山區(qū)高填方機(jī)場(chǎng)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理方法探討

1、<p>　　山區(qū)高填方機(jī)場(chǎng)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理方法探討</p><p>　　【摘要】通過(guò)恰當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行山區(qū)機(jī)場(chǎng)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理來(lái)提高內(nèi)業(yè)工作的效率，從而也能在某種程度上有著加快機(jī)場(chǎng)建設(shè)進(jìn)程的作用。本文針對(duì)常用的幾種變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行分析探討，其結(jié)果對(duì)山區(qū)高填方機(jī)場(chǎng)實(shí)際工程的應(yīng)用具有一定的借鑒意義。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】高填方機(jī)場(chǎng)，沉降監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)處理 </p&

2、gt;<p><b>　　0 引言 </b></p><p>　　山區(qū)高填方機(jī)場(chǎng)建設(shè)區(qū)域地形地勢(shì)條件、水文地質(zhì)條件復(fù)雜，變形問(wèn)題不可避免的存在。機(jī)場(chǎng)的變形輕則影響機(jī)場(chǎng)道面的功能性要求，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)道面結(jié)構(gòu)性損壞，威脅著乘客的人生安全。因此，對(duì)于山區(qū)高填方機(jī)場(chǎng)的建設(shè)不僅僅要求建設(shè)質(zhì)量可靠，由于其建設(shè)環(huán)境的特殊性，需要對(duì)建設(shè)區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)變形監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)變形區(qū)域采集數(shù)據(jù)計(jì)算，及時(shí)

3、分析變形體是否處于穩(wěn)定安全狀態(tài)。本文通過(guò)對(duì)常用變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行總結(jié)，分析出適用于山區(qū)高填方機(jī)場(chǎng)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理的方法。 </p><p>　　1 沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理基本方法 </p><p>　　傳統(tǒng)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本采用人工或者半人工計(jì)算的方式來(lái)進(jìn)行處理。而在諸如機(jī)場(chǎng)建設(shè)等一些較大型的沉降監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，數(shù)據(jù)處理多為自動(dòng)化方式，借助于一系列的大型數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行自動(dòng)化處理計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果

4、自動(dòng)成圖，分析預(yù)測(cè)沉降趨勢(shì)，便于有效掌握變形體的沉降變形情況，及時(shí)解決變形問(wèn)題。 </p><p>　　以下對(duì)常用監(jiān)測(cè)網(wǎng)平差方法進(jìn)行總結(jié)和分析，選擇適于山區(qū)高填方機(jī)場(chǎng)變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的方法。 </p><p><b>　　監(jiān)測(cè)網(wǎng)經(jīng)典平差 </b></p><p>　　監(jiān)測(cè)網(wǎng)經(jīng)典平差是基于網(wǎng)中擁有足夠的穩(wěn)定點(diǎn)作為平差時(shí)的起算點(diǎn)，并以這些數(shù)據(jù)作為

5、基準(zhǔn)，確定網(wǎng)中其余未知點(diǎn)的坐標(biāo)。此類監(jiān)測(cè)網(wǎng)由于其圖形復(fù)雜，且含有較多的多余觀測(cè)，常用間接平差法。 </p><p>　　作為經(jīng)典網(wǎng)平差有如下兩個(gè)問(wèn)題： </p><p>　　1、網(wǎng)中可能存在多個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)，選擇不同的穩(wěn)定點(diǎn)作為起算點(diǎn)時(shí)，其平差結(jié)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(wèn)題。 </p><p>　　2、對(duì)于變形網(wǎng)中的網(wǎng)點(diǎn)，一般很難預(yù)先確定出哪些點(diǎn)是

