变形监测数据处理3-2-1
《变形监测与数据处理》考试复习参考
参考书目：《工程测量》（李青岳、陈永奇）《变形监测数据处理》（武大出版社）1 变形监测的概念，目的，意义？概念：就是利用测量与专用仪器和方法对变形体的变形现象进行监视观测的工作。
目的：首要目的是掌握变形体的实际性状，为判断其安全提供必要的信息，其次获得变形体变形的空间状态和时间特性（几何分析），同时还要解释变形的原因（物理解释）。
意义：实用上的意义：主要掌握各建筑物和地质构造的稳定性，为安全性诊断提供必要的信息，以便及时的发现问题并采取措施。
科学上的意义：更好的理解变形的机理，验证有关工程设计的理论和地壳运动的假说，进行反馈设计以及建立正确的预报变形的理论和方法。
2 变形体：变形体的范畴可以大到整个地球，小到一个工程建（构）筑物的块体,包括自然和人工的构筑物。
(对可能产生变形的各种自然的或人工的建筑物或构筑体的统称)3 引起变形的因素？(可总结为3个方面,自然因素工程自身与工程有关的勘测、设计、施工、运营等)（1）人类开发自然资源的活动会破会地壳上部平衡，造成地面变形。
（2）人口密集的地方大量抽去地下水，造成地面沉陷。
（3）地下采矿引起矿体上方岩层移动。
（4）地壳中的应力长期的积累,引起地壳位移甚至地震 （5）与工程本身相联系的勘测、设计、施工、运营产生。
4 变形体的范畴：全球性变形研究（空间大地测量）、区域性变形研究（GPS、INSAR）、工程和局部性变形研究（地面常规测量技术、地面摄影测量技术、特殊和专用的测量手段、以及以GPS为主的空间定位技术）。
5.变形监测的内容及其分类分类：（1）按研究范围分类：全球性的、区域性的、局部性的（2）按时间特性分类：运动式（变形总趋势朝一个方向）、动态式（观测主要得到振动的幅值，周期等信息） 静态变形:空间位置随时间的变化特性,占多数; 动态变形:变形体空间位置在外力作用下,在某一时刻的变化.内容：应根据建筑物的性质和地基情况来定。
（1）工业和民用建筑：对于基础而言：内容是均匀沉陷和不均匀沉陷；对建筑物本身而言：是倾斜和裂缝观测； 对工业企业等各种设备而言：是水平位移和竖直位移； 对高层和高耸建筑物：还应观测瞬时变形、可逆变形、扭转； （2）水工建筑物：水平位移、垂直位移、渗透（浸润线）以及裂缝观测（3）钢筋混泥土建筑物：外部观测：水平位移、垂直位移、伸缩缝的观测 内部观测（4）地表沉降：定期进行观测，掌握其沉降与回升的规律。
变形监测数据处理与分析
0 000 0 000
0 94618 - 0 8186
1 982 10 1 982 11
0 000 0 000
2 398 0 23980 74
0 000 0 000
0 73926 1 37736
198212 0 000 23982 12 0 000 - 0 7365
第 27卷 第 8期 2011年 4月
甘肃科技 G ansu Sc ience and T echnology
Vol 27 N o 8 A pr 2011
变形监测数据处理与分析
杨林
(甘肃省测绘工程 院, 甘肃 兰州 730050)
摘 要: 无论是在测量 工程的实践上主要用于检查 各种工 程建筑 物和地 质构造 的稳定 性, 及 时发现 问题, 以便采 取 措施; 还是在科学研究 活动上用于包括更好理解变 形的机 理, 验证有 关工程设 计的理 论和地 壳运动 的假说, 以及 建 立正确的预报变形的理论和方法, 其变形观测占有重要的地位。通过对 云南地区 跨断层形变 过去 20 多年观测 数据 (从 1982年 2月 ~ 2005年 7月 )进行处理与分析, 得出了相应地形区 域的跨 断层地 应力积累 情况, 并与 过去二十 多 年云南当地地震情况联系在一起分析, 得出了其间的相互影响。 关键词: 变形监测; 变形观测数据; 数据处理和分析; 地应力 中图分类号: TD 842
