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        山區(qū)高填方機場沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法探討

        2015-10-21 19:28李靈愛
        房地產(chǎn)導(dǎo)刊 2015年7期
        關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)處理

        李靈愛

        【摘要】通過恰當?shù)姆椒ㄟM行山區(qū)機場沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理來提高內(nèi)業(yè)工作的效率,從而也能在某種程度上有著加快機場建設(shè)進程的作用。本文針對常用的幾種變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法進行分析探討,其結(jié)果對山區(qū)高填方機場實際工程的應(yīng)用具有一定的借鑒意義。

        【關(guān)鍵詞】高填方機場,沉降監(jiān)測,數(shù)據(jù)處理

        0 引言

        山區(qū)高填方機場建設(shè)區(qū)域地形地勢條件、水文地質(zhì)條件復(fù)雜,變形問題不可避免的存在。機場的變形輕則影響機場道面的功能性要求,嚴重的會導(dǎo)致機場道面結(jié)構(gòu)性損壞,威脅著乘客的人生安全。因此,對于山區(qū)高填方機場的建設(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,需要對建設(shè)區(qū)域進行實時變形監(jiān)測,通過對變形區(qū)域采集數(shù)據(jù)計算,及時分析變形體是否處于穩(wěn)定安全狀態(tài)。本文通過對常用變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法進行總結(jié),分析出適用于山區(qū)高填方機場沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)處理的方法。

        1 沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)處理基本方法

        傳統(tǒng)沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)基本采用人工或者半人工計算的方式來進行處理。而在諸如機場建設(shè)等一些較大型的沉降監(jiān)測項目中,數(shù)據(jù)處理多為自動化方式,借助于一系列的大型數(shù)據(jù)處理軟件進行自動化處理計算,將計算結(jié)果自動成圖,分析預(yù)測沉降趨勢,便于有效掌握變形體的沉降變形情況,及時解決變形問題。

        以下對常用監(jiān)測網(wǎng)平差方法進行總結(jié)和分析,選擇適于山區(qū)高填方機場變形監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的方法。

        監(jiān)測網(wǎng)經(jīng)典平差

        監(jiān)測網(wǎng)經(jīng)典平差是基于網(wǎng)中擁有足夠的穩(wěn)定點作為平差時的起算點,并以這些數(shù)據(jù)作為基準,確定網(wǎng)中其余未知點的坐標。此類監(jiān)測網(wǎng)由于其圖形復(fù)雜,且含有較多的多余觀測,常用間接平差法。

        作為經(jīng)典網(wǎng)平差有如下兩個問題:

        1、網(wǎng)中可能存在多個穩(wěn)定點,選擇不同的穩(wěn)定點作為起算點時,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題。

        2、對于變形網(wǎng)中的網(wǎng)點,一般很難預(yù)先確定出哪些點是絕對不動的,也就是說基準的選擇較困難[3]。

        秩虧自由網(wǎng)平差

        所謂秩虧是指沒有足夠的起算數(shù)據(jù),沒有固定的起算點。秩虧自由網(wǎng)可以不預(yù)先假定固定點,所有網(wǎng)點等同看待,即是將所有網(wǎng)點坐標都視為帶定量,這時秩虧自由網(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(平差時的約束條件)無關(guān)。秩虧自由網(wǎng)平差與經(jīng)典平差一般情況下所求得的坐標是不同的,但求得的單位權(quán)方差相同[1]。

        采用秩虧自由網(wǎng)平差發(fā)現(xiàn)變形的能力比采用經(jīng)典平差強的多,因此其在目前變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中顯得非常重要,尤其是針對區(qū)域變形監(jiān)測,非線性大地網(wǎng)秩虧平差的應(yīng)用較為廣泛。

        自由網(wǎng)擬穩(wěn)平差

        自由網(wǎng)擬穩(wěn)平差是由我國周文江教授于1980年針對變形觀測網(wǎng)中存在相對穩(wěn)定點情況而提出的一種合適解法。此平差法是以網(wǎng)中的相對穩(wěn)定點組的重心參考系作為網(wǎng)配置的基準。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,測量值的平差結(jié)果及測量值協(xié)方差陣亦不同。

        根據(jù)以上幾種數(shù)據(jù)處理基本方法的總結(jié),針對山區(qū)高填方機場建設(shè)沉降變形監(jiān)測網(wǎng)的特點,由于有些沉降變形監(jiān)測點可能處于地質(zhì)條件不好,受力變化比較大的地方,各網(wǎng)點移動的可能性不同。并且,在某些時候,對于沉降監(jiān)測網(wǎng)點的穩(wěn)定性并不能預(yù)先得知,而經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后可以知道某些點的移動情況[2]。以上所述均常見于山區(qū)高填方機場沉降監(jiān)測變形網(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,所以在機場沉降變形數(shù)據(jù)處理時優(yōu)先選擇自由網(wǎng)擬穩(wěn)平差方法較為適宜。

