變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理課程教案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理課程教案班級測繪工程0841-08420-1021科目變形監(jiān)測課程類型專業(yè)課學(xué)時(shí)數(shù)4教學(xué)內(nèi)容第一章 緒論教學(xué)目的通過本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握變形監(jiān)測的內(nèi)容、目的與意義，熟悉變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展，變形分析的的內(nèi)涵及其研究進(jìn)展。重點(diǎn)變形監(jiān)測的主要內(nèi)容及其目的難點(diǎn)本章無難點(diǎn)教學(xué)方法課堂講授教學(xué)進(jìn)程第一講 變形監(jiān)測的內(nèi)容、目的與意義（2學(xué)時(shí)） 第二講 變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展；變形分析的的內(nèi)涵及其研究進(jìn)展（2學(xué)時(shí)）課后總結(jié)各種工程建筑物、構(gòu)筑物變形監(jiān)測的主要內(nèi)容變形監(jiān)測三個(gè)方面的目的及三個(gè)方面的意義。熟悉常見的幾種變形監(jiān)測技術(shù)，了解變形監(jiān)測分析的內(nèi)涵。作業(yè)無第一章

2、 變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理主要參考書:1.陳永奇,吳子安,吳中如.變形監(jiān)測分析與預(yù)報(bào).北京:測繪出版社,1998 2.吳子安.工程建筑物變形觀測數(shù)據(jù)處理.北京:測繪出版社,19893.陳永奇.變形觀測數(shù)據(jù)處理.北京:測繪出版社,19884.吳中如.水工建筑物安全監(jiān)控理論及其應(yīng)用.北京:高等教育出版社,2003 5.吳中如,顧沖時(shí).大壩原型反分析及其應(yīng)用.南京:江蘇科學(xué)技術(shù)出版社,2000 6.夏才初,潘國榮.土木工程監(jiān)測技術(shù).北京:中國建筑工業(yè)出版社,20017.王尚慶.長江三峽滑坡監(jiān)測預(yù)報(bào).北京:地質(zhì)出版社,19998.李珍照.大壩安全監(jiān)測.北京:中國電力出版社,1997 9.岳建平等.變形監(jiān)測技術(shù)

3、與應(yīng)用. 國防工業(yè)出版社 200710.何秀鳳.變形監(jiān)測新方法及其應(yīng)用.科學(xué)出版社 200711.伊?xí)詵|等.變形監(jiān)測技術(shù)及應(yīng)用.黃河水利出版社，2007 12.白迪謀.工程建筑物變形觀測和變形分析.西南交通大學(xué)出版社，2002 13.朱建軍等.變形測量的理論與方法.中南大學(xué)出版社，2004 14.唐孟雄等.深基坑工程變形控制.中國建筑工業(yè)出版社，200615.黃聲享等.小浪底水利樞紐外部變形規(guī)律研究. 測繪出版社,2008.12 規(guī)范:1. 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).建筑變形測量規(guī)范 （JGJ8-2007）. 北京:中國建筑工業(yè)出版社,20082. 中華人民共和國水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn). 混凝土大壩安全監(jiān)

4、測技術(shù)規(guī)范（DL/T 5178-2003）. 北京：中國水利水電出版社, 20041.1 變形監(jiān)測的內(nèi)容、目的與意義本節(jié)要求了解并掌握三方面的內(nèi)容： 變形監(jiān)測的基本概念；變形監(jiān)測的內(nèi)容；變形監(jiān)測的目的和意義 。1.1.1 變形監(jiān)測的基本概念變形的概念：變形是自然界的普遍現(xiàn)象，它是指變形體在各種荷載作用下，其形狀、大小及位置在時(shí)空域中的變化。變形體的變形在一定范圍內(nèi)被認(rèn)為是允許的，如果超出允許值，則可能引發(fā)災(zāi)害。自然界的變形危害現(xiàn)象時(shí)刻都在我們周邊發(fā)生著，如地震、滑坡、巖崩、地表沉陷、火山爆發(fā)、潰壩、橋梁與建筑物的倒塌等。變形監(jiān)測的概念：所謂變形監(jiān)測，就是利用測量與專用儀器和方法對變形體的變形現(xiàn)

