變形監(jiān)測(cè)技術(shù)與應(yīng)用7章

1、第7章 監(jiān)測(cè)資料的整編與分析,主要內(nèi)容,監(jiān)測(cè)資料的整編監(jiān)測(cè)資料的分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)處理,7.1 監(jiān)測(cè)資料的整編,概述,變形觀測(cè)資料處理工作的主要內(nèi)容包括兩個(gè)方面：資料整編和資料分析。對(duì)觀測(cè)資料進(jìn)行匯集、審核、整理、編排，使之集中、系統(tǒng)化、規(guī)格化和圖表化，并刊印成冊(cè)稱為觀測(cè)資料的整編。其目的是便于應(yīng)用分析，向需用單位提供資料和歸檔保存。觀測(cè)資料整編，通常是在平時(shí)對(duì)資料已有計(jì)算、校核甚至分析的基礎(chǔ)上，按規(guī)定及時(shí)對(duì)整編年份內(nèi)的所有觀測(cè)資

2、料進(jìn)行整編。,對(duì)工程及有關(guān)的各項(xiàng)觀測(cè)資料進(jìn)行綜合性的定性和定量分析，找出變化規(guī)律及發(fā)展趨勢(shì)稱為觀測(cè)資料分析。其目的是對(duì)工程建筑物的工作狀態(tài)做出評(píng)估、判斷和預(yù)測(cè)，達(dá)到有效地監(jiān)視建筑物安全運(yùn)行的目的。觀測(cè)資料應(yīng)隨觀測(cè)、隨分析,以便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,及時(shí)處理。觀測(cè)資料分析是根據(jù)建筑物設(shè)計(jì)理論、施工經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)的基本理論和專業(yè)知識(shí)進(jìn)行的。觀測(cè)資料分析成果可指導(dǎo)施工和運(yùn)行，同時(shí)也是進(jìn)行科學(xué)研究、驗(yàn)證和提高建筑物設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)的基本資料。,一般規(guī)

3、定,監(jiān)測(cè)資料整編包括平時(shí)資料整理與定期資料編印。,平時(shí)資料整理工作的主要內(nèi)容,（1）適時(shí)檢查各觀測(cè)項(xiàng)目原始觀測(cè)數(shù)據(jù)和巡視檢查記錄的正確性、準(zhǔn)確性和完整性。如有漏測(cè)、誤讀(記)或異常，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)(復(fù))測(cè)、確認(rèn)或更正。（2）及時(shí)進(jìn)行各觀測(cè)物理量的計(jì)(換)算，填寫(xiě)數(shù)據(jù)記錄表格。（3）隨時(shí)點(diǎn)繪觀測(cè)物理量過(guò)程線圖，考察和判斷測(cè)值的變化趨勢(shì)。如有異常，應(yīng)及時(shí)分析原因，并備忘文字說(shuō)明。原因不詳或影響工程安全時(shí)，應(yīng)及時(shí)上報(bào)主管部門(mén)。（4）隨時(shí)整理巡

4、視檢查記錄(含攝像資料)，補(bǔ)充或修正有關(guān)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及觀測(cè)設(shè)施的變動(dòng)或檢驗(yàn)、校(引)測(cè)情況，以及各種考證圖、表等，確保資料的銜接與連續(xù)性。,定期資料編印工作的主要內(nèi)容,（1）匯集工程的基本概況、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置和各項(xiàng)考證資料，以及各次巡檢資料和有關(guān)報(bào)告、文件等。（2）在平時(shí)資料整理基礎(chǔ)上，對(duì)整編時(shí)段內(nèi)的各項(xiàng)觀測(cè)物理量按時(shí)序進(jìn)行列表統(tǒng)計(jì)和校對(duì)。此時(shí)如發(fā)現(xiàn)可疑數(shù)據(jù)，一般不宜刪改，應(yīng)加注說(shuō)明，提醒讀者注意。（3）繪制能表示各觀測(cè)物理量在時(shí)間和空間

