芻議基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理
2015-05-08
一、前言
我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)速度非常快，建了許多大型建筑，如高鐵、輕軌、地鐵、地下商場、大型橋梁工程等。這些工程項(xiàng)目中除了前期要做許多詳細(xì)的勘查測量和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之外，由于巖土工程項(xiàng)目的不確定性和復(fù)雜性，因此，在施工過程中要進(jìn)行周密的監(jiān)測，即對(duì)周邊環(huán)境即房屋沉降、房屋傾斜及裂縫、地面沉降、頂部垂直及水平位移、土體位移、地下水位動(dòng)態(tài)變化信息進(jìn)行監(jiān)測。而監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行處理來反應(yīng)該工程項(xiàng)目對(duì)周邊環(huán)境的影響，從而采取相應(yīng)的措施。
二、數(shù)據(jù)前處理
在基坑監(jiān)測中受工作環(huán)境如溫度、濕度、氣壓等因素的影響，測量儀器常常會(huì)伴隨系統(tǒng)誤差，并且由于測量儀器的精度和偶然因素的影響，實(shí)際量測到的數(shù)據(jù)是帶有隨機(jī)誤差的離散型數(shù)據(jù)。假如對(duì)收集來的監(jiān)測數(shù)據(jù)直接用于分析處理和計(jì)算則具有一定的局限和缺陷，因?yàn)椋讷@取監(jiān)測數(shù)據(jù)的時(shí)侯，受著許多非確定因素的影響和干擾，因此影響著我們收集到的數(shù)據(jù)的精確性，從而影響預(yù)測預(yù)報(bào)及其他工作的可靠性。
?。ㄒ唬￢BA技術(shù)
該算法是運(yùn)用計(jì)算機(jī)VBA編寫程序?qū)?bào)表中的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)進(jìn)行直接處理，先瀏覽所有的工作報(bào)表，查找出并屬于同一監(jiān)測項(xiàng)目的工作報(bào)表，然后對(duì)這些工作報(bào)表中的指定數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算和處理，最后統(tǒng)計(jì)出我們需要的各種最大變化量，以反映工程施工過程中各個(gè)方面的的變化。工作流程圖：監(jiān)測數(shù)據(jù)→查找→顯示結(jié)果→篩選→匯總→登成果表。
?。ǘ┬〔ǚ纸饧夹g(shù)
小波理論是多學(xué)科交叉的結(jié)晶，它在被廣為研討和應(yīng)用于科學(xué)研究和工程項(xiàng)目中。小波技術(shù)是建立在Fourier分析、泛函分析、樣條分析以及調(diào)和分析基礎(chǔ)之上的新的分析處理工具，在時(shí)域和頻域都具有良好的局部化特征，經(jīng)常被稱為信息分析的“數(shù)學(xué)顯微鏡”。工程施工過程中經(jīng)常有噪音，無論是其本身施工過程中產(chǎn)生或者外部環(huán)境產(chǎn)生的，或多或少都會(huì)印象到監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性，這些因素使監(jiān)測到的數(shù)據(jù)呈離散型分布，利用小波分解的多分辨技術(shù)，可以去除這些噪聲干擾信號(hào)，也就是無用的信號(hào)，最終顯示出有用信號(hào)。因?yàn)殡S著尺度的增加，時(shí)間分辨率會(huì)降低，噪聲影響會(huì)變小，因此信號(hào)的發(fā)展趨勢會(huì)被表現(xiàn)得更為明顯。
?。ㄈ┊惓z測技術(shù)
異常檢測它是數(shù)據(jù)挖掘的任務(wù)之一，就是識(shí)別特征顯著不同于其它數(shù)據(jù)的觀測值（這樣的觀測值被稱為異常點(diǎn)）異常檢測的目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)真正的異常點(diǎn)， 并且同時(shí)避免錯(cuò)誤地將那些正常對(duì)象標(biāo)注為異常點(diǎn)。最常用的異常檢測的方法有三種：第一，基于模型的技術(shù)。也就是要構(gòu)造一個(gè)數(shù)學(xué)模型。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)量大的時(shí)候，此方法很有效果；但對(duì)于其他方面，這個(gè)方法的效果將會(huì)減弱很多；第二，基于密度的技術(shù)。被測對(duì)象的密度可以很直接計(jì)算得到，當(dāng)各個(gè)區(qū)域之間的密度相差不大的時(shí)候，也可以很好的利用此方法；第三，基于鄰近度的監(jiān)測。異常對(duì)象主要是那些跟大部分對(duì)象不一樣的對(duì)象，該檢測技術(shù)是基于距離的離群點(diǎn)，參數(shù)較難選擇。不過該方法最容易，但是同時(shí)計(jì)算量也大。異常檢測的關(guān)鍵是確定異常點(diǎn)數(shù)n和測量誤差點(diǎn)數(shù)k。
三、監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法
?。ㄒ唬┏两当O(jiān)測
沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)處理一般分兩步，第一步是進(jìn)行線性回歸模型分析，通過分析此線性回歸可以進(jìn)行沉降監(jiān)測的變形預(yù)測，預(yù)報(bào)建筑物未來的安全。第二步利用灰色等時(shí)距模型進(jìn)行分析預(yù)測?；疑珓?dòng)態(tài)等時(shí)距模型是以灰色生成函數(shù)概念為基礎(chǔ)，同時(shí)以微分?jǐn)M合為核心的建模方法。并且利用監(jiān)測到的數(shù)據(jù)與擬合的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，用來檢驗(yàn)擬合的準(zhǔn)確性。
?。ǘ┳冃伪O(jiān)測
變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理通常通常先采用數(shù)據(jù)探測法來處理粗差，就是進(jìn)行粗差的探測、定位，以及最終去除。先利用單個(gè)的或者多維的粗差檢驗(yàn)方法，檢驗(yàn)出粗差的位置。接著進(jìn)行粗差處理，粗差處理是指在粗差不能避免的情況下，選擇合適的估計(jì)方法，使所估計(jì)的參數(shù)盡可能減小粗差的影響，得到常模式下最佳的或者最接近最佳的估值。