5、象進(jìn)行監(jiān)視觀測的工作。其任務(wù)是確定在各種荷載和外力作用下，變形體的形狀、大小及位置變化的空間狀態(tài)和時(shí)間特征。變形監(jiān)測工作是人們通過變形現(xiàn)象獲得科學(xué)認(rèn)識、檢驗(yàn)理論和假設(shè)的必要手段。 變形體的范疇：變形體的范疇可以大到整個(gè)地球，小到一個(gè)工程建（構(gòu)）筑物的塊體，它包括自然的和人工的構(gòu)筑物。根據(jù)變形體的研究范圍，可將變形監(jiān)測研究對象劃分為這樣三類： 全球性變形研究，如監(jiān)測全球板塊運(yùn)動(dòng)、地極移動(dòng)、地球自轉(zhuǎn)速率變化、地潮等； 區(qū)域性變形研究，如地殼形變監(jiān)測、城市地面沉降等； 工程和局部性變形研究，如監(jiān)測工程建筑物的三維變形、滑坡體的滑動(dòng)、地下開采使引起的地表移動(dòng)和下沉等。 最典型的變形體：大壩；橋梁；高層

6、（聳）建筑物； 礦區(qū)；防護(hù)堤；邊坡；隧道；地鐵；地表沉降；高速鐵路；核電站；大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置等。1.1.2 變形監(jiān)測的內(nèi)容變形監(jiān)測的內(nèi)容，應(yīng)根據(jù)變形體的性質(zhì)與地基情況來定。要求有明確的針對性，既要有重點(diǎn)，又要作全面考慮，以便能正確反映出變形體的變化情況，達(dá)到監(jiān)視變形體的安全、了解其變形規(guī)律之目的。 工業(yè)與民用建筑物：主要包括基礎(chǔ)的沉陷觀測與建筑物本身的變形觀測。就其基礎(chǔ)而言，主要觀測內(nèi)容是建筑物的均勻沉陷與不均勻沉陷。對于建筑物本身來說，則主要是觀測傾斜與裂縫。對于高層和高聳建筑物，還應(yīng)對其動(dòng)態(tài)變形（主要為振動(dòng)的幅值、頻率和扭轉(zhuǎn)）進(jìn)行觀測。對于工業(yè)企業(yè)、科學(xué)試驗(yàn)設(shè)施與軍事設(shè)施中的各種工藝設(shè)備、

7、導(dǎo)軌等，其主要觀測內(nèi)容是水平位移和垂直位移。 水工建筑物：對于土壩，其觀測項(xiàng)目主要為水平位移、垂直位移、滲透以及裂縫觀測。對于混凝土壩，以混凝土重力壩為例，由于水壓力、外界溫度變化、壩體自重等因素的作用， 其主要觀測項(xiàng)目主要為垂直位移（從而可以求得基礎(chǔ)與壩體的轉(zhuǎn)動(dòng)）、水平位移（從而可以求得壩體的扭曲）以及伸縮縫的觀測，這些內(nèi)容通常稱為外部變形觀測。此外，為了了解混凝土壩結(jié)構(gòu)內(nèi)部的情況，還應(yīng)對混凝土應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力、溫度等進(jìn)行觀測，這些內(nèi)容通常稱為內(nèi)部觀測。 地面沉降：對于建立在江河下游沖積層上的城市，由于工業(yè)用水需要大量地吸取地下水，而影響地下土層的結(jié)構(gòu)，將使地面發(fā)生沉降現(xiàn)象。對于地下采礦地區(qū)，

