高填方建筑沉降監測管理系統軟件研究

楊瑛

【摘 要】高填方建筑因為其建筑填方材料的主要原因特別容易發生沉降問題，嚴重的話會影響到建筑物的安全性。論文系統地研究高填方機場的沉降監測的目的意義，對監測方案的設計做了詳細的論述，并著重基于Visual Basic軟件對沉降監測數據的管理，系統地闡述了軟件的開發流程以及軟件設計方法。

【Abstract】Due to the fill material of the building， the high-fill buildings are especially vulnerable to settlement problems， more serious， it will affect the safety of buildings. This paper systematically studies the purpose and significance of settlement monitoring of high fill airport， expounds the design of monitoring program in detail， emphasizes the management of settlement monitoring data based on Visual Basic software， and systematically elaborates the development process and design method of the software.

【關鍵詞】沉降監測；Visual Basic；沉降監測分析；線性回歸分析

【Keywords】settlement monitoring； Visual Basic； settlement monitoring analysis； linear regression analysis

【中圖分類號】TU406.1 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）10-0183-02

1 引言

傳統變形監測一直都是以單一監測點的方式進行的，即只對單一的點元素進行控制監測，隨著科學技術的全面發展，現代變形監測處理技術已向點、線、面、體的空間三維交叉模式發展進行[1]。對于點觀測技術，是在監測目標沉降范圍內設立觀測點，在穩定地段（沉降范圍之外）設立固定監測站，配合網絡RTK以及利用COS基站技術能夠定期、實時地監測變形區內點的三維坐標隨時間的變化量。而對于線、面、體觀測技術，則是利用航空、航天、無人機等攝影測量對沉降待觀測區域進行實時的影像獲取，同時對地面控制點進行高精度的GPS衛星定位測量以及必要的水準測量，通過影像處理和差分技術，實現影像上線、面、體的三維坐標的時變信息。這是現代沉降監測方法的發展趨向。數據處理方面，經典最小二乘法（Least Square Method，簡稱LS）一直是沉降分析的主要方法，經過二三十年的飛速發展，國內外已經建立了LS的全面的應用體系。但是就目前而言，軟件種類錯綜復雜，如何高效地從中選取適合沉降監測的功能的軟件，也是一件困難的事情，本文基于這一種思想，系統地闡述了軟件的開發流程以及軟件設計方法。

2沉降理論計算方法

對于高填方地基，在分析和計算沉降數據時，通常運用反分析的方法。反分析方法可分為兩種類型，一是模型識別過程的反分析，二是模型參數的反分析過程[2]。其模型參數的反分析方法的最初是由國外著名學者Kavangh、Oieda 和 Maier 等人十九世紀七八十年代提出的，其分析過程分為正反演法和逆反演法兩種類型。國內學者楊林德在20世紀90年代，對洞室圍巖的分析采用了模型參數的反分析法，對其圍巖的粘彈性以及其初始地應力模型參數進行了計算和研究。

從當前看，國內外對于反分析方法的研究取得了很多顯著的科研成果，不僅完善了實際工程問題中的計算理論方法，而且極大促進了該方法在工程實際運用價值。迄今為止，共有五種比較常用的沉降計算方法。

①分層總和法。分層總和法其分析過程是，首先把高填方基地上的豎直方向上的應力求解出來，再根據實驗室內壓縮實驗中求出的物理量，然后通過室內參數的量來求得各個分層中的沉降量，求解最終沉降。

②三維沉降分析法。其實高填方地基所受三維應力狀態，包括前后左右側向變形和豎向壓縮變形，對于高填方地基的軟土層，考慮到其流變性質，所以必須著重考慮其側向變形。

③有限單元法。其方法原理是將填方體劃分成網格狀，形成一個離散的單元體系，在內外部荷載及環境因素等影響下，計算每個單元中地基的沉降量。則高填方地基各點應力和位移便是最終整體的沉降量，然后繪制各種沉降時間曲線圖，對其單元網格進行解析。

④模型實驗法。該種方法主要通過模擬室外建筑物情況進行室內物理實驗，通過模擬實驗來獲得較完整、可靠的分析結果，結合有限分析方法，則能有效地解決實際工程作業中出現的測量粗差，模型不精確等問題。

