工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望課件

第十章變形監(jiān)測(cè)分析與預(yù)報(bào)的發(fā)展展望§10.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望§10.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望§10.3工程安全監(jiān)測(cè)、分析與預(yù)報(bào)綜合信息系統(tǒng)第十章變形監(jiān)測(cè)分析與預(yù)報(bào)的發(fā)展展望§10.1工程的變形§10.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望測(cè)量?jī)x器的發(fā)展：光學(xué)經(jīng)緯儀電子經(jīng)緯儀激光經(jīng)緯儀全站儀測(cè)量機(jī)器人§10.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望測(cè)量?jī)x器的發(fā)展：光學(xué)§10.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望測(cè)量?jī)x器的發(fā)展：手持測(cè)距儀激光測(cè)距儀機(jī)載激光掃描儀地面激光掃描儀§10.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望測(cè)量?jī)x器的發(fā)展：§10.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望多傳感器如各種幾何量（位置、長(zhǎng)度、角度等)傳感器、物理量(應(yīng)力、應(yīng)變等〉傳感器、氣象元素以及環(huán)境變量傳感器的集成系統(tǒng)會(huì)成為變形監(jiān)測(cè)的發(fā)展主流。如GPS技術(shù)就包括了從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)、從一機(jī)一天線到一機(jī)多天線、從流動(dòng)到持續(xù)監(jiān)測(cè)等發(fā)展，電子全站儀發(fā)展到測(cè)量機(jī)器人，激光類儀器從激光經(jīng)緯儀、激光測(cè)距儀發(fā)展到激光跟蹤儀、地面和機(jī)載激光掃描儀。其發(fā)展和工程測(cè)量學(xué)的發(fā)展一樣。仍可概括為“六化”和“十六字”?！?0.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望多傳感“六化”包括：變形監(jiān)測(cè)內(nèi)外業(yè)作業(yè)的一體化；變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取及處理的自動(dòng)化；變形監(jiān)測(cè)測(cè)量過(guò)程控制和系統(tǒng)行為的智能化；變形監(jiān)測(cè)測(cè)量成果和產(chǎn)品的數(shù)字化；變形監(jiān)測(cè)測(cè)量信息管理的可視化；信息共享和傳播的網(wǎng)絡(luò)化。§10.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望十六字包括：精確、可靠、快速、簡(jiǎn)便、實(shí)時(shí)、持續(xù)、動(dòng)態(tài)、遙測(cè)“六化”包括：變形監(jiān)測(cè)內(nèi)外業(yè)作業(yè)的一體化；§10.1工程的§10.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望遠(yuǎn)程位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就是災(zāi)害預(yù)防多傳感器集成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的代表，該系統(tǒng)由GPS接收機(jī)、激光測(cè)距儀和其它轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。圖10-1是一個(gè)監(jiān)測(cè)站的構(gòu)成，各測(cè)站構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)通過(guò)GSM調(diào)制解調(diào)器與控制中心相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、監(jiān)測(cè)和報(bào)警。圖10-1：遠(yuǎn)程位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)監(jiān)測(cè)站§10.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望遠(yuǎn)程位§10.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望圖16-2所示的滑坡多傳感器集成自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也代表了工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，其中許多方面還處于研究之中：如滑坡災(zāi)害長(zhǎng)、中、短期監(jiān)測(cè)報(bào)警，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)方法技術(shù)的綜合運(yùn)用，群測(cè)群防與專業(yè)監(jiān)測(cè)的配合，人員緊急疏散依據(jù)和決策支持系統(tǒng)，等等。對(duì)于滑坡災(zāi)害乃至所有的工程來(lái)說(shuō)，監(jiān)測(cè)是手段，預(yù)警防災(zāi)減災(zāi)是目的。目前的監(jiān)測(cè)手段和方法雖然很多，但集成性不夠，長(zhǎng)期連續(xù)自動(dòng)遙測(cè)遙傳仍然是滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)的瓶頸?！?0.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望圖1§10.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望圖16-2滑坡多傳感器集成自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)§10.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望圖16-2滑坡多

我國(guó)與歐盟的合作研究項(xiàng)目“滑坡預(yù)警系統(tǒng)集成與優(yōu)化”的工作階段和主要研究工作可從另一角度說(shuō)明工程變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展。工作階段一：項(xiàng)目狀態(tài)報(bào)告；工作階段二：選擇試驗(yàn)場(chǎng)地；工作階段三：硬件的研制；工作階段四：制定多尺度觀測(cè)方案；工作階段五：選定試驗(yàn)場(chǎng)地；工作階段六：數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)管理；工作階段七：風(fēng)險(xiǎn)分析和預(yù)警；工作階段八：向公眾發(fā)布信息；工作階段九：標(biāo)準(zhǔn)化?！?0.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望我國(guó)與歐盟的合作研究項(xiàng)目“滑坡預(yù)警系統(tǒng)集成與優(yōu)

