第四章-变形监测资料整理

河南城建学院测绘与城市空间信息系,思考题,1变形监测网的精度如何确定？,2变形监测网的特点是什么?,3变形网有哪些点组成，其作用是什么？,4、变形监测网为什么要求相同的观测条件？,河南城建学院测绘与城市空间信息系,第四章变形监测资料整理,河南城建学院测绘与城市空间信息系,主要内容,监测资料检核意义监测资料检核的方法变形资料粗差剔除变形监测资料整理,河南城建学院测绘与城市空间信息系,（1）粗差（错误）：它是由于观测中的错误引起的，粗差是不允许存在的，在作业过程中必须加以消除；（2）系统误差：在相同观测条件下的观测值，其观测误差在大小、符号上表现出系统性，系统误差可以通过一定的观测程序得到消除或减弱；（3）偶然误差：在相同观测条件下的观测值，其观测误差在大小、符号上表现出偶然性，在变形观测中必须设法消除较大误差，提高测量精度，从而尽可能地减少观测误差对变形分析的影响。,1.观测误差的分类,4.1监测资料检核意义,河南城建学院测绘与城市空间信息系,2.资料检核的任务,变形观测的特点：变形量本身很小，临近于测量误差的边缘。由于变形测量的特点决定了观测资料检核的两个任务：通过不同方法的验算、不同人员的重复计算来消除观测资料中可能带有的错误；设法找出观测中较大的误差（超限误差）。,4.1监测资料检核意义,河南城建学院测绘与城市空间信息系,3.观测资料检核的意义,为了区分变形与误差，提取变形特征，必须设法从观测值中消除较大误差（超限误差），保证测量的高精度，从而尽可能减少观测误差对变形分析的影响，对观测资料进行统计检验是十分必要的。,4.1监测资料检核意义,河南城建学院测绘与城市空间信息系,4.2.观测资料检核的方法,（1）外业检核（测站检核）。一般来说，任何一观测元素（如高差、方向值、偏离值、倾斜值）在野外观测中均有本身的观测检核方法。可参考有关作业规范进行检核。（2）内业检核。包括：检核原始记录。检查各次变形值的计算是否有误，通过不同的方法验算以及通过不同人员的重复计算来消除监测资料中可能具有的错误；原始资料的统计分析。即对观测数据进行粗差剔除；原始实测值的逻辑分析。根据监测点的物理意义分析原始实测值的可靠性。一般包括：一致性分析相关性分析,河南城建学院测绘与城市空间信息系,逻辑分析,a.一致性分析：主要从时间上分析变形的趋势是否一致，以及本次变形与变形因素的关系与以前是否一致。b.相关性分析：函数关系：已知三角形两个内角计算第三个内角。统计相关：主要从空间上分析有物理联系的变形值之间的相关性。,河南城建学院测绘与城市空间信息系,某坝三个坝段水平位移过程线,河南城建学院测绘与城市空间信息系,则含有粗差，予以剔除。当数据量n3时，则认为是奇异值，应予以舍弃。,4.3粗差剔除,河南城建学院测绘与城市空间信息系,4.3.3变形网观测粗差剔除,1.超限误差的整体检验2.超限误差的的局部检验,4.3粗差剔除,一、粗差剔除原理,河南城建学院测绘与城市空间信息系,1.超限误差的整体检验,观测向量分为不包含超限误差和有超限误差的观测向量两部分。数学模型为：,作原假设：,简写为：,4.3粗差剔除,河南城建学院测绘与城市空间信息系,运用最小二乘平差原理，可计算母体方差估值：,在原假设成立的条件下，变量,取置信水平,，可对原假设,进行检验。,双尾接受域：,4.3粗差剔除,单尾接受域：,河南城建学院测绘与城市空间信息系,2超限误差的的局部检验1）F检验法假设只有一个观测值,伴随有超限误差，则：,式中，,。相应的法方程为,可解得：,其中：,是一个数值。,4.3粗差剔除,河南城建学院测绘与城市空间信息系,作原假设,：,不是超限误差，也即,用单位权方差估算公式,应趋于零。,顾及,，,统计量：,4.3粗差剔除,河南城建学院测绘与城市空间信息系,2）B检验法（u检验法）,将变量,标准化得统计量,由：,一般情况，观测值权阵P为对角阵，则上式可简化成,对原假设进行统计检验。,利用,4.3粗差剔除,河南城建学院测绘与城市空间信息系,3）检验法,由于B检验法要求预先知道观测值的母体方差,，,Pope提出了利用剔除观测值所求得的方差估值,来代替,组成统计量：,利用,对原假设进行检验。