6、絕對(duì)不動(dòng)的，也就是說(shuō)基準(zhǔn)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(méi)有足夠的起算數(shù)據(jù)，沒(méi)有固定的起算點(diǎn)。秩虧自由網(wǎng)可以不預(yù)先假定固定點(diǎn)，所有網(wǎng)點(diǎn)等同看待，即是將所有網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)都視為帶定量，這時(shí)秩虧自由網(wǎng)平差可以結(jié)算出變形量，其核心是最終的平差結(jié)果和所選基準(zhǔn)（平差時(shí)的約束條件）無(wú)關(guān)。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(biāo)是不同的，但求得的單位權(quán)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(qiáng)的多，因此其在目前變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理中顯得非常重要，尤其是針對(duì)區(qū)域變形監(jiān)測(cè)，非線性大地網(wǎng)秩虧平差的應(yīng)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(guó)

8、周文江教授于1980年針對(duì)變形觀測(cè)網(wǎng)中存在相對(duì)穩(wěn)定點(diǎn)情況而提出的一種合適解法。此平差法是以網(wǎng)中的相對(duì)穩(wěn)定點(diǎn)組的重心參考系作為網(wǎng)配置的基準(zhǔn)。自由網(wǎng)擬穩(wěn)平差的結(jié)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(jié)果相同，但由于參考系的不同，測(cè)量值的平差結(jié)果及測(cè)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(jié)，針對(duì)山區(qū)高填方機(jī)場(chǎng)建設(shè)沉降變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的特點(diǎn)，由于有些沉降變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)可能處于地質(zhì)

9、條件不好，受力變化比較大的地方，各網(wǎng)點(diǎn)移動(dòng)的可能性不同。并且，在某些時(shí)候，對(duì)于沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)的穩(wěn)定性并不能預(yù)先得知，而經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后可以知道某些點(diǎn)的移動(dòng)情況[2]。以上所述均常見(jiàn)于山區(qū)高填方機(jī)場(chǎng)沉降監(jiān)測(cè)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(jī)場(chǎng)沉降變形數(shù)據(jù)處理時(shí)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(yù)測(cè)基本方法 </p><p

10、>　　隨著技術(shù)的發(fā)展以及對(duì)工程質(zhì)量及建設(shè)安全的保證，不僅在對(duì)變形體進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)時(shí)所使用的儀器觀測(cè)精度要求提高，數(shù)據(jù)處理成果的準(zhǔn)確性及對(duì)后期變形情況預(yù)測(cè)的有效性要求也隨之提高。一般沉降變形預(yù)測(cè)的做法是根據(jù)已有相關(guān)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用數(shù)學(xué)模型來(lái)逼近、模擬和揭示變形體的變形規(guī)律和動(dòng)態(tài)特征，為工程設(shè)計(jì)和災(zāi)害防治提供一定的科學(xué)依據(jù)，現(xiàn)將幾種常用沉降預(yù)測(cè)方法總結(jié)如下： </p><p><b>　　回歸分析法：

11、 </b></p><p>　　隨著對(duì)變形體沉降變形進(jìn)行多期觀測(cè)，獲得大量的觀測(cè)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(duì)變形的作用因素。我們需要從獲取的數(shù)據(jù)中，通過(guò)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(guān)系。 </p><p>　　采用回歸分析的方法可以將對(duì)數(shù)據(jù)的認(rèn)識(shí)提升到定量的層面，該方法屬于研究變量之間相關(guān)關(guān)系的統(tǒng)計(jì)

12、方法，適合于變形體與其他因素相關(guān)的變形預(yù)測(cè)，以大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，找出變量之間的內(nèi)部規(guī)律，即統(tǒng)計(jì)上的回歸關(guān)系[4]。 </p><p><b>　　時(shí)間序列分析法： </b></p><p>　　相對(duì)于回歸分析法，時(shí)間序列分析法可以應(yīng)用于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是統(tǒng)計(jì)相關(guān)的情況，因?yàn)闊o(wú)論是按時(shí)間序列排列的觀測(cè)數(shù)據(jù)還是按空間位置順序排列的觀測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)之間都或多或少的存在著統(tǒng)計(jì)自相關(guān)的