1 变形观测
1 1 变形观测的概念及目的 在测量工程的实践和科学研究活动中, 变形观
测占有重要的位置。其在测量工程的实践上主要用 于检查各种工程建筑物和地质构造的稳定性, 及时 发现问题, 以便采取措施; 在科学研究活动上用于包 括更好理解变形的机理, 验证有关工程设计的理论 和地壳运动的假说, 以及建立正确的预报变形的理 论和方法。
变形监测数据处理方法
变形监测数据处理方法摘要：随着社会的不断进步以及经济的迅猛发展，现代工程建筑物的规模、造型和难度都有了更高的要求。
近年来，变形监测技术在自然灾害的预防和工程建筑物的倒塌与沉降等各个生产、生活领域都得到了广泛的应用与发展，变形监测也与我们的生产和生活紧密相连。
基于此，本文对变形监测的意义进行阐述，分析了变形监测处理中存在的问题，并提出了变形监测数据的处理方法，望对未来变形监测数据的发展提供一定的帮助。
关键词：变形监测；数据处理方法引言变形监测是测量工程中的重要工作内容，和很多方面的学科（比如地球物理、岩土力学、土木工程等）有着紧密的关联。
近年来，人们除了对发展新的监测方法、手段以及仪器重视外，对变形监测数据的处理方法也愈加重视。
而变形监测工作开展的目的主要是通过变形监测技术得到监测数据，并对监测数据进行处理研究，根据变形数据分析发生变形的原因，并提前做好预防工作。
1、变形监测技术的研究意义变形监测主要是利用各种设备以及先进检测技术对变形体的变形趋势进行持续监测，并不断对变形体的动态形变数据进行记录，再根据对观测数据的智能分析，对变形体的变形趋势建立直观的数学预测模型，当变形超过特定的数值时，则认为是可能发生事故灾害的前兆。
采取科学合理的手段对变形体的形变做好监测，不仅能及时准确地对变形体的稳定性和安全性做出判断，降低事故发生的可能，减少国民经济的损失、保障人身财产安全；同时，通过对监测资料的分析，能够更好地解释变形的机理，为研究灾害预报的理论与方法、制定工程设计规范等提供了重要依据。
2、变形监测数据处理中存在的问题2.1数据模型单一现有变形监测数据模型不能做到真实体现变形体的实际变形机理，且变形体还存在力学参数模糊的问题，因此，当变形体处于环境复杂、变形因素不稳定的情况时，如果使用单一的数据模型进行预报，展现效果比较差。
2.2数据准确度低在变形监测数据资料中，经常会出现数据缺失或是粗差等问题，在这种情况下对继续变形趋势进行预测，得出的结果会因数据缺失或是粗差的影响而使得数据的准确度比较低。
变形观测和数据处理
回归分析法
利用数学模型对观测数据进行拟 合，找出数据之间的内在规律。
高级数据处理技术
小波分析法
利用小波变换对观测数据进行多尺度分析，提取 有用信息，适用于非平稳信号处理。
神经网络法
模拟人脑神经元网络结构，对观测数据进行学习 和预测，适用于复杂数据的处理和分析。
支持向量机法
基于统计学习理论，构建分类或回归模型，对观 测数据进行分类或预测。
数据处理技术的选择与优化
1
根据观测数据的特性和需求选择合适的数据处理 技术。
2
对多种数据处理技术进行比较和评估，选择最优 方案。
3
根据实际应用情况对数据处理技术进行优化和改 进，提高数据处理效率和精度。
04
变形分析与预测
变形观测与数据处理将与多个学科融合，如地理信息系统、遥 感技术等，为更多领域提供服务。
对行业的启示和建议
加强技术研发和创新
鼓励企业和研究机构加强变形观测与数据处理技术的 研发和创新，提高我国在该领域的国际竞争力从业人员的培训和教育，提 高其专业素质和技术水平。
