滑坡位移分析中數(shù)據(jù)預處理的運用研究

白德貴，韓 文

（1.重慶市勘測院，重慶 400020；2.上海勘察設計研究院（集團）有限公司重慶分公司，重慶 401120）

0 引言

我國幅員遼闊，地質(zhì)條件十分復雜，為了對滑坡的位移進行實時的動態(tài)掌握和監(jiān)測，就需要對其進行數(shù)據(jù)預處理，保證滑坡位移的變化時刻處于相關(guān)管理工作者的控制范圍之內(nèi)。其中滑坡監(jiān)測的數(shù)據(jù)是對滑坡穩(wěn)定性分析的最基本的資料。在對滑坡進行實時監(jiān)測時，從數(shù)據(jù)庫當中所提取的數(shù)據(jù)不可避免會出現(xiàn)一定的誤差，而滑坡的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)投入到變形模型中進行分析時，往往會造成遇想不到的錯誤。在巖土工程當中數(shù)據(jù)預處理的起步比較晚，而且使用的范圍也比較局限，所以為了更好地完善和提升巖土工程質(zhì)量水平，需要對數(shù)據(jù)預處理技術(shù)體系以及相關(guān)理論方法進行深刻的理解和掌握，使其廣泛應用到對滑坡的位移相關(guān)分析工作過程中。大量的研究發(fā)現(xiàn)，滑坡位移量的突變往往都是由于外界的影響因素變化。正因如此，本文將以某預警示范站崩滑體的外界影響因素位移，庫水位變化以及降雨等監(jiān)測數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，對滑坡的監(jiān)測數(shù)據(jù)預處理技術(shù)體系進行分析，對理論方法進行探討。在獲得有效數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上，實現(xiàn)對滑坡，位移相關(guān)分析的實時動態(tài)監(jiān)測，來確保工程的安全性和正常進行。

1 滑坡位移分析過程中的數(shù)據(jù)預處理的具體應用分析

在對滑坡位移進行相關(guān)分析工作過程當中的數(shù)據(jù)預處理的方法實際上有很多，而本文就實際工程的特點對滑坡監(jiān)測數(shù)據(jù)進行檢驗，并對其相關(guān)數(shù)據(jù)分別進行剔除，等距化以及平滑處理。在處理的過程當中需要注意的是，要確保監(jiān)測數(shù)據(jù)剔除過程當中，結(jié)合實際并謹慎地分析和甄別，如圖1所示。

1.1 滑坡數(shù)據(jù)的剔除處理分析

在對滑坡位移進行實際分析的過程當中，絕大多數(shù)的情況下其數(shù)據(jù)會受滑坡的外界觀測因素影響，導致實際收集的數(shù)據(jù)和信息存在一些異常或者突變的情況，最終造成數(shù)據(jù)分析的誤差容易發(fā)生安全事故。所以需要對監(jiān)測收集到的所有數(shù)據(jù)進行剔除處理，以免發(fā)生安全事故。在進行剔除處理的過程當中，通常情況下會采用肖維納檢驗、t檢驗及拉依達檢驗的方式來進行數(shù)據(jù)剔除。在進行數(shù)據(jù)提出處理的過程當中，要注意的是在地質(zhì)災害監(jiān)測時，其異常數(shù)據(jù)除了會因為監(jiān)測儀器的故障產(chǎn)生之外，還有其他因素可能會導致數(shù)據(jù)異常。比如地質(zhì)災害體的變形階段，以及突變都會對檢測到的數(shù)據(jù)帶來巨大的影響和變化，所以相關(guān)管理工作者在進行數(shù)據(jù)剔除處理的過程當中，要對這些因素加以重視。并根據(jù)實際狀況進行具體的分析，在進行數(shù)據(jù)剔除的過程中，要對工程實際情況進行結(jié)合，嚴格分析和甄別。所提出的數(shù)據(jù)僅僅局限于監(jiān)測系統(tǒng)故障所導致的數(shù)據(jù)異常，從而避免一些重要的數(shù)據(jù)被剔除，影響后續(xù)的工程進行。

圖1 滑體監(jiān)測平面

1.2 滑坡數(shù)據(jù)的平滑處理分析

在進行數(shù)據(jù)平滑處理過程當中，可以發(fā)現(xiàn)所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)會受到不同程度的干擾。之所以要對數(shù)據(jù)進行平滑處理，是因為監(jiān)測數(shù)據(jù)會呈現(xiàn)出“鋸齒形”，這種形狀對于滑坡位移實際分析工作來說具有一定的影響，所以要對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行平滑處理，使坡度較陡的數(shù)據(jù)散點曲線趨向平滑的趨勢，從而能夠?qū)τ^測量之間的相關(guān)度進行提高。有利于滑坡位移數(shù)據(jù)的實際分析，在進行數(shù)據(jù)平滑處理的過程當中，可以使用的方法分別為正交多項式算法以及分段多項式算法。其中的正交多項式算法和分段多項式算法上來比較，前者平滑的效果要差一些，但是正交多項式算法更能夠反映出原始狀態(tài)的鋸齒型數(shù)據(jù)的實際變化趨勢。由于所監(jiān)測的滑坡具有一定的突變性，完全平滑掉突變點也可能會丟失一些重要的信息。所以正交多項式算法和分段式算法，兩者要根據(jù)實際的情況進行綜合的應用，從而使數(shù)據(jù)平滑處理的質(zhì)量水平得到保證。