5、上的分布特征圖，以及有關(guān)因素的相關(guān)關(guān)系圖。（4）分析各觀測(cè)物理量的變化規(guī)律及其對(duì)工程安全的影響，并對(duì)影響工程安全的問(wèn)題提出運(yùn)行和處理意見(jiàn)。（5）對(duì)上述資料進(jìn)行全面復(fù)核、匯編，并附以整編說(shuō)明后，刊印成冊(cè)，建檔保存。 采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行資料存儲(chǔ)和整編者，整編軟件應(yīng)具有數(shù)據(jù)錄入、修改、查詢，以及整編圖、表的輸出打印等功能。還應(yīng)拷貝軟盤(pán)備份。,整編后的資料應(yīng)包含如下內(nèi)容,封面、目錄、整編說(shuō)明、工程概況、考證資料、巡視檢查資料、

6、觀測(cè)資料、分析成果和封底。封面內(nèi)容應(yīng)包括:工程名稱、整編時(shí)段、卷冊(cè)名稱與編號(hào)、整編單位、刊印日期等。整編說(shuō)明應(yīng)包括:本時(shí)段內(nèi)的工程變化和運(yùn)行概況，巡視檢查和觀測(cè)工作概況，資料的可信程度；觀測(cè)設(shè)備的維修、檢驗(yàn)、校測(cè)及更新改造情況，監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及其分析、處理情況，對(duì)工程管理運(yùn)行的建議，以及整編工作的組織、人員等。觀測(cè)資料內(nèi)容和編排順序，一般可根據(jù)本工程的實(shí)有觀測(cè)項(xiàng)目編印，每一項(xiàng)目中，統(tǒng)計(jì)表在前，整編圖在后。資料分析成果，主要是整

7、編單位對(duì)本時(shí)段內(nèi)各觀測(cè)資料進(jìn)行的常規(guī)性簡(jiǎn)單分析結(jié)果，包括分析內(nèi)容和方法，得出的圖、表和簡(jiǎn)要結(jié)論及建議。,表7.1 水平位移觀測(cè)工作基點(diǎn)考證表,,表7.2 水平位移量統(tǒng)計(jì)表,,圖7-1 水平位移測(cè)值過(guò)程線,整編資料的審查,（1）完整性審查:整編資料的內(nèi)容、項(xiàng)目、測(cè)次等是否齊全，各類圖表的內(nèi)容、規(guī)格、符號(hào)、單位，以及標(biāo)注方式和編排順序是否符合規(guī)定要求等。（2）連續(xù)性審查:各項(xiàng)觀測(cè)資料整編的時(shí)間與前次整編是否銜接，整編圖所選工程部位

8、、測(cè)點(diǎn)及坐標(biāo)系統(tǒng)等與歷次整編是否一致。（3）合理性審查:各觀測(cè)物理量的計(jì)(換)算和統(tǒng)計(jì)是否正確、合理，特征值數(shù)據(jù)有無(wú)遺漏、謬誤，有關(guān)圖件是否準(zhǔn)確、清晰，以及工程性態(tài)變化是否符合一般規(guī)律等。（4）整編說(shuō)明的審查:整編說(shuō)明是否符合有關(guān)規(guī)定內(nèi)容，尤其注重工程存在的問(wèn)題、分析意見(jiàn)和處理措施等是否正確，以及需要說(shuō)明的其他事項(xiàng)有無(wú)疏漏等。,成果要求,正式刊印的整編資料應(yīng)體例統(tǒng)一，圖表完整，線條清晰，裝幀美觀，查閱方便。一般不應(yīng)有印刷錯(cuò)誤。如發(fā)

