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，需對布設的水準網(wǎng)進行多期重復觀測，將各期水準網(wǎng)數(shù)據(jù)進行平差處理，求出每期的高程值，分析監(jiān)測體的穩(wěn)定性，進行沉降預報。

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：固定基準、重心基準和擬穩(wěn)基準，相應的平差方法為經(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)中存在固定水準基點的，采用固定基準最好，相應的平差方法采用經(jīng)典自由網(wǎng)平差；若監(jiān)測網(wǎng)中沒有固定不變的基準點，而所有點是等概率變形的，可以采用重心基準，相應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，相應的平差方法采用擬穩(wěn)平差。在實際平差時，應根據(jù)對象的特點，正確地選擇與實際情況附和的基準，從而選擇相應的平差方法。

1.2 基準網(wǎng)的穩(wěn)定性分析

沉降布設的水準網(wǎng)由水準基點和工作基點構成。水準基點一般布設在離建筑物較遠的固定體上，引起基點的升降可能是由于隨機誤差的干擾，也有可能是點位確實存在位移。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均值或均方差應小于中誤差的t倍。因此，可以根據(jù)兩期數(shù)據(jù)監(jiān)測的高程點變化量來分析點位的穩(wěn)定性。

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

3)單點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分步進行逐點檢驗。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行的。

1.3 沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與預報

沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分析是對沉降點和沉降區(qū)段的沉降過程、沉降速率、沉降量、累計沉降量進行分析，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)設計與實現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)預處理功能

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

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

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

已知點，高程

…

起點，終點，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點的信息和水準點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，生成相應的平差報告。

4)生成報表：根據(jù)水準觀測文件按照手簿書寫的標準自動輸出Excel和txt格式的水準手簿；平差處理后自動生成包含測段距離和權值、各點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)庫技術對數(shù)據(jù)進行管理。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進行直觀的分析，以了解沉降過程、沉降速率及沉降趨勢。為了利用沉降監(jiān)測成果進行變形分析，本系統(tǒng)設置了兩種分析方式：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，形式靈活，能正確預測每點的沉降趨勢。

2.4 系統(tǒng)的應用

現(xiàn)以某地水電站大壩二等水準測量為例，用來說明該系統(tǒng)的實際應用情況：①將各期數(shù)據(jù)提取后，輸入已知基準，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)測變形觀測點的高程并根據(jù)各點間的高程變化來確定建筑物的沉降量等參數(shù)，準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，為建筑物設計和防災減災提供科學的依據(jù)。

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