13、現(xiàn)象。 </p><p>　　時(shí)間序列分析法是一種動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)處理方法，分析觀測(cè)資料考慮到時(shí)間順序時(shí)，由于觀測(cè)值的非獨(dú)立性，未來(lái)觀測(cè)值可由已有的觀測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)得到，可利用觀測(cè)值之間的自相關(guān)性建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述變形體的動(dòng)態(tài)變形特征[1]。 </p><p><b>　　灰色系統(tǒng)預(yù)測(cè)法 </b></p><p>　　針對(duì)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(qiáng)等特點(diǎn)，使得諸如回歸分析預(yù)測(cè)等方法存在較大的預(yù)測(cè)難度。 </p><p>　　對(duì)此，由我國(guó)鄧聚龍教授提出的灰色系統(tǒng)理論衍生的預(yù)測(cè)方法，對(duì)變形監(jiān)測(cè)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(qiáng)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(nèi)在規(guī)律，然后對(duì)生成數(shù)列再做研究[5]。 </p><p>　　模糊人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法：

15、</p><p>　　針對(duì)傳統(tǒng)方法中處理非線性問(wèn)題時(shí)采用分段線性化的方法這一缺陷，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在處理非線性問(wèn)題上，具有一定的優(yōu)越性，為非線性系統(tǒng)建模、識(shí)別和預(yù)測(cè)提供了一個(gè)有效的解決途徑。其基本思想是先用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立變形影響參數(shù)與變形之間的非線性關(guān)系，再將待測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)影響變形的參數(shù)輸入到已建好的網(wǎng)絡(luò)中，即可預(yù)測(cè)變形量。 </p><p>　　根據(jù)以上對(duì)幾種預(yù)測(cè)方法的總結(jié)分析，結(jié)合山區(qū)高填方機(jī)場(chǎng)沉

16、降監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，綜合考慮沉降變形所受內(nèi)部因素較多，而回歸分析法主要針對(duì)變形由外部因素引起的變形預(yù)測(cè)分析。時(shí)間序列常常受到長(zhǎng)期趨勢(shì)、周期波動(dòng)及不規(guī)則變動(dòng)等影響，且其只注重監(jiān)測(cè)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(duì)山區(qū)高填方機(jī)場(chǎng)沉降進(jìn)行預(yù)測(cè)選用這兩種方法都不是很適宜?；疑到y(tǒng)預(yù)測(cè)法與模糊人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的結(jié)合使用比較適合于山區(qū)高填方機(jī)場(chǎng)沉降變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理，在沉降監(jiān)測(cè)初期，由于獲取的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有限，使用灰色系統(tǒng)預(yù)測(cè)法進(jìn)行數(shù)據(jù)生成，一方面

17、進(jìn)行初步沉降預(yù)測(cè)，另一方面后期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也能驗(yàn)證其正確性。在沉降監(jiān)測(cè)的中后期，考慮到變形是變形體受多種內(nèi)、外部因素共同作用的結(jié)果，其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)往往具有復(fù)雜的非線性特征，因此選擇人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法來(lái)對(duì)變形體直接建模具有較好的預(yù)測(cè)效果。 </p><p><b>　　3 總結(jié) </b></p><p>　　本文針對(duì)沉降變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理基本方法及其預(yù)測(cè)方法的總結(jié)分析，提出適用于

18、山區(qū)高填方機(jī)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理和預(yù)測(cè)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(duì)所選擇處理方法進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用，才能驗(yàn)證其可行性。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 侯建國(guó).王騰軍.變形監(jiān)測(cè)理論與應(yīng)用[M].北京：測(cè)繪出版社，2008.6 </p><p>　　[2] 周虎鑫.容建堂. 高填方機(jī)

19、場(chǎng)工程沉降變形監(jiān)測(cè)探討[J].機(jī)場(chǎng)工程.2011（4） </p><p>　　[3] 張建旭.沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)位移分析的理論與方法研究[D].北京交通大學(xué).2010 </p><p>　　[4] 馮國(guó)建.高填方數(shù)值模擬及沉降變形預(yù)測(cè)研究[D].貴州大學(xué).2006. </p><p>　　[5] 李大軍.pGM（1，1）灰色預(yù)測(cè)模型及其應(yīng)用.華東地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào).2002.25