生成標(biāo)準(zhǔn)的GSO文件供平差處理。

2)數(shù)據(jù)輸入：通過穩(wěn)定性檢驗后的基準(zhǔn)點(diǎn)可以直接輸入到文件中，作為平差基準(zhǔn)處理；一直測段高差，可以輸入高差值作為平差基準(zhǔn)。

3)數(shù)據(jù)處理：分為平差準(zhǔn)備和平差處理兩個模塊。平差準(zhǔn)備即將已知的高程點(diǎn)或者高程差與提取后的水準(zhǔn)觀測文件計算生成如下的*.in1數(shù)據(jù)格式。

已知點(diǎn)，高程

…

起點(diǎn)，終點(diǎn)，高差，距離，(測站數(shù))

…

注：距離單位為km測站數(shù)為可選項

In1格式的文件中包含了已知基準(zhǔn)點(diǎn)的信息和水準(zhǔn)點(diǎn)的測距及測站的信息，平差計算可以據(jù)此選擇按測站或測距的方式定權(quán)，生成相應(yīng)的平差報告。

4)生成報表：根據(jù)水準(zhǔn)觀測文件按照手簿書寫的標(biāo)準(zhǔn)自動輸出Excel和txt格式的水準(zhǔn)手簿；平差處理后自動生成包含測段距離和權(quán)值、各點(diǎn)平差后的高程及中誤差、平差后的高差值及改正數(shù)、單位權(quán)中誤差、路線長度、測站及測段數(shù)的信息。通過平差報告，各點(diǎn)的精度信息一目了然。

2.2 數(shù)據(jù)庫管理

為解決沉降監(jiān)測中海量數(shù)據(jù)的管理問題，系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。系統(tǒng)采用MSSQLServer數(shù)據(jù)庫，以GSQL作為數(shù)據(jù)庫管理平臺。數(shù)據(jù)庫的建立包括Excel表格的讀取、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)庫查詢、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等模塊。

經(jīng)過平差處理后的數(shù)據(jù)，檢查合格后，可以將成果進(jìn)行入庫，為后期的變形分析提供正確的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)為查詢結(jié)果提供了多種輸出功能，可以打印，另存為txt文件或?qū)С鰹镋xcel文件。

2.3 沉降分析

沉降分析主要通過圖表的方式對沉降觀測點(diǎn)進(jìn)行直觀的分析，以了解沉降過程、沉降速率及沉降趨勢。為了利用沉降監(jiān)測成果進(jìn)行變形分析，本系統(tǒng)設(shè)置了兩種分析方式：一種是沉降表格，另一種是沉降曲線。沉降曲線可以選擇不同沉降點(diǎn)，形式靈活，能正確預(yù)測每點(diǎn)的沉降趨勢。

2.4 系統(tǒng)的應(yīng)用

現(xiàn)以某地水電站大壩二等水準(zhǔn)測量為例，用來說明該系統(tǒng)的實際應(yīng)用情況：①將各期數(shù)據(jù)提取后，輸入已知基準(zhǔn)，平差得到各期數(shù)據(jù)的高程值；②平差后的結(jié)果入庫，將各期數(shù)據(jù)以沉降曲線的形式展示如圖所示。

變形曲線

總而言之，建筑物沉降觀測是監(jiān)測監(jiān)測建筑物是否變形的主要方式之一，它是通過定期監(jiān)測變形觀測點(diǎn)的高程并根據(jù)各點(diǎn)間的高程變化來確定建筑物的沉降量等參數(shù)，準(zhǔn)確掌握建筑物的沉降變化規(guī)律，據(jù)此推斷沉降變形對建筑物的破壞影響程度，為建筑物設(shè)計和防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)的依據(jù)。

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