9、現(xiàn)印刷錯(cuò)誤，必須補(bǔ)印勘誤表裝于印冊(cè)目錄后。,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)管理,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的管理方式可分為人工管理和計(jì)算機(jī)管理。人工管理是指采用人工量測(cè)效應(yīng)量，每個(gè)測(cè)次采集到的原始資料，按規(guī)定格式記錄在一定的記簿中，對(duì)這些觀測(cè)值在資料處理時(shí)經(jīng)可靠性檢驗(yàn)后按時(shí)序制表或點(diǎn)繪過(guò)程線圖與相關(guān)圖，再依靠監(jiān)測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)來(lái)進(jìn)行原因量與效應(yīng)量的相關(guān)分析和對(duì)過(guò)程線進(jìn)行觀察，據(jù)此作出判斷，最后整理歸檔。,隨著計(jì)算機(jī)電子技術(shù)的發(fā)展,變形監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化水平有了很大提高。

10、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為一種較為成熟的技術(shù)，在變形監(jiān)測(cè)資料管理中已得到應(yīng)用，并將成為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理的主要方式。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是用戶的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)間的一個(gè)接口。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)包括描述數(shù)據(jù)庫(kù)、建立數(shù)據(jù)庫(kù)、使用數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行維護(hù)的語(yǔ)言，系統(tǒng)運(yùn)行、控制程序?qū)?shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行進(jìn)行管理和調(diào)度，以及對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)生成、原始裝入、統(tǒng)計(jì)、維護(hù)、故障排除等一系列的服務(wù)程序。,數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的功能,（1）各種監(jiān)測(cè)資料以及有關(guān)文件資料的存儲(chǔ)、更新、增刪

11、、更改、檢索和管理；（2）監(jiān)測(cè)資料的處理；（3）監(jiān)測(cè)資料的解釋。,基本要求,(1)系統(tǒng)功能全面，運(yùn)行可靠，使用簡(jiǎn)便，易于維護(hù)，有利于高效率地進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)工作。(2)要求使用合理的機(jī)型和軟、硬件配置，便于推廣、擴(kuò)展，在將來(lái)必要時(shí)，可與自動(dòng)采集系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)的安全監(jiān)測(cè)。,圖7-2 監(jiān)測(cè)資料管理系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu),7.2 監(jiān)測(cè)資料的分析,概述,20世紀(jì)30～50年代，觀測(cè)資料分析工作全部用人工進(jìn)行。60年代以來(lái)，逐步采用電子計(jì)算機(jī)輔

12、助進(jìn)行。80年代初期，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、日本、意大利等都已實(shí)現(xiàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化。意大利在70年代末80年代初即已采用建模分析方法并實(shí)現(xiàn)了混凝土壩的在線安全控制，處于領(lǐng)先地位。中國(guó)在50～60年代即已進(jìn)行資料分析工作，主要用人工計(jì)算和點(diǎn)圖。70年代后期，開(kāi)始應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)。80年代中期主要用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行資料分析，并已開(kāi)始研制安全監(jiān)測(cè)專家系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)資料的分析一般可分為定期分析和不定期分析。,施工期資料分析,計(jì)算分析建筑物在施工

13、期取得的觀測(cè)資料，可為施工決策提供必要的依據(jù)。例如，為了安全施工，水中填土壩的填土速度控制和混凝土壩澆筑時(shí)的混凝土溫度控制等，都需要有關(guān)觀測(cè)成果作依據(jù)。施工期資料分析也為施工質(zhì)量的評(píng)估和工程運(yùn)用的可能性提出論證。,運(yùn)營(yíng)初期資料分析,從工程開(kāi)始運(yùn)用起，各項(xiàng)觀測(cè)都需加強(qiáng)，并應(yīng)及時(shí)計(jì)算分析觀測(cè)資料，以查明建筑物承受實(shí)際荷載作用時(shí)的工作狀態(tài)，保證建筑物的安全。觀測(cè)資料的分析成果，除作為運(yùn)營(yíng)初期安全控制依據(jù)外，還為工程驗(yàn)收及長(zhǎng)期運(yùn)用提供重要資

