山區(qū)高填方機場沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法探討

1、<p>　　山區(qū)高填方機場沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法探討</p><p>　　【摘要】通過恰當?shù)姆椒ㄟM行山區(qū)機場沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理來提高內業(yè)工作的效率，從而也能在某種程度上有著加快機場建設進程的作用。本文針對常用的幾種變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法進行分析探討，其結果對山區(qū)高填方機場實際工程的應用具有一定的借鑒意義。 </p><p>　　【關鍵詞】高填方機場，沉降監(jiān)測，數(shù)據(jù)處理 </p&

2、gt;<p><b>　　0 引言 </b></p><p>　　山區(qū)高填方機場建設區(qū)域地形地勢條件、水文地質條件復雜，變形問題不可避免的存在。機場的變形輕則影響機場道面的功能性要求，嚴重的會導致機場道面結構性損壞，威脅著乘客的人生安全。因此，對于山區(qū)高填方機場的建設不僅僅要求建設質量可靠，由于其建設環(huán)境的特殊性，需要對建設區(qū)域進行實時變形監(jiān)測，通過對變形區(qū)域采集數(shù)據(jù)計算，及時

3、分析變形體是否處于穩(wěn)定安全狀態(tài)。本文通過對常用變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法進行總結，分析出適用于山區(qū)高填方機場沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)處理的方法。 </p><p>　　1 沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)處理基本方法 </p><p>　　傳統(tǒng)沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)基本采用人工或者半人工計算的方式來進行處理。而在諸如機場建設等一些較大型的沉降監(jiān)測項目中，數(shù)據(jù)處理多為自動化方式，借助于一系列的大型數(shù)據(jù)處理軟件進行自動化處理計算，將計算結果

4、自動成圖，分析預測沉降趨勢，便于有效掌握變形體的沉降變形情況，及時解決變形問題。 </p><p>　　以下對常用監(jiān)測網(wǎng)平差方法進行總結和分析，選擇適于山區(qū)高填方機場變形監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的方法。 </p><p><b>　　監(jiān)測網(wǎng)經(jīng)典平差 </b></p><p>　　監(jiān)測網(wǎng)經(jīng)典平差是基于網(wǎng)中擁有足夠的穩(wěn)定點作為平差時的起算點，并以這些數(shù)據(jù)作為

5、基準，確定網(wǎng)中其余未知點的坐標。此類監(jiān)測網(wǎng)由于其圖形復雜，且含有較多的多余觀測，常用間接平差法。 </p><p>　　作為經(jīng)典網(wǎng)平差有如下兩個問題： </p><p>　　1、網(wǎng)中可能存在多個穩(wěn)定點，選擇不同的穩(wěn)定點作為起算點時，其平差結果肯定不同，選擇最優(yōu)平差解就成為了需要重新考慮的問題。 </p><p>　　2、對于變形網(wǎng)中的網(wǎng)點，一般很難預先確定出哪些點是

6、絕對不動的，也就是說基準的選擇較困難[3]。 </p><p><b>　　秩虧自由網(wǎng)平差 </b></p><p>　　所謂秩虧是指沒有足夠的起算數(shù)據(jù)，沒有固定的起算點。秩虧自由網(wǎng)可以不預先假定固定點，所有網(wǎng)點等同看待，即是將所有網(wǎng)點坐標都視為帶定量，這時秩虧自由網(wǎng)平差可以結算出變形量，其核心是最終的平差結果和所選基準（平差時的約束條件）無關。秩虧自由網(wǎng)平差與經(jīng)典平

7、差一般情況下所求得的坐標是不同的，但求得的單位權方差相同[1]。 </p><p>　　采用秩虧自由網(wǎng)平差發(fā)現(xiàn)變形的能力比采用經(jīng)典平差強的多，因此其在目前變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中顯得非常重要，尤其是針對區(qū)域變形監(jiān)測，非線性大地網(wǎng)秩虧平差的應用較為廣泛。 </p><p><b>　　自由網(wǎng)擬穩(wěn)平差 </b></p><p>　　自由網(wǎng)擬穩(wěn)平差是由我國

8、周文江教授于1980年針對變形觀測網(wǎng)中存在相對穩(wěn)定點情況而提出的一種合適解法。此平差法是以網(wǎng)中的相對穩(wěn)定點組的重心參考系作為網(wǎng)配置的基準。自由網(wǎng)擬穩(wěn)平差的結果滿足最小二乘原則，其所求改正數(shù)與經(jīng)典平差和秩虧平差結果相同，但由于參考系的不同，測量值的平差結果及測量值協(xié)方差陣亦不同。 </p><p>　　根據(jù)以上幾種數(shù)據(jù)處理基本方法的總結，針對山區(qū)高填方機場建設沉降變形監(jiān)測網(wǎng)的特點，由于有些沉降變形監(jiān)測點可能處于地質

9、條件不好，受力變化比較大的地方，各網(wǎng)點移動的可能性不同。并且，在某些時候，對于沉降監(jiān)測網(wǎng)點的穩(wěn)定性并不能預先得知，而經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后可以知道某些點的移動情況[2]。以上所述均常見于山區(qū)高填方機場沉降監(jiān)測變形網(wǎng)數(shù)據(jù)處理中，如果采用經(jīng)典平差或秩虧自由網(wǎng)平差顯然都是不合理的，所以在機場沉降變形數(shù)據(jù)處理時優(yōu)先選擇自由網(wǎng)擬穩(wěn)平差方法較為適宜。 </p><p>　　2 沉降變形預測基本方法 </p><p