3 沉降預測方法

高填方地基是一種比較復雜而且多變的不穩定地基，各種沉降影響因素相互關聯相互影響，理論上實驗室內計算出的沉降量反映不出各個因素之間的相關性，而實測的沉降數據是各種影響因素相互作用下的結果[3]。根據實際沉降資料數據計算建筑物沉降量的方法主要有以下三種。

3.1 曲線擬合法[4]

曲線擬合又稱曲線回歸和趨勢曲線分析。對變形體進行監測后，通常可以通過設備或手工作出監測點的某些物理量的監測值隨時間變化而變化的曲線，這種曲線通常被稱為變形過程線。監測點變形過程線可以明顯反映出變形的規律、趨勢以及幅度，這是判斷建筑物是否正常工作的關鍵。

3.2 回歸分析法

其方法特點是需要實地進行大量的長期的觀測，方便找出沉降量的隨時間的變化規律，以更好建立各個變量與時間之間的統計關系，觀測數據越多，其結果精度越高，沉降預測分析越可靠[5]。具體步驟：

①依據預測目標，確定因變量和自變量；

②建立回歸預測模型；

③進行數據分析；

④檢驗回歸預測模型，計算預測誤差；

⑤計算并確定預測值。

本論文基于雙曲線模型對沉降數據進行回歸分析，得出高填方地基的工后沉降，以及對沉降的預測分析。常用函數模型見表1，式中 S 為工后沉降；V是沉降速率；S為最終沉降；A、B 為回歸參數；C 為某一時間點的沉降速率；t 為時間，w為實際估計沉降量。

3.3 灰色預測法[6]

該方法主要原理是通過分析灰色系統中有限數據的序列關聯性，尋找出系統內部中各因素之間的關系，從這些關系中找出和目標值有影響關系的主要影響因素，然后分析這些因素之間關聯程度，并量化這些參量的關聯度。

4 基于沉降數據處理的軟件系統開發方法簡介

4.1生命周期法

這種方法以用戶至上為原則，將工程學的方法理論和計算機系統軟件開發相結合，以模塊化、流程化、結構化的方式自上而下對整個系統進行設計、分析、調試、實現。生命周期法比較適用復雜、大型的軟件系統開發[7]。

4.2 原型法

在系統開發的初始時段，程序員依據用戶需求快速高效地建立一個新系統的原型，此時并不需要實現任何一個功能，通過與用戶反復多次交流，對軟件原型進行不斷改進，直到用戶滿意，然后再對系統的功能逐個實現。

4.3 面向對象方法

此方法把程序設計看作是彼此獨立但又相互協作對象的集合[8]。該方法的工作原理是對系統中的部分對象進行分析，然后將對象的操作和描述對象的數據放在一起，編輯共享的操作和數據對象類。最后對類進行操作。在開發程序中，有時候并不需要知道類的構造，只需要知道類實現的功能即可。

【參考文獻】

【1】王宜軍. 變形監測數據處理與預測分析系統設計與實現[D].成都：西南交通大學，2011.

【2】李巍尉，陳永輝，吳繼敏.基于神經網絡和遺傳算法的巖體參數辨識研究[J].常州工學院學報，2005（S1）：103-1 08.

【3】張麗麗. 軟土路基沉降計算及預測方法研究[D].西安：西安建筑科技大學，2006.

【4】高超.基于Matlab曲線擬合求取地表沉陷預計參數的程序實現與優化[J].煤礦開采，2018，23（01）：33-37.

【5】吉明. 濕陷性黃土路基沉降特性及預測研究[D].重慶：重慶交通大學，2017.

【6】魏麗，陳麗宇.關于一類新的廣義灰色關聯度[J].寧夏大學學報（自然科學版），2007（01）：22-24.

【7】楊軍毅.計算機與企業信息管理綜合練習[J].當代電大，2001（03）：67-71.

【8】韋慶清，崔如春.C++程序設計中對象建模方法研究[J].佛山科學技術學院學報（自然科學版），2014，32（05）：55-60.