8、由于在地下大量的采掘，也會使地表發(fā)生沉降現(xiàn)象。這種沉降現(xiàn)象嚴(yán)重的城市地區(qū)，暴雨以后將發(fā)生大面積的積水，影響倉庫的使用與居民的生活。有時(shí)甚至造成地下管線的破壞，危及建筑物的安全。因此，必須定期地進(jìn)行觀測，掌握其沉降與回升的規(guī)律，以便采取防護(hù)措施。對于這些地區(qū)主要應(yīng)進(jìn)行地表沉降觀測。 1.1.3 變形監(jiān)測的目的和意義 科學(xué)、準(zhǔn)確、及時(shí)地分析和預(yù)報(bào)工程及工程建筑物的變形狀況，對工程建筑物的施工和運(yùn)營管理極為重要，這一工作屬于變形監(jiān)測的范疇。由于變形監(jiān)測涉及到測量、工程地質(zhì)、水文、結(jié)構(gòu)力學(xué)、地球物理、計(jì)算機(jī)科學(xué)等諸多學(xué)科的知識，是一項(xiàng)跨學(xué)科的研究，正向邊緣學(xué)科的方向發(fā)展，已成為測量工作者與其它學(xué)科專家

9、合作研究的領(lǐng)域。 變形監(jiān)測所研究的理論和方法主要涉及到這樣三個(gè)方面：§ 變形信息的獲?。?#167; 變形信息的分析與解釋；§ 以及變形預(yù)報(bào)。其研究成果對預(yù)防自然災(zāi)害及了解變形機(jī)理是極為重要的。對于工程建筑物，變形監(jiān)測除了作為判斷其安全的耳目之外，還是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)和施工的重要手段。 對于工程建筑物，變形監(jiān)測的意義重點(diǎn)表現(xiàn)在：§ 確保安全§ 驗(yàn)證設(shè)計(jì)§ 災(zāi)害防治 Ø 具有實(shí)用上的意義，主要是掌握各種建筑物和地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性，為安全性診斷提供必要信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，以便采取措施；Ø 具有科學(xué)上的意義，包括更好地理解變形的機(jī)理，驗(yàn)證有

10、關(guān)工程設(shè)計(jì)的理論和地殼運(yùn)動(dòng)的假說，進(jìn)行反饋設(shè)計(jì)，以及建立有效的變形預(yù)報(bào)模型。1.2 變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展 變形信息獲取方法的選擇取決于變形體的特征、變形監(jiān)測的目的、變形大小和變形速度等因素。Ø 在全球性變形監(jiān)測方面，空間大地測量是最基本最適用的技術(shù)，它主要包括全球定位系統(tǒng)（GPS）、甚長基線射電干涉測量（VLBI）、衛(wèi)星激光測距（SLR）、激光測月技術(shù)（LLR）以及衛(wèi)星重力探測技術(shù)（衛(wèi)星測高、衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星和衛(wèi)星重力梯度測量）等技術(shù)手段；Ø 在區(qū)域性變形監(jiān)測方面，GPS已成為主要的技術(shù)手段。近十年發(fā)展起來的空間對地觀測遙感新技術(shù)合成孔徑雷達(dá)干涉測量（InSAR,Interfe

11、rometric Synthetic Aperture Radar），在監(jiān)測地震變形、火山地表移動(dòng)、冰川漂移、地面沉降、山體滑坡等方面，其試驗(yàn)成果的精度已可達(dá)厘米或毫米級，表現(xiàn)出很強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢。但精密水準(zhǔn)測量依然是高精度高程信息獲取的方法。 Ø 在工程和局部性變形監(jiān)測方面，地面常規(guī)測量技術(shù)、地面攝影測量技術(shù)、特殊和專用的測量手段、以及以GPS為主的空間定位技術(shù)等均得到了較好的應(yīng)用。 合理設(shè)計(jì)變形監(jiān)測方案是變形監(jiān)測的首要工作，對于監(jiān)測網(wǎng)設(shè)計(jì)而言，其主要內(nèi)容包括：確定監(jiān)測網(wǎng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；選擇觀測方法；點(diǎn)位的最佳布設(shè)和觀測方案的最優(yōu)選擇。在過去三十年里，變形監(jiān)測方案設(shè)計(jì)和監(jiān)測網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究