通过布设导线网，测量 各导线边长和角度变化，
确定整体变形。
利用全站仪进行三维坐 标测量，可实现高精度
变形监测。
现代变形观测方法
01
02
03
04
GPS监测
利用全球定位系统进行大范围 、高精度变形监测。
InSAR技术
利用卫星遥感干涉测量技术， 实现大面积地表形变监测。
光纤应变监测
通过光纤传感器监测结构内部 应变变化，适用于桥梁、大坝
根据观测数据的特性和应用需求，制定相应的质量控制标准。
大坝变形监测数据分析与处理研究
大坝变形监测数据分析与处理研究引言：大坝是一种重要的水利工程结构，它承担着调节水流、防洪、发电等多种功能，对于社会、经济和环境的稳定发展具有重要作用。
然而，由于大坝的使用时间长、工作环境复杂等原因，大坝会出现各种问题，如变形现象。
因此，对大坝的变形进行监测十分必要，而对监测数据进行分析与处理则能为大坝的安全运行提供有效保障。
一、大坝变形监测数据概述大坝的变形监测数据通常包括水平位移、竖向位移、沉降位移等方面的数据。
这些数据的采集可以通过传感器进行实时监测，也可以通过定期测量的方式获取。
在获取这些监测数据之后，需要对其进行分析与处理，以便及时发现大坝变形的异常情况，并采取相应的措施。
二、大坝变形监测数据分析方法1. 统计分析方法：统计分析方法是对大量监测数据进行整体分析的一种方法。
通过对监测数据进行统计，我们可以获得大坝变形的一些基本统计量，如平均值、标准差、极差等，从而判断大坝的稳定性。
此外，还可以通过统计分析来探索大坝变形与其他因素的相关性，如年龄、水位变化、降雨量等。
2. 趋势分析方法：趋势分析方法是利用大坝变形数据的变化趋势来判断其稳定性的一种方法。
通过对一段时间内的数据进行趋势分析，我们可以判断大坝的变形是否呈现出增长或减小的趋势，并根据趋势预测未来可能出现的问题。
常见的趋势分析方法包括线性回归分析、指数平滑法等。
3. 频谱分析方法：频谱分析方法是利用大坝变形数据的频谱信息来判断其稳定性的一种方法。
频谱分析可以将时域的变形数据转化为频域数据，从而揭示出变形数据中的主要频率成分。
通过对频谱进行分析，我们可以识别出大坝变形的周期性变化，并判断其是否处于危险状态。
三、大坝变形监测数据处理方法1. 数据清洗：数据清洗是指对采集到的监测数据进行预处理的过程。
在数据清洗中，我们需要检查数据的完整性、准确性和一致性，并对异常数据进行处理。
同时，还需要对数据进行去噪处理，以消除测量误差和干扰。
2. 数据可视化：数据可视化是将监测数据以图表、曲线等形式展示出来的过程。
变形监测数据处理
§5.1 绝对网和相对网
1.何为绝对网和相对网（P84） 2.基准点 3.平差问题的基准（参考系） 4.监测网平差的基准与一般平差问题的
基准的区别（P86） 5.三种可选的监测网平差基准
6.模型误差（P88） 7.变形分析中，平差方法的选择
§5.3 平均间隙法
平均间隙法的基本思想（P90）
1.变形观测 2.地面监测方法有(P30) 3.地面监测方法的优点 4.测量机器人 5.测量机器人自动化变形监测的两种方
式及工程应用 6.地面摄影测量方法(P33)
7.摄影测量方法的优点 8.GPS变形监测的特点 9.GPS变形监测自动化系统 10.特殊的测量手段
§6.5 人工神经网络
1.人工神经网络的特点，五个方面 2.BP网络的拓扑结构 3.BP网络的学习过程 4.BP网络的一般学习步骤
作业 P129 6，7
第七章 变形的确定性模型和混 合模型
1.弹性力学的有关内容简介 2.有限元法的基本概念 3.大坝位移确定性模型的建立 4.混合模型的表达式 5.确定性模型和混合模型的应用实例 6.反分析理论及其应用