,分布的分位值，可由,分布值求：,4.3粗差剔除,河南城建学院测绘与城市空间信息系,4）检验法,在母体方差,未知时，Heck提出了利用剔除具有超限,后求得的方差估值,来代替,，此时统计量为,统计量服从自由度为,的,分布，,误差的观测值,故可利用,对原假设进行检验,4.3粗差剔除,河南城建学院测绘与城市空间信息系,通过观测获得观测值向量（单位：mm）为,二、算例,设有如图所示的变形监测水准网，图中箭头表示观测方向，圆圈中数字表示测站。水准测量一测站之中误差。,试检验观测值向量中是否含有超限误差。,4.3粗差剔除,河南城建学院测绘与城市空间信息系,解：1.组成误差方程与法方程式设取12测站之水准测量误差为单位权中误差=0.45mm，则观测值权阵与协因数阵为,假设点1的高程为,点2，3，4之高程为,，且设,，则误差方程可写成：,4.3粗差剔除,河南城建学院测绘与城市空间信息系,2.解法方程，求,计算求得,故拒绝原假设，认为观测值中包含有超限误差。,4.3粗差剔除,河南城建学院测绘与城市空间信息系,由,4.3粗差剔除,河南城建学院测绘与城市空间信息系,3.计算局部检验统计量与假设检验,由于观测值相互独立，故可先计算求得：,。,显然，,最大，塔对应观测值为,4.3粗差剔除,河南城建学院测绘与城市空间信息系,1）B检验法由于一测站水准中误差为0.13mm，故单位权中误差（12个测站水准测量的中误差）为0.45mm。,若取显著水平,，则分为值,因,故拒绝原假设，怀疑,含有超限误差。,4.3粗差剔除,河南城建学院测绘与城市空间信息系,2）,由平差求得的改正数向量,与观测值权阵P，可以计,由此得,在自由度为2，显著水平为0.05时查表得,因为,，故与B检验法得到的结论相同。,检验法,算求得剔除粗差前的中误差,4.3粗差剔除,河南城建学院测绘与城市空间信息系,粗差剔除的步骤,1）首先做假设,3）在原假设成立的条件下，变量（统计量）,应服从,分布，即,4）取置信水平,，可对原假设,（观测值中不包含超限误差）进行检验。,被拒绝后，则表示在置信水平,下，观测值中可能包含有超限误差。,1.整体检验,2）对观测值进行平差，计算母体方差估值,河南城建学院测绘与城市空间信息系,1）首先做假设,2）在原假设成立的条件下，变量（统计量）,4）取置信水平,，可对原假设,（观测值中不包含超限误差）进行检验。,2.局部检验,3）利用概率式,3.对剔除粗差后的观测值重复整体检验、局部检验,4.3粗差剔除,河南城建学院测绘与城市空间信息系,4.4观测资料整理,河南城建学院测绘与城市空间信息系,1、变形观测资料整理的目的,变形观测(自动采集或人工采集)资料整理的目的是便于应用分析，向需用单位提供资料和归档保存。,2资料整理的主要内容,(1)收集资料（如：工程或观测对象的资料、考证资料、观测资料及有关文件等）。(2)审核资料（如：检查收集的资料是否齐全、审查数据是否有误或精度是否符合要求、对间接资料进行转换计算、对各种需要修正的资料进行计算修正、审查平时分析的结论意见是否合理等)。(3)填表和绘图（将审核过的数据资料分类填入成果统计表；绘制各种过程线、相关线、等值线图等；按一定顺序进行编排）。(4)编写整理成果说明(如：工程或其他观测对象情况、观测情况、观测成果说明等)。,4.4观测资料整理,河南城建学院测绘与城市空间信息系,3、资料分析,主要分析归纳变形过程、变形规律、变形幅度，分析变形的原因，变形值与引起变形因素之间的关系，进而判断变形体的工作情况是否正常。这一阶段的工作可分为：(1)成因分析(定性分析)：成因分析是对结构本身(内因)与作用在建筑物上荷载(外因)以及测量本身加以分析、考虑，确定变形值变化的原因和规律性。(2)统计分析：根据成因分析，对实测资料加以统计，从中寻找规律，并导出变形值与引起变形的有关因素之间的函数关系。(3)变形值预报和安全判断：在成因分析和统计分析基础上。可根据求得的变形值与引起变形因素之间的函数关系，预报未来变形值的范围，并判断建筑物的安全程度。,4.4观测资料整理,河南城建学院测绘与城市空间信息系,4资料分析的常用方法,(1)作图分析。将观测资料绘制成各种曲线，常用的是将观测资料按时间顺序绘制成过程线。