淺析安全監測資料整理與數據處理的基本方法

郭海倫

摘要： 本文作者主要介紹了監測資料的整理與數據處理對安全監測項目的重要性，以及結合自身經驗介紹了安全監測監測資料的整理與數據處理的方法。

Abstract： This article mainly introduces the importance of monitoring data collation and data processing for safety monitoring projects， and introduces the methods of collation and data processing of safety monitoring and monitoring data in combination with the author's experience.

關鍵詞： 安全監測；資料整理；數據處理

Key words： safety monitoring；data collation；data processing

中圖分類號：P413 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）16-0262-02

0 引言

安全監測資料的整理與數據處理是安全監測工作中既基礎又十分重要的一個環節，該環節質量控制的好壞直接影響到能否對建筑物和邊坡在工程施工、運行過程中的穩定安全狀況作出正確的掌握與評價。為此，筆者結合自身近幾年從事水電站安全監測工作的經驗，提出安全監測資料整理與數據處理的基本方法。

1 監測資料的整理與數據處理的原則和工作流程

1.1 監測資料的整理與數據處理需堅持的原則

①堅持“四隨”原則，即隨觀測、隨記錄、隨計算、隨校核；②堅持“實用性”和“先進性”并重的原則；③堅持“慎重”和“及時”的原則。

1.2 監測資料整理和數據處理基本工作流程

①采集原始數據，搜集相關資料；②在計算機中輸入資料；③數據檢驗和誤差分析；④按技術規范規程要求進行物理量計算；⑤按技術規范規程要求進行填表、繪圖；⑥監測數據處理；⑦資料驗收入庫、存儲。

2 監測資料的整理

監測資料的整理主要是指每次監測后日常資料的整理，通常其日常工作包括記錄原始數據、檢驗和監測物理量的換算以及填表、繪圖、初步分析和異常值判別等。監測物理量的換算公式和有關表格的填寫應符合規程規范的要求。

2.1 原始監測資料的收集

監測資料的搜集由多個環節組成，包括采集檢測數據、實施并記錄人工巡視檢查等內容，具體如下：①詳細記錄觀測數據，真實的環境觀測描述，及其它相關的環境資料，比如水文、氣象等；②現場巡視檢查資料；③監測儀器附近的施工資料；④監測儀器設備及安裝的考證資料，施工記錄儀器說明及率定資料；⑤有關的工程類比資料，規程規范及有關文件等；⑥設計、計算分析，模型試驗、前期監測工作提出的成果報告、技術警戒值、安全判據及其它技術指標和文件資料；⑦監測工程有關的設計資料。為便于查詢應用，應對搜集到的相關資料進行必要處理，包括登錄、分類、歸檔和保管。

2.2 變形監測簡網資料建庫與整理

2.2.1 原始數據庫 ACCESS 2000，或SQL2000是變形監測簡網的原始數據庫。主要內容包括儀器檢驗數據庫、原始觀測資料庫、平差成果數據庫等。數據庫中的項目包含聯測網、平面位移監測網的首次建網和各期復測、垂直位移監測網的首次建網和各期復測。

2.2.2 資料整理 變形監測簡網的資料整理內容主要包括五個方面：一是觀測儀器設備的檢驗資料等；二是關于變形監測簡網的有關會議資料、函件等；三是設計資料、控制點埋設及驗收資料、損壞恢復等相關資料；四是觀測原始資料及平差計算和變形分析資料等；五是每次復測后的變形監測網的技術總結報告。

2.3 位移監測點資料整理

2.3.1 原始數據庫 位移監測點的原始數據庫采用ACCESS 2000，為關系型數據庫。數據表有 “工程項目屬性表”、“控制點成果表”、“邊長方向觀測信息表”、“邊長方向觀測成果表”、“測段高差觀測值”、“測段高差成果表”、“邊長觀測記錄表”、“邊長化算參數表”。

2.3.2 方法庫 位移監測點的數據處理與變形分析的方法庫除與變形監測網的相同外，在數據處理方面增加極坐標差分法，在變形分析上增加擬合法等。

2.3.3 資料整理 位移監測點的資料整理內容主要包括五個方面：一是觀測原始資料及平差計算和變形分析資料等；二是觀測儀器設備的說明書、檢驗資料等；三是設計資料、測點埋設及驗收資料等相關資料；四是關于邊坡表面變形監測的有關會議資料、函件等；五是每次復測后的邊坡表面變形監測的技術總結報告。

2.4 監測資料的檢驗和誤差處理

2.4.1 原始資料的檢驗 采用邏輯分析方法檢驗原始觀測數據是否具有可靠性，檢驗作業方法是否符合相關規范標準。觀測儀器性性能是否存在異常，是否能夠安全穩定運行。監測記錄是否完全可靠。各項測量數據物理意義是否科學，是否具有說服力，檢驗結果是否在限差以內。觀測資料是否符合對稱性、連續性、相關性及一致性等原則。