§2.2 假设检验原理与方法
1.假设检验的概念 2.假设检验的方法
§2.3 随机过程及其特征
1.随机过程的基本概念 2.随机过程的特征量 3.随机过程特征量的实际估计
第三章 变形监测技术
1.变形监测技术 2.变形监测方案 3.变形监测网优化设计
§3.1 变形监测技术
§5.4 GPS变形监测网的数据 处理
1.GPS变形监测网可直接测定变形体的 三维空间变形（P93）
2.GPS变形监测网的两种平差方法，静 态平差和动态平差
变形监测数据处理
1.2 变形监测技术及其发展
本节重点为：
➢ 变形信息获取的手段 ➢ 变形监测方案设计问题 ➢ 地表变形监测方法 ➢ GPS周期性和连续性变形监测问题 ➢ GPS动态监测 ➢ 变形监测技术的未来
GPS在工程中的应用
厦 门 的 高 层 建 筑
GPS在高层建筑动态监测中
的应用
厦 门 建 设 银 行 大 厦
2）地面摄影测量技术在变形监测中的应用起步较早,但是 由于摄影距离不能过远，绝对精度较低，使得其应用受到局 限，仅大量应用于高塔、烟囱、古建筑、船闸、边坡体等的 变形监测.后来发展起来的数字摄影测量和实时摄影测量为地 面摄影测量技术在变形监测中的深入应用开拓了非常广泛的 前景。地面三维激光扫描系统将是变形监测领域的一种重要 技术。
3）光、机、电技术的发展，研制了一些特殊和专用的监 测仪器可用于变形的自动监测，它包括应变测量、准直测量 和倾斜测量。采用光纤传感器测量系统将信号测量与信号传 输合二为一，具有强的抗雷击、抗电磁场干扰和抗恶劣环境 的能力，便于组成遥测系统，实现在线分布式监测。
1.2 变形监测技术及其发展
4）GNSS作为一种全新的现代空间定位技术,已逐渐在许 多领域取代常规光学和电子测量仪器，在变形监测领域也不 例外.
变形分析的内涵就是从错综复杂的变形现象中找出其 内在规律性。
1.3 变形分析的的内涵及其研究进展
变形分析的研究内容涉及到变形数据处理与分析、变形 物理解释和变形预报的各个方面,通常将其划为两部分：
1）变形的几何分析; 2）变形物理解释. 变形的几何分析是对变形体的形状和大小的变形作几何 描述，其任务在于描述变形体变形的空间状态和时间特性。 变形物理解释的任务是确定变形体的变形和变形原因之 间的关系，解释变形的原因。
测绘技术变形监测数据分析方法
测绘技术变形监测数据分析方法近年来，测绘技术在工程领域的应用越来越广泛，其中之一就是变形监测。
变形监测通过使用现代测量设备获取和分析地面、建筑物、桥梁等工程结构的变形数据，以评估其结构安全性和运行状态。
本文将介绍测绘技术变形监测数据的分析方法，并探讨其在实际应用中的意义和局限性。
一、测绘技术变形监测的数据采集变形监测通常使用多种测量设备，如全站仪、GNSS接收器、倾斜仪等，来测量目标结构的各项变形参数，如位置、方位、倾斜等。
这些设备通过精确的测量方法，获取目标结构在不同时间点上的准确位置和姿态数据。
得到的数据通常以时间序列的形式存储，以便进一步的分析和比较。
二、测绘技术变形监测数据的分析方法1. 数据处理和筛查在进行数据分析之前，首先需要对采集到的数据进行处理和筛查。
这包括数据校正、数据筛选和数据补全等步骤。
校正是指将原始测量数据校正到一个已知的基准系统上，以确保数据的一致性和可比性。
筛选是指根据数据质量标准，将不符合要求的数据排除，以提高后续分析的准确性和可靠性。
补全是指通过插值或拟合等方法，填补数据缺失或缺失部分的数值，以保证数据的完整性。
2. 形变分析方法形变分析是变形监测数据分析的核心环节。