?。ㄈ┧轿灰票O(jiān)測
現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集后，利用控制點(diǎn)兩次觀測到的數(shù)據(jù)檢查一遍數(shù)據(jù)，確認(rèn)觀測的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤后進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換從而求得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，并且需要對(duì)轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行誤差評(píng)定，去除誤差過大的點(diǎn)，誤差過大的原因往往是由于控制點(diǎn)自身產(chǎn)生的位移，去除粗差點(diǎn)后再重新計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的參數(shù)。利用計(jì)算求得的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，將所有觀測點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的控制點(diǎn)的坐標(biāo)系中，再與以往的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，即可得到觀測點(diǎn)的水平位移變化量。
（四）線性回歸模型分析預(yù)測
基于沉降觀測數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行線性回歸分析，參數(shù)選擇為沉降量和觀測天數(shù)。依次可求得各觀測點(diǎn)沉降量y與監(jiān)測天數(shù)x的線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)。根據(jù)回歸方程對(duì)各點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸，可獲得相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，如置信度、回歸值、F檢驗(yàn)值等，并對(duì)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。得出各點(diǎn)實(shí)測累積值和回歸分析值，將實(shí)測累積沉降值與回歸分析沉降值繪制成圖，兩條分析曲線總的走勢是基本一致的，但這兩個(gè)值一般存在一定差異，通過此線性回歸即可進(jìn)行沉降觀測的變形預(yù)測，預(yù)報(bào)未來建筑物的安全。其中累積沉降的回歸分析值并不能準(zhǔn)確地反映其沉降量，其和實(shí)際的累積沉降存在一定差異，但在點(diǎn)與點(diǎn)之間的沉降差異方面卻能做到很好地反映：（1）從表3中可知，點(diǎn)4D-1和點(diǎn)3D-1沉降較為均勻，而其余三點(diǎn)沉降發(fā)生不均勻變化；（2）通過回歸分析可發(fā)現(xiàn)點(diǎn)點(diǎn)4D-1和3D-11兩個(gè)點(diǎn)沉降最快，而5D-1點(diǎn)則因?yàn)殡x基坑較遠(yuǎn)，沉降較少。根據(jù)它們這種累積沉降不同，我們可以分析后期建筑物的傾斜情況，從而更好的控制，并作好一定的防御措施。
?。ㄎ澹┗疑葧r(shí)距模型分析預(yù)測
根據(jù)建筑物監(jiān)測點(diǎn)情況，對(duì)點(diǎn)4D-2、4D-1、5D-1、3D-1、3D-2的沉降累計(jì)值進(jìn)行建模預(yù)測。用～表示，建立MGM（1，5）模型。觀測資料以3d為一個(gè)周期，由于此次觀測數(shù)據(jù)并非等時(shí)距觀測，故需要先把這些觀測數(shù)據(jù)內(nèi)插為以3d為一周期的數(shù)據(jù)。得到擬合值之后再內(nèi)插回原始天數(shù)的擬合值。選取前7個(gè)周期建模，后4個(gè)周期可以用來檢驗(yàn)預(yù)測值的準(zhǔn)確性。生成一次累加序列，即可求得一次累加序列的預(yù)測值，再求得各變形監(jiān)測點(diǎn)的灰色等時(shí)距模型的擬合值，并繪出各監(jiān)測數(shù)據(jù)點(diǎn)變形量的擬合值、實(shí)測值對(duì)比圖。
四、基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋
通過分析可預(yù)測最終的位移的變化規(guī)律。從而判定基坑的穩(wěn)定性?；庸こ痰氖┕に且粋€(gè)動(dòng)態(tài)的過程.除了支護(hù)結(jié)構(gòu)體施工外，基坑內(nèi)的巖土一般分段、分層、分區(qū)開挖的，伴著施工的進(jìn)展，一方面支撐結(jié)構(gòu)的變形和體力不斷增加，巖土體的變形和坑底隆起也增大，同時(shí)作用在支撐結(jié)構(gòu)體上的水平側(cè)應(yīng)力也隨著結(jié)構(gòu)變形增加而變化。在每一周期量測后，需要對(duì)每個(gè)量測面上各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。同時(shí)利用所得到的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋計(jì)算和分析，從而提供支護(hù)結(jié)構(gòu)體和周邊建筑物的狀態(tài)，預(yù)測它們的發(fā)展趨勢以便采取一定的措施。還可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)及施工方法，以指導(dǎo)施工，為工程項(xiàng)目的安全施工提供保障。
五、結(jié)束語
本文闡述了變形監(jiān)測的方案設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理的方法，并根據(jù)不同的數(shù)據(jù)處理模型對(duì)變形趨勢的預(yù)測預(yù)報(bào)的有效性進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明，采用線性回歸預(yù)測模型對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析能夠簡單、快速、準(zhǔn)確地得到深基坑沉降變形狀況以及對(duì)周邊建筑物的影響，并對(duì)下一次沉降量進(jìn)行預(yù)報(bào)。