12、較為深入和全面，取得了豐富的理論研究成果和實(shí)用效益，這一點(diǎn)可從眾多文獻(xiàn)中得到體現(xiàn)。目前，在變形監(jiān)測方案與監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，其主要發(fā)展是監(jiān)測方案的綜合設(shè)計(jì)和監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理與綜合處理。例如，在大壩的變形監(jiān)測中，要綜合考慮外部觀測和內(nèi)部觀測設(shè)計(jì)，大地測量與特殊測量的觀測量（geodetic and geotechnical observations）要進(jìn)行綜合處理與分析。 數(shù)十年變形監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的地表變形監(jiān)測方法主要采用的是大地測量法。1）常規(guī)地面測量方法的完善與發(fā)展，其顯著進(jìn)步是全站型儀器的廣泛使用，尤其是全自動(dòng)跟蹤全站儀（RTS, Robotic Total Stations），也稱

13、測量機(jī)器人（Georobot），為局部工程變形的自動(dòng)監(jiān)測或室內(nèi)監(jiān)測提供了一種很好的技術(shù)手段，它可進(jìn)行一定范圍內(nèi)無人值守、全天侯、全方位的自動(dòng)監(jiān)測。例如，在美國加州南部的一個(gè)新水庫（Diamond Valley Lake已安裝了由8個(gè)永久性 RTS 和218個(gè)棱鏡組成的地面自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)。但是，TPS（Terrestrial Positional System）的最大缺陷是受測程限制，測站點(diǎn)一般都處在變形區(qū)域范圍之內(nèi)。 2）地面攝影測量技術(shù)在變形監(jiān)測中的應(yīng)用起步較早，但是由于攝影距離不能過遠(yuǎn)，絕對精度較低，使得其應(yīng)用受到局限，僅大量應(yīng)用于高塔、煙囪、古建筑、船閘、邊坡體等的變形監(jiān)測。后來發(fā)展起來的

14、數(shù)字?jǐn)z影測量和實(shí)時(shí)攝影測量為地面攝影測量技術(shù)在變形監(jiān)測中的深入應(yīng)用開拓了非常廣泛的前景。地面三維激光掃描系統(tǒng)將是變形監(jiān)測領(lǐng)域的一種重要技術(shù)。 3）光、機(jī)、電技術(shù)的發(fā)展，研制了一些特殊和專用的監(jiān)測儀器可用于變形的自動(dòng)監(jiān)測，它包括應(yīng)變測量、準(zhǔn)直測量和傾斜測量。采用光纖傳感器測量系統(tǒng)將信號測量與信號傳輸合二為一，具有強(qiáng)的抗雷擊、抗電磁場干擾和抗惡劣環(huán)境的能力，便于組成遙測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線分布式監(jiān)測。 4）GNSS作為一種全新的現(xiàn)代空間定位技術(shù)，已逐漸在許多領(lǐng)域取代常規(guī)光學(xué)和電子測量儀器，在變形監(jiān)測領(lǐng)域也不例外。自從上世紀(jì)80年代以來，尤其是進(jìn)入90年代后，GPS衛(wèi)星定位和導(dǎo)航技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合，

15、在空間定位技術(shù)方面引起了革命性的變化。用GPS同時(shí)測定三維坐標(biāo)的方法將測繪定位技術(shù)從陸地和近海擴(kuò)展到整個(gè)海洋和外層空間，從靜態(tài)擴(kuò)展到動(dòng)態(tài)，從單點(diǎn)定位擴(kuò)展到局部與廣域差分，從事后處理擴(kuò)展到實(shí)時(shí)（準(zhǔn)實(shí)時(shí)）定位與導(dǎo)航，絕對和相對精度擴(kuò)展到米級、厘米級乃至亞毫米級，從而大大拓寬了它的應(yīng)用范圍和在各行各業(yè)中的作用。數(shù)據(jù)通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和以GPS為代表的空間定位技術(shù)的日益發(fā)展和完善，使得GPS法由原來的周期性觀測走向高精度、實(shí)時(shí)、連續(xù)、自動(dòng)監(jiān)測成為可能。GPS用于變形監(jiān)測的作業(yè)方式可劃分為周期性和連續(xù)性兩種模式（episodic and continuous mode）。 1）周期性變形監(jiān)測與傳統(tǒng)的變