常用的形变分析方法包括：（1）测量点位法：将测量设备安装在目标结构的不同位置，通过测量其位置变化，进一步计算出结构的变形量。
这种方法适用于对于点位变形情况的分析。
（2）形状分析法：通过数学建模和影像处理等方法，对目标结构的形状进行分析和比较。
这种方法适用于对于整体形状变化的研究。
（3）时间序列分析法：对测量数据进行时间序列分析，探究其变化规律和趋势。
常用的时间序列分析方法包括平均法、趋势法、周期性分析等。
（4）统计分析法：通过统计学方法，对测量数据进行分析和比较。
常用的统计分析方法包括方差分析、相关性分析、回归分析等。
三、测绘技术变形监测数据分析方法的应用与局限测绘技术变形监测数据的分析方法在很多工程领域中都有广泛的应用。
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理 。而为了科学研究的目的，往往则要求达
论 ±0.1mm的精度。
第 三
§3.2 变形监测方案
章
➢ 监测方法、仪器和监测精度的确定
数
对于水工建筑物，根据其结构、形状不同，
理 观测内容和精度也有差异。即使对于同一建筑物
统 （如拱坝）的不同部位，其观测精度也不相同， 计 的 变形大的部位（拱冠）的观测精度可稍低于变形
统
对于工程建筑物来说，变形监测的精度要
计
求，取决于该工程建筑物预计的允许变形值
的
的大小和进行观测的目的。
有
关
理
论
第 三
§3.2 变形监测方案
章
➢ 监测方法、仪器和监测精度的确定
数
如何根据允许变形值来确定观测的精度，国内外还存在 着各种不同的看法。在国际测量师联合会（FIG）第十三
理 届会议（1971年）工程测量委员会的讨论中提出：“如
关
➢ 综合变形监测系统
理
论
第 三
§3.2 变形监测方案
章
➢ 变形监测内容的确定
数
应根据变形体的性质、监测要求和环境等
理
因素来确定变形监测工作的内容，例如：
统 ▪ 沉降或垂直位移监测
计 ▪ 水平位移监测
的
▪ 倾斜监测、裂缝监测、挠度监测
有
关
▪ 应力应变监测——物理参数
理 ▪ 气温、水位、地下水、降雨量、地震等环境
章
数
➢ 变形监测内容的确定
理
➢ 监测方法、仪器和监测精度的确定
统
计
➢ 监测部位和测点布置的确定
的
有
➢ 变形监测频率的确定
关
➢ 综合变形监测系统
理
论
第
三 章
本章的主要内容
变
❖ §3.1 变形监测技术
形
监
❖ §3.2 变形监测方案
测
❖ §3.3 变形监测网优化设计
技
术
第
三 §3.3 变形监测网优化设计
章
➢ 测量控制网包括：
数
理
测图控制网、施工控制网、变形监测网
统
➢ 测量控制网优化设计具有理论性和实用性：
计
1）在人、财、物的条件下，控制网具有最好的
的
精度、灵敏度和可靠性；
有
关
2）在满足精度、灵敏度和可靠性的条件下，控
理
制网的成本最低。
论
第
三 §3.3 变形监测网优化设计
章
数
➢ 控制网优化设计问题的分类及解法
统
计
基准点应布设在稳定位置。
的
有
关
理
论
第 三
§3.2 变形监测方案
章
➢ 变形监测频率的确定
数
理
变形监测的频率取决于变形的大小、
统 计
速度以及观测的目的。
的
有
关
理
论
第 三
§3.2 变形监测方案
章
➢ 综合变形监测系统
数
理 统
综合应用各种方法和技术，取长
计 补短，满足变形监测工作需要。
的
有
关
理
论
第
三 §3.2 变形监测方案
论 因素的监测
第 三
§3.2 变形监测方案
章
➢ 监测方法、仪器和监测精度的确定
数
理 变形监测方法和仪器的选择：
统
取决于工程地质条件以及工程周围的环境
计
条件，根据监测内容的不同可以选择不同的方
的 法和仪器。
有
关
理
论
第 三
§3.2 变形监测方案