也可以绘制不同观测物理量的相关曲线，研究其相互关系。这种方法简便、直观，特别适用于初步分析阶段。(2)统计分析。用数理统计方法分析计算各种观测物理量的变化规律和变化特征，分析观测物理量的周期性、相关性和发展趋势。这种方法具有定量的概念，使分析成果更具实用性。(3)对比分析。将各种观测物理量的实测值与设计计算值或模型试验值进行比较，相互验证，寻找异常原因，探讨改进运行和设计、施工方法的途径。,4.4观测资料整理,河南城建学院测绘与城市空间信息系,(4)建模分析。采用系统识别方法处理观测资料，建立数学模型，用以分离影响因素，研究观测物理量变化规律，进行实测值预报和实现安全控制。常用数学模型有三种：统计模型：主要以逐步回归计算方法处理实测资料建立的模型；确定性模型：主要以有限元计算和最小二乘法处理实测资料建立的模型；混合模型：一部分观测物理量(如温度)用统计模型，一部分观测物理量(如变形)用确定性模型。这种方法能够定量分析，是长期观测资料进行系统分析的主要方法。,4.4观测资料整理,河南城建学院测绘与城市空间信息系,5提交成果,技术设计书和测量方案；监测网和监测点布置平面图；标石、标志规格及埋设图；仪器的检校资料；原始观测记录(手簿和或电子文件)；平差计算、成果质量评定资料；变形观测数据处理分析和预报成果资料；变形过程和变形分布图表；变形监测、分析和预报的技术报告。,4.4观测资料整理,河南城建学院测绘与城市空间信息系,6、变形监测图表的绘制,4.4观测资料整理,观测点变形过程线：某观测点的变形过程线是以时间为横坐标，以累积变形值为纵坐标绘制成的曲线。建筑物变形分布图（1)变形值剖面分布图（2)建筑物(或基础)沉陷等值线,河南城建学院测绘与城市空间信息系,（一）观测点变形过程线绘制,1）根据观测记录填写变形数值表。,2）绘制观测点实测变形过程线。,3）实测变形过程线的修匀,4.4观测资料整理,河南城建学院测绘与城市空间信息系,沉降观测成果表工程名称XX楼仪器N3No128544观测XXX,（1）根据观测记录填写变形数值表。,4.4观测资料整理,河南城建学院测绘与城市空间信息系,（2）绘制观测点实测变形过程线。,4.4观测资料整理,河南城建学院测绘与城市空间信息系,（3）实测变形过程线的修匀,由于观测是定期进行的，故所得成果在变形过程线上仅是个孤立点。过去，一般采用“三点法”手工进行修匀，现在通常在计算机上采用一定算法进行光滑处理。图为用excel建立的变形过程线及其预报。,4.4观测资料整理,4.5,4.0,2.1,1.6,3.7,2.9,4.1,4.8,5.4,6.6,4.2,3.0,3号点,12月,11月,10月,9月,8月,7月,6月,5月,4月,3月,2月,1月,河南城建学院测绘与城市空间信息系,在实际工作中，为了便于分析，常在各种变形过程线上画出与变形有关因素的过程线。,4.4观测资料整理,河南城建学院测绘与城市空间信息系,某大坝铅直观测测线上不同高程面上的水平位移曲线图,4.4观测资料整理,河南城建学院测绘与城市空间信息系,（二）建筑物变形分布图,（1）变形值剖面分布图,图某拱坝坝顶水平位移状况,4.4观测资料整理,河南城建学院测绘与城市空间信息系,基坑回弹的纵横断面图,4.4观测资料整理,建筑物某一断面上的沉降线图,河南城建学院测绘与城市空间信息系,某滑坡体上的位移和沉降矢量图,4.4观测资料整理,地表沉降的三维表达,河南城建学院测绘与城市空间信息系,（2）建筑物(或基础)沉陷等值线,某大楼沉降等值线圈(单位：mm),4.4观测资料整理,河南城建学院测绘与城市空间信息系,某矿区地表沉降等值线和平面位移向量图,4.4观测资料整理,河南城建学院测绘与城市空间信息系,7监测资料管理,监测资料管理系统，一般分为：(1)人工管理处理。(2)计算机辅助人工处理。(3)数据库管理系统。,4.4观测资料整理,河南城建学院测绘与城市空间信息系,1叙述变形监测资料检核的方法。2如何用一元回归分析法对变形监测资料进行检核?3、资料整理和观测资料分析的主要内容包括哪些?4、某建筑物为框架结构，基础土层为高压缩性土，相邻两沉降观测点(埋设在柱基上)的距离=10m，若建筑物的