16、形監(jiān)測網(wǎng)沒有多大區(qū)別，因?yàn)橛械淖冃误w的變形極為緩慢，在局部時(shí)間域內(nèi)可以認(rèn)為是穩(wěn)定的，其監(jiān)測頻率可以是幾個(gè)月，有的長達(dá)幾年，此時(shí)，采用GPS靜態(tài)相對定位法進(jìn)行測量，數(shù)據(jù)處理與分析一般都是事后的。經(jīng)過十多年的努力，GPS靜態(tài)相對定位數(shù)據(jù)處理技術(shù)基本成熟，在周期性監(jiān)測方面，其最大屏障還是變形基準(zhǔn)的選擇與確定，已成為近幾年研究的關(guān)鍵 。2）連續(xù)性變形監(jiān)測指的是采用固定監(jiān)測儀器進(jìn)行長時(shí)間的數(shù)據(jù)采集，獲得變形數(shù)據(jù)序列。雖然連續(xù)性監(jiān)測模式也是對測點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)性的觀測，但其觀測數(shù)據(jù)是連續(xù)的，具有較高的時(shí)間分辨率。根據(jù)變形體的不同特征，GPS連續(xù)性監(jiān)測可采用靜態(tài)相對定位和動(dòng)態(tài)相對定位兩種數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行觀測，一般

17、要求變形響應(yīng)的實(shí)時(shí)性，它為數(shù)據(jù)解算和分析提出了更高要求。比如，大壩在超水位蓄洪時(shí)就必須時(shí)刻監(jiān)視其變形狀況，要求監(jiān)測系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理與分析能力。當(dāng)然，有的監(jiān)測對象雖然要求較高的時(shí)間采樣率，但是數(shù)據(jù)解算和分析可以是事后的。比如，橋梁的靜動(dòng)載試驗(yàn)和高層建筑物的振動(dòng)測量，其監(jiān)測的目的在于獲取變形信息，數(shù)據(jù)處理與分析可以事后進(jìn)行。 u 在動(dòng)態(tài)監(jiān)測方面，過去一般采用加速度計(jì)、激光干涉儀等測量設(shè)備測定建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，但是，隨著建筑物高度的增高，以及連續(xù)性、實(shí)時(shí)性和自動(dòng)化監(jiān)測程度的要求加強(qiáng)，常規(guī)測量技術(shù)已越來越受到局限。GPS作為一種新方法，由于其硬件和軟件的發(fā)展與完善，特別是高采樣率（目

18、前有的已高達(dá)20Hz）GPS接收機(jī)的出現(xiàn)，在大型結(jié)構(gòu)物動(dòng)態(tài)特性和變形監(jiān)測方面已表現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)越性。近幾年來，一些學(xué)者已開展了卓有成效的GPS動(dòng)態(tài)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)與測試工作。目前，GPS動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理主要采用OTF方法，同時(shí)，GPS變形監(jiān)測單歷元求解算法及其相應(yīng)軟件開發(fā)的研究也在發(fā)展之中。令人鼓舞的是，正如Loves等（1995）所言，隨著GPS動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測能力的進(jìn)一步證實(shí)，這一技術(shù)可望被采納為測量結(jié)構(gòu)振動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。 展望變形監(jiān)測技術(shù)的未來： 多種傳感器、數(shù)字近景攝影、全自動(dòng)跟蹤全站儀和GPS的應(yīng)用，將向?qū)崟r(shí)、連續(xù)、高效率、自動(dòng)化、動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的方向發(fā)展； 變形監(jiān)測的時(shí)空采樣率會得到大大提高，變形

19、監(jiān)測自動(dòng)化可為變形分析提供極為豐富的數(shù)據(jù)信息； 高度可靠、實(shí)用、先進(jìn)的監(jiān)測儀器和自動(dòng)化系統(tǒng)，要求在惡劣環(huán)境下長期穩(wěn)定可靠地運(yùn)行； 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，在大壩、橋梁、邊坡體等工程中將發(fā)揮巨大作用，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控是推進(jìn)重大工程安全監(jiān)控管理的必由之路。1.3 變形分析的的內(nèi)涵及其研究進(jìn)展人們對自然界現(xiàn)象的觀察，總是對有變化、無規(guī)律的部分感興趣，而對無變化、規(guī)律性很強(qiáng)的部分反映比較平淡。如何從平靜中找出變化，從變化中找出規(guī)律，由規(guī)律預(yù)測未來，這是人們認(rèn)識事物、認(rèn)識世界的常規(guī)辨證思維過程。變化越多、反應(yīng)越快，系統(tǒng)越復(fù)雜，這就導(dǎo)致了非線性系統(tǒng)的產(chǎn)生。人的思維實(shí)際是非線性的，而不是線性的，不是對表面現(xiàn)象的簡單反