10、>　　隨著技術的發(fā)展以及對工程質量及建設安全的保證，不僅在對變形體進行沉降監(jiān)測時所使用的儀器觀測精度要求提高，數(shù)據(jù)處理成果的準確性及對后期變形情況預測的有效性要求也隨之提高。一般沉降變形預測的做法是根據(jù)已有相關變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用數(shù)學模型來逼近、模擬和揭示變形體的變形規(guī)律和動態(tài)特征，為工程設計和災害防治提供一定的科學依據(jù)，現(xiàn)將幾種常用沉降預測方法總結如下： </p><p><b>　　回歸分析法：

11、 </b></p><p>　　隨著對變形體沉降變形進行多期觀測，獲得大量的觀測數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)由于其包含著變形體本身發(fā)生、發(fā)展的變形規(guī)律以及外界環(huán)境對變形的作用因素。我們需要從獲取的數(shù)據(jù)中，通過數(shù)據(jù)處理的方法得到變形體變形的定量規(guī)律或者與外界影響因素之間的定量關系。 </p><p>　　采用回歸分析的方法可以將對數(shù)據(jù)的認識提升到定量的層面，該方法屬于研究變量之間相關關系的統(tǒng)計

12、方法，適合于變形體與其他因素相關的變形預測，以大量監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎，找出變量之間的內部規(guī)律，即統(tǒng)計上的回歸關系[4]。 </p><p><b>　　時間序列分析法： </b></p><p>　　相對于回歸分析法，時間序列分析法可以應用于監(jiān)測數(shù)據(jù)是統(tǒng)計相關的情況，因為無論是按時間序列排列的觀測數(shù)據(jù)還是按空間位置順序排列的觀測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)之間都或多或少的存在著統(tǒng)計自相關的

13、現(xiàn)象。 </p><p>　　時間序列分析法是一種動態(tài)的數(shù)據(jù)處理方法，分析觀測資料考慮到時間順序時，由于觀測值的非獨立性，未來觀測值可由已有的觀測數(shù)據(jù)預測得到，可利用觀測值之間的自相關性建立相應的數(shù)學模型來描述變形體的動態(tài)變形特征[1]。 </p><p><b>　　灰色系統(tǒng)預測法 </b></p><p>　　針對短數(shù)據(jù)序列而言，由于其具有

14、變形信息量少、規(guī)律性不強等特點，使得諸如回歸分析預測等方法存在較大的預測難度。 </p><p>　　對此，由我國鄧聚龍教授提出的灰色系統(tǒng)理論衍生的預測方法，對變形監(jiān)測的短數(shù)據(jù)序列建模方面有一定的優(yōu)越性，使用數(shù)據(jù)生成的方法，將原本雜亂的原始數(shù)據(jù)整理成規(guī)律性強的生成數(shù)列，即從原始數(shù)據(jù)中去發(fā)現(xiàn)、尋找數(shù)據(jù)潛藏的內在規(guī)律，然后對生成數(shù)列再做研究[5]。 </p><p>　　模糊人工神經(jīng)網(wǎng)絡法：

15、</p><p>　　針對傳統(tǒng)方法中處理非線性問題時采用分段線性化的方法這一缺陷，神經(jīng)網(wǎng)絡在處理非線性問題上，具有一定的優(yōu)越性，為非線性系統(tǒng)建模、識別和預測提供了一個有效的解決途徑。其基本思想是先用神經(jīng)網(wǎng)絡建立變形影響參數(shù)與變形之間的非線性關系，再將待測點的實測影響變形的參數(shù)輸入到已建好的網(wǎng)絡中，即可預測變形量。 </p><p>　　根據(jù)以上對幾種預測方法的總結分析，結合山區(qū)高填方機場沉

16、降監(jiān)測的特點，綜合考慮沉降變形所受內部因素較多，而回歸分析法主要針對變形由外部因素引起的變形預測分析。時間序列常常受到長期趨勢、周期波動及不規(guī)則變動等影響，且其只注重監(jiān)測數(shù)據(jù)的擬合，不注重變形數(shù)據(jù)變化規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，所以對山區(qū)高填方機場沉降進行預測選用這兩種方法都不是很適宜?；疑到y(tǒng)預測法與模糊人工神經(jīng)網(wǎng)絡法的結合使用比較適合于山區(qū)高填方機場沉降變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理，在沉降監(jiān)測初期，由于獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)有限，使用灰色系統(tǒng)預測法進行數(shù)據(jù)生成，一方面

17、進行初步沉降預測，另一方面后期監(jiān)測數(shù)據(jù)也能驗證其正確性。在沉降監(jiān)測的中后期，考慮到變形是變形體受多種內、外部因素共同作用的結果，其監(jiān)測數(shù)據(jù)往往具有復雜的非線性特征，因此選擇人工神經(jīng)網(wǎng)絡的方法來對變形體直接建模具有較好的預測效果。 </p><p><b>　　3 總結 </b></p><p>　　本文針對沉降變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理基本方法及其預測方法的總結分析，提出適用于

18、山區(qū)高填方機場數(shù)據(jù)處理和預測的方法，由于目前只在于理論層面的探討，后期還需要根據(jù)已有數(shù)據(jù)對所選擇處理方法進行實踐應用，才能驗證其可行性。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 侯建國.王騰軍.變形監(jiān)測理論與應用[M].北京：測繪出版社，2008.6 </p><p>　　[2] 周虎鑫.容建堂. 高填方機

19、場工程沉降變形監(jiān)測探討[J].機場工程.2011（4） </p><p>　　[3] 張建旭.沉降監(jiān)測網(wǎng)位移分析的理論與方法研究[D].北京交通大學.2010 </p><p>　　[4] 馮國建.高填方數(shù)值模擬及沉降變形預測研究[D].貴州大學.2006. </p><p>　　[5] 李大軍.pGM（1，1）灰色預測模型及其應用.華東地質學院學報.2002.25