沉降監測數據處理與分析系統研制

肖游川

重慶市二零五勘測設計有限公司

1 沉降監測的數據處理方法

為了監測建筑物的垂直位移，需對布設的水準網進行多期重復觀測，將各期水準網數據進行平差處理，求出每期的高程值，分析監測體的穩定性，進行沉降預報。

1.1 數據平差處理

數據的平差處理通常有3種平差基準：固定基準、重心基準和擬穩基準，相應的平差方法為經典自由網平差、秩虧自由網平差和擬穩平差。

自由網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典自由網平差；若監測網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平差；如果自由網中存在著一部分點相對另一部分是穩定的，但事實上又不確定是否為固定不變的，可以采用擬穩基準，相應的平差方法采用擬穩平差。在實際平差時，應根據對象的特點，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 基準網的穩定性分析

沉降布設的水準網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。監測網穩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，可以根據兩期數據監測的高程點變化量來分析點位的穩定性。

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

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據是在同精度條件下進行的。

1.3 沉降監測數據分析與預報

沉降監測數據分析是對沉降點和沉降區段的沉降過程、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、沉降監測系統設計與實現

2.1 數據預處理功能

1)數據提取：從儀器的原始記錄文件中進行水準測站和測段的數據提取，系統針對幾中常用的水準儀型號，分別實現了由原始數據向目標數據的格式轉換，用戶只需得到合格的原始數據，既能自動生成標準的GSO文件供平差處理。

2)數據輸入：通過穩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)數據處理：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數據格式。

已知點，高程

…

起點，終點，高差，距離，(測站數)

…

注：距離單位為km測站數為可選項

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、單位權中誤差、路線長度、測站及測段數的信息。通過平差報告，各點的精度信息一目了然。

2.2 數據庫管理

為解決沉降監測中海量數據的管理問題，系統采用數據庫技術對數據進行管理。系統采用MSSQLServer數據庫，以GSQL作為數據庫管理平臺。數據庫的建立包括Excel表格的讀取、數據管理、數據庫查詢、數據導出等模塊。

經過平差處理后的數據，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據。系統為查詢結果提供了多種輸出功能，可以打印，另存為txt文件或導出為Excel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。為了利用沉降監測成果進行變形分析，本系統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 系統的應用

現以某地水電站大壩二等水準測量為例，用來說明該系統的實際應用情況：①將各期數據提取后，輸入已知基準，平差得到各期數據的高程值；②平差后的結果入庫，將各期數據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測監測建筑物是否變形的主要方式之一，它是通過定期監測變形觀測點的高程并根據各點間的高程變化來確定建筑物的沉降量等參數，準確掌握建筑物的沉降變化規律，據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。

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