20、應(yīng)，而是透過現(xiàn)象看本質(zhì)，從雜亂無章中找出其內(nèi)在規(guī)律性，然后遵循規(guī)律辦事。變形分析的真正內(nèi)涵就是這樣。 變形分析的內(nèi)涵就是從錯(cuò)綜復(fù)雜的變形現(xiàn)象中找出其內(nèi)在規(guī)律性。變形分析的研究內(nèi)容涉及到變形數(shù)據(jù)處理與分析、變形物理解釋和變形預(yù)報(bào)的各個(gè)方面，通常將其劃為兩部分： 1）變形的幾何分析; 2）變形物理解釋。變形的幾何分析是對變形體的形狀和大小的變形作幾何描述，其任務(wù)在于描述變形體變形的空間狀態(tài)和時(shí)間特性。變形物理解釋的任務(wù)是確定變形體的變形和變形原因之間的關(guān)系，解釋變形的原因。 1.3.1 變形分析方法簡介 傳統(tǒng)的變形幾何分析，主要包括：（1）參考點(diǎn)的穩(wěn)定性分析監(jiān)測點(diǎn)的變形信息是相對于參考點(diǎn)或一定基準(zhǔn)

21、的，如果所選基準(zhǔn)本身不穩(wěn)定或不統(tǒng)一，則由此獲得的變形值就不能反映真正意義上的變形，因此，變形的基準(zhǔn)問題是變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理首先必須考慮的問題。 過去對參考點(diǎn)的穩(wěn)定性分析主要局限于周期性的監(jiān)測網(wǎng)，方法有很多：Ø 以方差分析進(jìn)行整體檢驗(yàn)為基礎(chǔ)的 “平均間隙法”；Ø 以B檢驗(yàn)法為基礎(chǔ)的單點(diǎn)位移分量法；Ø 以方差分析和點(diǎn)的位移向量為基礎(chǔ)的檢驗(yàn)法；Ø 考慮大地基準(zhǔn)的檢驗(yàn)法；Ø 以位移的不變函數(shù)分析為基礎(chǔ)的檢驗(yàn)法等。Ø 后來發(fā)展的穩(wěn)健-S變換法，也稱逐次定權(quán)迭代法。（2）觀測值的平差處理和質(zhì)量評定§ 觀測值的平差處理和質(zhì)量評定非常重要，觀

22、測值的質(zhì)量好壞直接關(guān)系到變形值的精度和可靠性。在這方面，涉及到觀測值質(zhì)量、平差基準(zhǔn)、粗差處理、變形的可區(qū)分性等幾項(xiàng)內(nèi)容。§ 經(jīng)典平差固定基準(zhǔn)§ 自由網(wǎng)平差重心基準(zhǔn)§ 擬穩(wěn)平差擬穩(wěn)基準(zhǔn)§ 在W.Baarda（1968）數(shù)據(jù)探測法提出后，粗差探測與變形的可區(qū)分性研究成果極為豐富的。 （3）變形模型參數(shù)估計(jì)陳永奇（1988）概括了兩種基本的分析方法：Ø 直接法是直接用原始的重復(fù)觀測值之差計(jì)算應(yīng)變分量或它們的變化率；Ø 位移法是用各測點(diǎn)坐標(biāo)的平差值之差（位移值）計(jì)算應(yīng)變分量。同時(shí)，提出了變形分析通用法，研制了相應(yīng)的軟件DEFNAN。自1978