利用連續性，檢查各種觀測資料在荷載環境及其他外界環境為改變的情況下，數據的連續變化特征。

從時間概念角度出發檢驗數據，可采取分析連續積累的資料變化趨勢是否存在一致性方式，例如：①相鄰兩次測值之間的差值是否與原因量變化相適應；②本次測值與某相應原因量之間是否和前幾次情況相符；③任一點相鄰兩點或幾點的觀測值是否存在變化關系。分析一致性和連續性的主要手段是繪制“時間～效應量”過程線，及其它相關的原因量與效應量圖等。為實現數據檢驗的目的，可從空間概念出發，檢查一些有內在物理意義聯系的效應量之間的相關關系，即分析原始測值變化與建筑物及基礎的特點是否相適應，比如對比分析采用各種不同方法測量的同一效應量，分析其是否符合客觀規律等。

2.4.2 監測數據檢驗 監測數據檢驗主要是檢驗數據是否具有合理的物理意義，是否存在超過儀器限值和物理限值的情況，檢驗結果是否存在公信力。

真誤差是指觀測值與真值之差，它很大程度上反映了測值系列的可靠性。通常情況下，觀測值的真誤差是未知的。因此，真誤差通常用觀測值的殘差代替，編制相應的誤差分析程序，對比分析典型觀測資料，就此評價各監測量的可靠性和精度。

2.4.3 誤差分析和處理 通常情況下監測數據誤差包括以下幾種：過失誤差。該誤差通常是由人為因素導致的，具體表現在數據上是錯誤的或者超限差，其原因通常是監測人員弄錯儀器編號、輸錯參數、記錄錯誤等造成的，面對這種錯誤，直接剔除相關數據，同時及時進行補測或返測。偶然誤差。該誤差是由偶然因素導致的，具有一定的隨機的，但總體上還是符合正態分布的，因此采用常規誤差分析理論正確處理即可。系統誤差。該誤差產生的原因主要是監測母體的變化導致的，這類誤差通常是一常數或為按一定規律變化的量，處理方式是通過校正儀器消除。

①粗差的判識和處理。粗大誤差即為粗差，一般來自偶然誤差或過失誤差。處理粗差的關鍵在于識別粗差，常用的識別和剔除粗差的方法有兩種，分別是人工判斷和統計分析。②人工判斷法。人工判斷是指對比歷史的或相鄰的安全監測數據，或者分析所測數據是否具有物理意義，從而判斷數據是否合理。為良好的完成人工判斷，相關人員應將該測點過往的監測數據及相關資料帶到現場，便于安全監測現場隨時校核、計算安全監測數據。在利用計算機處理時，為便于安全監測資料的人工采集時有所參照，計算機管理軟件提供對所有安全監測儀器上次安全監測數據的一覽表。利用監測資料管理分析軟件功能演示如圖1所示。

作圖法也是一種有效的人工判斷方法，它通過監控模型擬合曲線或者繪制安全監測數據過程線，可分析出粗差點可能是哪些。

③統計回歸法。采用回歸方程對以往的安全監測數據進行統計回歸計算，若測的測值差在合理范圍內，可繼續采用，若其測值差為2～3倍標準差，可認為該測值誤差較大，需用回歸計算結果代替這個測值，將原測值替換掉。

若經檢查檢測后發現相關數據不符合客觀規律，應對其采取重測措施；若監測數據存在較大的系統誤差時，應及時分析形成原因并找到應對方案。

3 監測數據的處理

對原始安全監測數據的復制件的處理即為監測數據的處理，其主要內容包括缺值的補差、平差、誤差的修改、平滑和修勻等，利用監測資料管理分析軟件完成。切記不可直接對原始安全監測數據進行處理，要求處理的每個步驟都記錄下來，并最終形成一個相應的數據庫。

3.1 監測數據的平差

在實際監測中各類狀況繁多，其監測結果難免存在隨機誤差，此時需要進行多余安全監測。針對存在隨機誤差的安全監測值，應采取有效措施將它們之間的不符值消除掉，計算出未知量的最可靠值，同時評定測量結果的精度，此為安全監測數據的平差。平差安全監測數據的方法有很多，比如直接平差法、矩陣平差、間接平差、條件平差或兩組平差等，每種平差方法各有利弊，應依據實際情況合理選取平差方法。

3.2 監測數據的補插

若由于某種原因導致出現了漏測，或者由于某種原因出現了雖然監測了但是沒有監測測值，針對上述情況應及時補充上合理的值，此即為安全監測資料的補插。補插通常采取的是數學插值方法，比如樣條函數插值、多項式插值等。

3.3 監測數據的修勻

若由于某種偶然因素的影響，安全監測數據表現出不同以往的起伏，應將這組數據進行修勻處理，將偶然因素的影響消除掉，盡量將數據的真實變化規律體現出來。修勻并不是必要步驟，它只出現在繪圖或者計算等環節。在進行修勻處理前應保留原始數據，同時保留修勻后的數據，但切記將兩者分開存放。

4 結語

在安全監測項目中，監測資料的整理及數據的處理做到系統性、科學性、合理性、對監測工作具有舉足輕重的作用。筆者深信監測資料的整理及數據處理方法也會隨著科技手段的不斷進步和發展，而不斷打破傳統的方法，最終實現減少人工干預程度、降低技術人員勞動強度，提高勞動效率和經濟效益的目的。

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