沉降观测数据分析及可视化方法探讨.doc

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1、沉降观测数据分析及可视化方法探讨（文献综述）1．前言在测绘工程的实践和科学研究活动中，变形监测占有重要的地位。工程建筑物的兴建，从施工开始到竣工，以及建成后整个运营期间都要不断地监测，以便掌握变形的情况，及时发现问题，保证工程建筑的安全。如人类开发自然资源的活动会破坏地壳上部的平衡，造成地面变形，这种变形需要长期监测，以便采取措施控制其发展，保证人类正常的生产和生活。沉降监测是预防和控制沉降有力的手段，为了保证建筑物的正常使用寿命和建筑物的安全性，并为以后的勘察设计施工提供可靠的资料及相应的沉降

2、参数，地面沉降监测和建筑物沉降观测的必要性和重要性愈加明显。沉降观测是基础，沉降分析是手段，沉降预报是目的，沉降观测数据处理的过程就是进行沉降分析和预报的过程。科学、准确、及时的分析和预报变形情况对工程建筑物的施工运营管理极为重要。GIS软件具有强大的数据处理和图形编辑功能，利用GIS软件处理沉降传测数据为沉降变形数据快速、准确高效的处理、预测分析和可视化提供有效使用的方法和途径，为决策提供有效支持。2．研究现状目前，变形监测数据处理与预报已越来越受到社会的普遍关注，各级政府部门及主管部门对此问

3、题十分重视，诸多学术组织，如国际大地测量协会（IAG），国际测量师联合会（FIG），国际岩石力学协会（ISRM）、国际矿山测量协会（ISM）等等，经常定期召开专业会议进行学术交流和研究对策。经过广大测量科技工作者和工程技术人员近30年的共同努力，在变形监测领域取得了丰硕的理论研究成果。随着计算机技术的飞速发展，GIS软件的功能也日益强大，将其卓越的数据处理和图像编辑能力应用到沉降数据分析来实现可视化已得到充分重视。2.1国内外现有变形分析模型综述变形的分析、建模以及科学的预测是变形监测的重要内容

4、。变形分析通常包括变形的几何分析和物理解释两部分。变形的几何分析是对变形体的形状和大小作几何描述，它是通过一定的数据处理方法进行数据的分析研究处理，最后估计出变形模型的参数，其任务在于描述变形体变形的空间状态和时间特征;而变形的物理解释则是由几何分析得到确定的变形模型，其任务是确定变形体的变形和变形原因之间的关系，从而解释变形的原因。目前，国内外进行变形分析的方法很多，主要有多元回归分析方法、时间序列法、灰色系统理论、人工神经网络、小波分析法等。（1）多元回归分析方法作为一种传统的变形分析方法，

5、一直是人们建立变形体变形量与相关因素之间数学关系的常用方法。在工程建筑物的变形分析中可用于建立位移量与某些相关因素间的数学相关关系，建立回归方程。它是一种静态的变形分析方法，它所应用的变形观测数据处理是一种静态的数据处理方法，所建立的模型是一种静态模型。多元回归分析有利于建立变形量与各个不同影响因子之间的关系，所建立的荷载一变形之间关系的数学模型能直接的反映出变形体的变形量与影响因素之间的相关关系，是目前比较广泛的变形成因分析方法。（2）时间序列的变形分析模型。时间序列分析是20世纪20年代后期

6、开始出现的一种现代数据处理方法，是系统辨识与系统分析的重要方法之一，是一种动态的数据处理方法。时序分析法作为一种动态分析方法，顾及了变形在时间上的相互依赖性以及变形的继续性，建立的数学模型能客观的反映变形体的变形特征，也有利于作出变形的物理解释。时序模型要求时间序列必须是零均值和平稳的，因此其应用范围受到限制。当应用到非平稳时序时，则须进行预处理，而所研究的系统与预处理有很大关系，这时模型不能较好地揭示系统的动态特性。当前一般认为采用动态数据系统法或趋势函数模型加上时间序列分析模型的组合建模法较

7、好，前者是把建模作为寻求随机动态系统表达式的过程来处理，而后者则是将非平稳相关时序转化为平稳时序，两者的模型参数都聚集了系统输出的特征和状态，因此可以对变形进行解释和预报。（3）灰色系统理论是由我国的邓聚龙教授在20世纪80年代提出来的，它是用来解决信息不完备系统的数学方法。灰色系统理论是一种非线性时间序列预测方法，它研究的是贫信息建模，提供了贫信息情况下解决系统问题的新途径。它把一切随机过程看作是在一定范围内变化的、与时间有关的灰色过程，用数据生成的方法，将杂乱无章的数据整理成规律性较强的数据

8、后再作研究。随着灰色理论与其他软计算方法的结合，应用的范围进一步扩展。1995年黄育平提出用Fuzzy规则进一步提高灰色预测控制的精度，1997年，苏叶庆提出一种灰色神经网络，将GM(1，1)和神经元网络结合。同时，翁庆昌提出用基因算法辨识模糊灰色系统。由于变形体的变形受多种因素的影响，其发展变化具有模糊性和不确定性，利用灰色系统理论有利于在观测数据样本不大的情况下，通过对数据进行规律生成，建立变形量之间以及变形量与影响因素之间的变形模型，从而反映出变形体的变形规律。组合预测模型成为变形分析研究