23、年，F(xiàn)IG工程測量專業(yè)委員會設(shè)立了由國際測繪界五所權(quán)威大學(xué)組成的特別委員會“變形觀測分析專門委員會”，極大地推動(dòng)了變形分析方法的研究，并取得了顯著成果。正如A.Chrzanowski（1996）所評價(jià)的，變形幾何分析的主要問題已經(jīng)得到解決。實(shí)質(zhì)上，自20世紀(jì)70年代末至90年代初，幾何變形分析研究較為完善的是常規(guī)地面測量技術(shù)進(jìn)行周期性監(jiān)測的靜態(tài)模型，考慮的僅是變形體在不同觀測時(shí)刻的空間狀態(tài)，并沒有很好地建立各個(gè)狀態(tài)間的聯(lián)系，更談不上變形監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)的變形分析研究。事實(shí)上，變形體在不同狀態(tài)之間是具有時(shí)間關(guān)聯(lián)性的。為此，后來許多學(xué)者將目光轉(zhuǎn)向時(shí)序觀測數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)模型研究，如：Ø 變形的時(shí)

24、間序列分析方法建模；Ø 基于數(shù)字信號處理的數(shù)字濾波技術(shù)分離時(shí)效分量；Ø 變形的卡爾曼濾波模型；Ø 用FIR（Finite Impulse Response）濾波器抑制GPS多路徑效應(yīng)。動(dòng)態(tài)變形分析既可以在時(shí)間域進(jìn)行，也可以在頻率域進(jìn)行。頻譜分析方法是將時(shí)域內(nèi)的數(shù)據(jù)序列通過傅立葉（Fourier）級數(shù)轉(zhuǎn)換到頻域內(nèi)進(jìn)行分析，它有利于確定時(shí)間序列的準(zhǔn)確周期并判別隱蔽性和復(fù)雜性的周期數(shù)據(jù)。頻譜分析法用于確定動(dòng)態(tài)變形特征（頻率和幅值）是一種常用方法，尤其在建筑物結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測方面被廣為采用。但是，頻譜分析法的苛刻條件是數(shù)據(jù)序列的等時(shí)間間隔要求，這為一些工程變形監(jiān)測分析的實(shí)用性

25、增加了難度，因?yàn)閷τ诜堑乳g隔時(shí)間序列進(jìn)行插補(bǔ)和平滑處理必然會帶入人為因素的影響。多年來，對變形數(shù)據(jù)分析方法研究是極為活躍的，除了傳統(tǒng)的多元回歸分析法以及上述的時(shí)間序列分析法、頻譜分析法和濾波技術(shù)之外，灰色系統(tǒng)理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等非線性時(shí)間序列預(yù)測方法也得到了一定程度的應(yīng)用。比如，Ø 應(yīng)用灰關(guān)聯(lián)分析方法研究多個(gè)因變量和多個(gè)自變量的變形問題；Ø 應(yīng)用灰色理論建模預(yù)測深基坑事故隱患；Ø 應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模進(jìn)行短期變形預(yù)測。變形分析中，為彌補(bǔ)單一方法的缺陷，多種方法的結(jié)合得到了發(fā)展，例如：Ø 模糊數(shù)學(xué)與灰色理論相結(jié)合，應(yīng)用灰關(guān)聯(lián)聚類分析法進(jìn)行多測點(diǎn)建模預(yù)測；

26、16; 模糊數(shù)學(xué)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，應(yīng)用模糊人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建模進(jìn)行邊坡和大壩的變形預(yù)報(bào)；Ø 應(yīng)用抗差估計(jì)理論對多元回歸分析模型進(jìn)行改進(jìn)的抗差多元回歸模型，處理數(shù)據(jù)序列的粗差問題；Ø 研究認(rèn)為，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)相結(jié)合，是解決大壩安全監(jiān)控專家系統(tǒng)開發(fā)由于變形體變形的錯(cuò)綜復(fù)雜，可以看作為一個(gè)復(fù)雜性系統(tǒng)。復(fù)雜系統(tǒng)含有許多非線性、不確定性等復(fù)雜因素及它們之間相互作用所形成復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)特性。創(chuàng)立于20世紀(jì)70年代的非線性科學(xué)理論在變形研究中也得到了反映。例如，根據(jù)突變理論，用尖點(diǎn)突變模型研究大壩及巖基的穩(wěn)定性；將大壩運(yùn)行性態(tài)看成為一種非線性動(dòng)力系統(tǒng)，研究了大壩觀測數(shù)據(jù)序列中的