        2 沉降變形預(yù)測基本方法

        隨著技術(shù)的發(fā)展以及對工程質(zhì)量及建設(shè)安全的保證,不僅在對變形體進行沉降監(jiān)測時所使用的儀器觀測精度要求提高,數(shù)據(jù)處理成果的準確性及對后期變形情況預(yù)測的有效性要求也隨之提高。一般沉降變形預(yù)測的做法是根據(jù)已有相關(guān)變形監(jiān)測數(shù)據(jù),采用數(shù)學(xué)模型來逼近、模擬和揭示變形體的變形規(guī)律和動態(tài)特征,為工程設(shè)計和災(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)測方法總結(jié)如下:

        回歸分析法:

        隨著對變形體沉降變形進行多期觀測,獲得大量的觀測數(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)境對變形的作用因素。我們需要從獲取的數(shù)據(jù)中,通過數(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。

        采用回歸分析的方法可以將對數(shù)據(jù)的認識提升到定量的層面,該方法屬于研究變量之間相關(guān)關(guān)系的統(tǒng)計方法,適合于變形體與其他因素相關(guān)的變形預(yù)測,以大量監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),找出變量之間的內(nèi)部規(guī)律,即統(tǒng)計上的回歸關(guān)系[4]。

        時間序列分析法:

        相對于回歸分析法,時間序列分析法可以應(yīng)用于監(jiān)測數(shù)據(jù)是統(tǒng)計相關(guān)的情況,因為無論是按時間序列排列的觀測數(shù)據(jù)還是按空間位置順序排列的觀測數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)之間都或多或少的存在著統(tǒng)計自相關(guān)的現(xiàn)象。

        時間序列分析法是一種動態(tài)的數(shù)據(jù)處理方法,分析觀測資料考慮到時間順序時,由于觀測值的非獨立性,未來觀測值可由已有的觀測數(shù)據(jù)預(yù)測得到,可利用觀測值之間的自相關(guān)性建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型來描述變形體的動態(tài)變形特征[1]。

        灰色系統(tǒng)預(yù)測法

        針對短數(shù)據(jù)序列而言,由于其具有變形信息量少、規(guī)律性不強等特點,使得諸如回歸分析預(yù)測等方法存在較大的預(yù)測難度。

        對此,由我國鄧聚龍教授提出的灰色系統(tǒng)理論衍生的預(yù)測方法,對變形監(jiān)測的短數(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,然后對生成數(shù)列再做研究[5]。

        模糊人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法:

        針對傳統(tǒng)方法中處理非線性問題時采用分段線性化的方法這一缺陷,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在處理非線性問題上,具有一定的優(yōu)越性,為非線性系統(tǒng)建模、識別和預(yù)測提供了一個有效的解決途徑。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,再將待測點的實測影響變形的參數(shù)輸入到已建好的網(wǎng)絡(luò)中,即可預(yù)測變形量。

        根據(jù)以上對幾種預(yù)測方法的總結(jié)分析,結(jié)合山區(qū)高填方機場沉降監(jiān)測的特點,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變形由外部因素引起的變形預(yù)測分析。時間序列常常受到長期趨勢、周期波動及不規(guī)則變動等影響,且其只注重監(jiān)測數(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),所以對山區(qū)高填方機場沉降進行預(yù)測選用這兩種方法都不是很適宜?;疑到y(tǒng)預(yù)測法與模糊人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的結(jié)合使用比較適合于山區(qū)高填方機場沉降變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理,在沉降監(jiān)測初期,由于獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)有限,使用灰色系統(tǒng)預(yù)測法進行數(shù)據(jù)生成,一方面進行初步沉降預(yù)測,另一方面后期監(jiān)測數(shù)據(jù)也能驗證其正確性。在沉降監(jiān)測的中后期,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)的方法來對變形體直接建模具有較好的預(yù)測效果。

        3 總結(jié)

        本文針對沉降變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理基本方法及其預(yù)測方法的總結(jié)分析,提出適用于山區(qū)高填方機場數(shù)據(jù)處理和預(yù)測的方法,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)對所選擇處理方法進行實踐應(yīng)用,才能驗證其可行性。

        參考文獻

        [1] 侯建國.王騰軍.變形監(jiān)測理論與應(yīng)用[M].北京:測繪出版社,2008.6

        [2] 周虎鑫.容建堂. 高填方機場工程沉降變形監(jiān)測探討[J].機場工程.2011(4)

        [3] 張建旭.沉降監(jiān)測網(wǎng)位移分析的理論與方法研究[D].北京交通大學(xué).2010

        [4] 馮國建.高填方數(shù)值模擬及沉降變形預(yù)測研究[D].貴州大學(xué).2006.

        [5] 李大軍.pGM(1,1)灰色預(yù)測模型及其應(yīng)用.華東地質(zhì)學(xué)院學(xué)報.2002.25(1).P40-P43

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