14、料。,運(yùn)行期資料分析,應(yīng)定期進(jìn)行資料分析（例如大壩等水工建筑物每5年一次）,分析成果作為長(zhǎng)期安全運(yùn)行的科學(xué)依據(jù)，用以判斷建筑物性態(tài)是否正常,評(píng)估其安全程度,制定維修加固方案，更新改造安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。運(yùn)行期資料分析是定期進(jìn)行建筑物安全鑒定的必要資料。,不定期分析,在有特殊需要時(shí)，才專門(mén)進(jìn)行的分析稱不定期分析。如遭遇洪水、地震后，建筑物發(fā)生了異常變化，甚至局部遭受破壞，就要進(jìn)行不定期分析，據(jù)以判斷建筑物的安全程度，并為制定修復(fù)加固方案提供科

15、學(xué)依據(jù)。,監(jiān)測(cè)資料的檢核,（1）校核各項(xiàng)原始記錄，檢查各次變形值的計(jì)算是否有誤?？赏ㄟ^(guò)不同方法的驗(yàn)算，不同人員的重復(fù)計(jì)算來(lái)消除監(jiān)測(cè)資料中可能帶有的錯(cuò)誤。（2）原始資料的統(tǒng)計(jì)分析，可采用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行粗差檢驗(yàn)。（3）原始實(shí)測(cè)值的邏輯分析。根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的內(nèi)在物理意義來(lái)分析原始實(shí)測(cè)值的可靠性。主要用于工程建筑物變形的原始實(shí)測(cè)值，一般進(jìn)行一致性和相關(guān)性分析。,資料分析方法,變形分析主要包括兩方面內(nèi)容：第一是對(duì)建筑物變形進(jìn)行幾何分析，即對(duì)建筑物的

16、空間變化給出幾何描述；第二是對(duì)建筑物變形進(jìn)行物理解釋。幾何分析的成果是建筑物運(yùn)營(yíng)狀態(tài)正確性判斷的基礎(chǔ)。常用的分析方法有作圖分析、統(tǒng)計(jì)分析、對(duì)比分析和建模分析。,作圖分析,通過(guò)繪制各觀測(cè)物理量的過(guò)程線及特征原因量下的效應(yīng)量過(guò)程線圖，考察效應(yīng)量隨時(shí)間的變化規(guī)律和趨勢(shì)，常用的是將觀測(cè)資料按時(shí)間順序繪制成過(guò)程線。通過(guò)繪制各效應(yīng)量的平面或剖面分布圖，以考察效應(yīng)量隨空間的分布情況和特點(diǎn)。通過(guò)繪制各效應(yīng)量與原因量的相關(guān)圖，以考察效應(yīng)量的主要影響

17、因素及其相關(guān)程度和變化規(guī)律。這種方法簡(jiǎn)便、直觀，特別適用于初步分析階段。,圖7-6 多測(cè)點(diǎn)測(cè)值過(guò)程線,圖7-7 某高層建筑基礎(chǔ)沉降分布圖,統(tǒng)計(jì)分析,對(duì)各觀測(cè)物理量歷年的最大和最小值(含出現(xiàn)時(shí)間)、變幅、周期、年平均值及年變化率等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，以考察各觀測(cè)量之間在數(shù)量變化方面是否具有一致性、合理性，以及它們的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性等。這種方法具有定量的概念，使分析成果更具實(shí)用性。,對(duì)比分析,比較各次巡視檢查資料，定性考察建筑物外觀異常現(xiàn)

18、象的部位、變化規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì)；比較同類效應(yīng)量觀測(cè)值的變化規(guī)律或發(fā)展趨勢(shì)，是否具有一致性和合理性；將監(jiān)測(cè)成果與理論計(jì)算或模型試驗(yàn)成果相比較，觀察其規(guī)律和趨勢(shì)是否有一致性、合理性，并與工程的某些技術(shù)警戒值相比較，以判斷工程的工作狀態(tài)是否異常。,建模分析,采用系統(tǒng)識(shí)別方法處理觀測(cè)資料，建立數(shù)學(xué)模型，用以分離影響因素，研究觀測(cè)物理量變化規(guī)律，進(jìn)行實(shí)測(cè)值預(yù)報(bào)和實(shí)現(xiàn)安全控制。常用數(shù)學(xué)模型有三種： ①統(tǒng)計(jì)模型：主要以逐步回歸計(jì)算方法處理