27、混沌現(xiàn)象。 在變形分析中，出于實(shí)用、簡便上的考慮，我們一般應(yīng)用較多的是單測點(diǎn)模型，為顧及監(jiān)測點(diǎn)的整體空間分布特性，多測點(diǎn)變形監(jiān)控模型也得到了發(fā)展。 從現(xiàn)行的變形分析方法中，我們不難發(fā)現(xiàn)，大多都是離線的（事后的），不能進(jìn)行即時(shí)預(yù)報(bào)與監(jiān)控，無法在緊急關(guān)頭為突發(fā)性災(zāi)害提供即時(shí)決策咨詢，這與目前自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)的要求很不相符，為此，研究在線實(shí)時(shí)分析與監(jiān)控的方法成為技術(shù)關(guān)鍵。已有研究表明，采用遞推算法的貝葉斯動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行大壩監(jiān)測的動(dòng)態(tài)分析認(rèn)為是可行的。在隔河巖大壩GPS自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)中，我們采用遞推式卡爾曼濾波模型進(jìn)行全自動(dòng)在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理起到了較好效果。 在GPS監(jiān)測系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)處理的主要工作是觀測資料

28、的解算，如GPS差分求解、GPS監(jiān)測網(wǎng)平差等，以提供高精度、高可靠性的相對位置信息。而數(shù)據(jù)分析的重點(diǎn)則包括變形基準(zhǔn)的確定，正確區(qū)分變形與誤差，提取變形特征，并對變形成因作解釋。 誕生于20世紀(jì)80年代末的小波分析理論，是一種最新的時(shí)頻局部化分析方法，被認(rèn)為是傅立葉分析方法的突破性進(jìn)展。應(yīng)用小波方法，進(jìn)行時(shí)頻分析，可望有效地求解變形的非線性系統(tǒng)問題，通過小波變換提取變形特征。這一研究領(lǐng)域才剛剛起步。第21屆IUGG大會“小波理論及其應(yīng)用”被IAG確定為大地測量新理論研究方向之一。在1999年召開的第22屆IUGG大會上，“小波理論及其在大地測量和地球動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用”再次被IAG確定為GIV分會（

29、大地測量理論與方法）的新的研究小組。可見，開展小波理論及其應(yīng)用研究的重要性。從目前應(yīng)用來看，雖然小波分析要求大子樣容量的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，但是，長序列數(shù)據(jù)可從GPS、TPS等集成的自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)中得到保障。小波分析為高精度變形特征提取提供了一種數(shù)學(xué)工具，可實(shí)現(xiàn)其它方法無法解決的難題，對非平穩(wěn)信號消噪有著其它方法不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。小波理論在變形監(jiān)測（尤其是動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測）的數(shù)據(jù)分析方面將會發(fā)揮巨大作用。 現(xiàn)代變形分析方法： Ø 時(shí)間序列分析Ø 頻譜分析Ø 小波分析Ø 濾波技術(shù)：數(shù)字濾波、卡爾曼濾波、貝葉斯濾波Ø 灰色理論：灰關(guān)聯(lián)分析Ø 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

30、：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)Ø 模糊數(shù)學(xué)：模糊人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Ø 抗差估計(jì)理論：抗差多元回歸模型Ø 非線性理論：突變理論、混沌現(xiàn)象1.3.2 變形物理解釋的進(jìn)展 變形物理解釋的方法可分為：Ø 統(tǒng)計(jì)分析法Ø 確定函數(shù)法Ø 混合模型法統(tǒng)計(jì)分析法：以回歸分析模型為主，是通過分析所觀測的變形（效應(yīng)量）和外因（原因量）之間的相關(guān)性，來建立荷載-變形之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，它具有“后驗(yàn)”的性質(zhì)，是目前應(yīng)用比較廣泛的變形成因分析法。Ø 由于影響變形因子的多樣性和不確定性，以及觀測資料本身的有限，因此，很大程度上制約著回歸分析建模的準(zhǔn)確性。Ø 回歸分析模型中包括多元