1.3 滑坡數(shù)據(jù)的等距化處理分析

需要對數(shù)據(jù)進行等距化處理的原因主要在于在對滑坡位移進行實際的監(jiān)測工作過程當中，會由于諸多的因素導致在滑坡監(jiān)測實施過程當中會使監(jiān)測資料出現(xiàn)不等時距的變化。為了避免數(shù)據(jù)不等時距所造成的安全隱患，所以要對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整體的等距化處理，從而有助于下一步的具體分析和工程的進行。在對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行等距化處理的過程當中，相關(guān)工作者可以使用逆函數(shù)，三次樣條函數(shù)以及S型曲線等方法來進行。但是這些方法之間會有一定的區(qū)別，要根據(jù)實際情況綜合的應用，從而使等距化的效果達到最佳，其中，逆函數(shù)以及S型曲線往往都比較適用于監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本較小的工作過程中。在對滑坡位移分析時，其監(jiān)測數(shù)據(jù)如果規(guī)模較大屬于大樣本數(shù)據(jù)，則需要采取三次樣條函數(shù)來對其進行等距化才能使等距的效果達到最佳。

2 GPS在滑坡位移監(jiān)測過程中的應用概述

2.1 滑坡監(jiān)測變形誤差橢圓

若在監(jiān)測過程當中的Ⅰ、Ⅱ兩次監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果當中出現(xiàn)了其中一個變形監(jiān)測點，其協(xié)方差的表達式為：

坐標差的協(xié)方差計算表達式為：

得到以上數(shù)據(jù)后，可以將變形量的誤差橢圓利用以下相關(guān)元素進行計算：

如果置信水平處于α=95%，其相應的變形量的置信誤差橢圓參數(shù)為c=2.446，而半徑比會根據(jù)以上計算的數(shù)據(jù)得到的變形誤差橢圓大2.446倍。在監(jiān)測過程當中如果發(fā)現(xiàn)其變形量不在誤差橢圓的范圍之內(nèi)那么將確定其實際變形量在置信水平α=95%的條件下十分明顯?？梢哉J為在對滑坡進行變形量分析時，置信誤差的分析和判斷是一個十分有效的方法，也是一項具有顯著直觀性的方法。

2.2 坐標轉(zhuǎn)換

在對滑坡的位移分析時，其變形量監(jiān)測點的水平以及高程方向的位移量的分析十分重要。在對本案例進行GPS的坐標轉(zhuǎn)換工作過程當中可以選取測站點北方向（Ns）、東方向（Es）和法線方向（Us）的位移量作為變形分析量。其計算公式為：

2.3 GPS變形監(jiān)測網(wǎng)在統(tǒng)一標準之下的平差

在對滑坡的位移分析過程當中，各個時期的GPS監(jiān)測相關(guān)數(shù)據(jù)信息需要進行全面系統(tǒng)的整理分析，并保證分析結(jié)論的準確性。所以在數(shù)據(jù)分析過程中要確保GPS的變形監(jiān)測網(wǎng)在統(tǒng)一標準下平差，對剔除各個時期的數(shù)據(jù)進行粗差之后再使用統(tǒng)一的軟件進行數(shù)據(jù)處理，從而保證其統(tǒng)一性。最后將在統(tǒng)一標準下得到的平差，將各個時期得到的變形監(jiān)測相關(guān)數(shù)據(jù)進行整合回歸到統(tǒng)一的標準。

3 結(jié)語

在對滑坡位移進行分析的過程當中，對其監(jiān)測數(shù)據(jù)進行預處理是十分重要的。在對其進行數(shù)據(jù)預處理的過程當中要分別進行數(shù)據(jù)剔除處理，數(shù)據(jù)平滑處理以及數(shù)據(jù)等距化處理。但在數(shù)據(jù)處理的過程當中，需要注意的是實際工程的具體情況與分析過程相結(jié)合，靈活處理并注意分析甄別。影響滑坡的外因素大致分為降雨量庫水位變化等，而這些因素對滑坡的位移影響都有比較明顯的滯后性，降雨量對滑坡位移的影響呈正相關(guān)，而庫水位對滑坡位移的影響呈負相關(guān)，要明確對滑坡位移造成影響的外界因素，并對這些因素進行具體分析。