章
➢ 监测方法、仪器和监测精度的确定
数
理
变形监测的精度要求 ：
统 果观测的目的是为了使变形值不超过某一允许的数值而
计 确保建筑物的安全，则其观测的中误差应小于允许变形
的 值的1/10～1/20；如果观测的目的是为了研究其变形的
有 过程，则其中误差应比这个数值小得多”。也有人认为
关 精度愈高愈好，尽可能提高观测的精度。由于观测的精
理
度直接影响到观测成果的可靠性，同时也涉及到观测方 法、仪器设备和投入费用等。因此，有关精度的问题，
论 值得进一步研究。
第 三
§3.2 变形监测方案
章
➢ 监测方法、仪器和监测精度的确定
数
在工业与民用建筑物的变形监测中，由于其主要监
理 测内容是基础沉陷和建筑物本身的倾斜，其观测精度应
统 根据建筑物基础的允许沉陷值、允许倾斜度、倾斜相对
计
弯矩等来决定，同时也应考虑其沉陷速度。例如，我国
的
建筑设计部门在研究高层建筑物的倾斜时，根据前述的
理
➢ 控制网优化设计的质量标准
统
计
➢ 变形监测网机助法优化设计系统
的
有 关 理 论
第 三
§3.3 变形监测网优化设计
章
➢ 控制网优化设计问题的分类及解法
数
理
零类设计（基准设计）
统
一类设计（结构图形设计）
计
的
二类设计（观测值权的分配）
有
三类设计（网的改造或加密方案设计）
关
理
论
第 三
§3.3 变形监测网优化设计
有 小的部位（如拱座）。对于混凝土大坝，测定变
关 形值的精度一般为±1mm；对于土工建筑物，测
理 定其变形值的精度不低于±2mm。
论
第
三 章
§3.2 变形监测方案
➢ 监测方法、仪器和监测精度的确定
数 理 统 计 的 有 关 理 论
第 三
§3.2 变形监测方案
章
➢ 监测部位和测点布置的确定
数
理
监测点布设在变形体的特征部位，重点突出；
章
➢ 控制网优化设计问题的分类及解法
数
理
控制网优化设计方法：
统
解析设计法
计
的
机助设计法
有
关
理
论
第 三
变形监测数据处理3-2-1
第
三 章
本章的主要内容
变 ❖ §3.1 变形监测技术
形
监 ❖ §3.2 变形监测方案
测
技 术
❖ §3.3 变形监测网优化设
计
第
三 §3.2 变形监测方案
章
数
➢ 变形监测内容的确定
理
➢ 监测方法、仪器和监测精度的确定
统
计
➢ 监测部位和测点布置的确定
的
有
➢ 变形监测频率的确定
理 本单位的仪器设备和技术力量，能够比较容易地达到精
统 度要求，而且在不必花费很大的精力、不增加很多工作
计 量的情况下，还能达到更高的精度时，也可以将观测的
的 精度指标提高。例如前述情况，在求得=±6mm后，即按
有 此思想将精度指标提高，取±2mm作为最后的观测中误差
关 。对于根据沉陷速度来确定观测精度，是指沉陷延续的 理 时间很长而沉陷量又较小的基础，其观测的精度就应当 论 高些。
有
观点以允许倾斜值的1/20作为观测的精度指标。某综合勘
关
察院在监测一幢大楼的变形时，根据设计人员提出的允
理
许倾斜度=4‰求得顶部的允许偏移值为120mm，以其1/20
作为观测中误差，即=±6mm。
论
第 三
§3.2 变形监测方案
章
➢ 监测方法、仪器和监测精度的确定
数
在生产实践中，求得必要的中误差以后，如果根据
第 三
§3.2 变形监测方案
章
➢ 监测方法、仪器和监测精度的确定
数
一般来讲，从实用的目的出发，对于连续生
理 产的大型车间（钢结构、钢筋混凝土结构的建筑
统 计
物）通常要求观测工作能反映出1mm的沉陷量；
的 对于一般的厂房，没有很大的传动设备、连续性
有 不大的车间，要求能反映出2mm的沉陷量。因此
关 ，对于监测点高程的测定误差，应在±1mm以内