19、實(shí)測(cè)資料建立的模型； ②確定性模型：主要以有限元計(jì)算和最小二乘法處理實(shí)測(cè)資料建立的模型； ③混合模型：一部分觀測(cè)物理量（如溫度）用統(tǒng)計(jì)模型，一部分觀測(cè)物理量（如變形）用確定性模型。這種方法能夠定量分析，是長(zhǎng)期觀測(cè)資料進(jìn)行系統(tǒng)分析的主要方法。,7.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)處理,主要工作,監(jiān)測(cè)物理量的轉(zhuǎn)換監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的粗差檢查系統(tǒng)誤差的檢驗(yàn),3σ準(zhǔn)則,對(duì)于觀測(cè)數(shù)據(jù)序列,，描述該序列數(shù)據(jù)的變化特征為,,,,若,時(shí)，則認(rèn)為,是奇異值，

20、應(yīng)予以舍棄。,統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法,假設(shè)以前的測(cè)值子樣為：,本次測(cè)值為：,，則可求得樣本的均值和方差為：,,,當(dāng),時(shí)，則認(rèn)為測(cè)值無(wú)粗差，否則，認(rèn)為測(cè)值異常。,關(guān)聯(lián)分析法,假設(shè)有測(cè)點(diǎn)Ａ與Ｂ，其觀測(cè)值分別為,與,它們的關(guān)系可用下列多項(xiàng)式數(shù)學(xué)模型描述：,,用最小二乘法求得其估值，并可求出回歸中誤差Ｓ為：,,利用該回歸方程，就可以根據(jù)相鄰測(cè)點(diǎn)的變形值，預(yù)計(jì)該相關(guān)測(cè)點(diǎn)的變形值，從而檢核監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在實(shí)際檢驗(yàn)中，如異常測(cè)點(diǎn)的若干個(gè)關(guān)聯(lián)測(cè)點(diǎn)在時(shí)間、方向等方面都發(fā)

21、現(xiàn)類似的異常情況，則認(rèn)為測(cè)值異常是由結(jié)構(gòu)變化引起的，否則，認(rèn)為異常是由監(jiān)測(cè)因素引起的。,系統(tǒng)誤差檢驗(yàn),在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，除了存在偶然誤差和可能含有粗差外，還有可能存在系統(tǒng)誤差。在有些情況下，觀測(cè)值誤差中的系統(tǒng)誤差占有相當(dāng)大的比例，對(duì)這些系統(tǒng)誤差若不加恰當(dāng)?shù)奶幚?，?shì)必要影響監(jiān)測(cè)成果的質(zhì)量，對(duì)建筑物的安全評(píng)判也將產(chǎn)生不利的影響。系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因主要有監(jiān)測(cè)儀器老化、基準(zhǔn)點(diǎn)的蠕變等，它雖對(duì)結(jié)構(gòu)的安全不產(chǎn)生影響，但對(duì)資料分析結(jié)果有一定的影響。

22、目前，系統(tǒng)誤差的檢驗(yàn)方法主要有：U檢驗(yàn)法、均方連差檢驗(yàn)法和t檢驗(yàn)法等。,U檢驗(yàn)法,將測(cè)值序列，特別是建筑物發(fā)生較大事件、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更新改造或出現(xiàn)故障等作為分界點(diǎn)，將測(cè)值序列分為兩組或若干組，并設(shè) Y1∽N（μ1，σ12）， Y2∽N（μ2，σ22），選擇統(tǒng)計(jì)量：,,當(dāng)|U|＞Uα/2，則存在系統(tǒng)誤差。否則，不存在系統(tǒng)誤差。 若觀測(cè)資料存在系統(tǒng)誤差，則在資料分析時(shí)，應(yīng)設(shè)法消除系統(tǒng)誤差的影響。 該方法適用于測(cè)值系列較長(zhǎng)，且建筑物的時(shí)效