工程變形或工程安全平面監(jiān)測(cè)網(wǎng)一般布設(shè)為地面全邊角網(wǎng)，網(wǎng)由三角形、大地四邊形構(gòu)成堅(jiān)強(qiáng)圖形；網(wǎng)點(diǎn)埋設(shè)有帶強(qiáng)制對(duì)中裝置的觀測(cè)墩；平面監(jiān)測(cè)網(wǎng)同時(shí)也作高程監(jiān)測(cè)網(wǎng)，一般都采用一等邊角網(wǎng)的精度和一、二等幾何水準(zhǔn)精度施測(cè)。今后的發(fā)展將同時(shí)采用地面邊角網(wǎng)和GPS網(wǎng)，不必邊、角全測(cè)，特別是測(cè)角的工作量較大，受大氣折光影響大，可以放棄一些方向的測(cè)角工作，最好是根據(jù)邊、角精度匹配原則進(jìn)行網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和模擬計(jì)算，確定觀測(cè)方案，對(duì)網(wǎng)的圖形強(qiáng)度要求可降低。GPS基線與地面邊長(zhǎng)構(gòu)成的混合網(wǎng)有發(fā)展優(yōu)勢(shì)?；€間、地面邊之間的長(zhǎng)度比可以大一些，對(duì)通視要求可放低一些，一些點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)可布設(shè)在變形區(qū)外?！?0.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2.1監(jiān)測(cè)網(wǎng)布設(shè)和變形分析水準(zhǔn)網(wǎng)邊角網(wǎng)GPS網(wǎng)工程變形或工程安全平面監(jiān)測(cè)網(wǎng)一般布設(shè)為地面全

監(jiān)測(cè)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理屬于變形的幾何分析范疇。由于采用GPS技術(shù)后,作為基準(zhǔn)的點(diǎn)可布設(shè)在變形區(qū)外，所以監(jiān)測(cè)網(wǎng)周期觀測(cè)數(shù)據(jù)處理（穩(wěn)定點(diǎn)的確定）將變得簡(jiǎn)單，秩虧自由網(wǎng)平差或擬穩(wěn)平差已變得沒(méi)有必要。確定相對(duì)或絕對(duì)變形量大小也容易一些。§10.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2.1監(jiān)測(cè)網(wǎng)布設(shè)和變形分析監(jiān)測(cè)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理屬于變形的幾何分析范疇。由于采發(fā)展特點(diǎn)可歸納為：傳統(tǒng)方法和現(xiàn)代方法并存，傳統(tǒng)方法已比較成熱，應(yīng)向程序化、自動(dòng)化、可視化方向發(fā)展。要加強(qiáng)對(duì)各種現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理方法和算法的研究，還有多傳感器多時(shí)相數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處埋、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、計(jì)算智能技術(shù)等的研究?，F(xiàn)代數(shù)據(jù)處理方法如系統(tǒng)論方法、灰色理論、模糊數(shù)學(xué)、卡爾曼濾波、時(shí)間序列分析、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波理論、混沌理論、突變理論、臨界態(tài)理論、分形理論以及演化計(jì)算、粗糙集法、聚類方法、遺傳算法和統(tǒng)計(jì)分析法等要與計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、專家系統(tǒng)等相結(jié)合。下面對(duì)主要方法作簡(jiǎn)要說(shuō)明。§10.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2.2變形分析和預(yù)報(bào)方法發(fā)展特點(diǎn)可歸納為：傳統(tǒng)方法和現(xiàn)代方法并存，傳統(tǒng)

1.回歸分析法取變形(稱效應(yīng)量，如各種位移值）為因變量，環(huán)境量（稱影響因子，如水壓、溫度等）為自變量。根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論建立多元線性回歸模型，用逐步回歸法可得到效應(yīng)量與環(huán)境量之間的函數(shù)模型，用這種方法可作變形的物理解釋和變形預(yù)報(bào)，是一種非常成熟而有效的方法?！?0.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2.2變形分析和預(yù)報(bào)方法一元線性回歸多元線性回歸1.回歸分析法§10.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)

2.時(shí)間序列分析法

在工程的變形觀測(cè)中，監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的觀測(cè)量組成一個(gè)離散的隨機(jī)時(shí)間序列，可以采用時(shí)間序列分析理論與方法。在時(shí)序分析中，一般是針對(duì)單測(cè)點(diǎn)，若顧及各測(cè)點(diǎn)間的相關(guān)性進(jìn)行多點(diǎn)的關(guān)聯(lián)變形分析，則可能取得更好的效果?！?0.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2.2變形分析和預(yù)報(bào)方法原始數(shù)據(jù)圖數(shù)據(jù)擬合圖2.時(shí)間序列分析法§10.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望1

3.頻譜分析法對(duì)于具有周期性變化的變形時(shí)間序列，可采用傅里葉變換將時(shí)域信息轉(zhuǎn)為頻域信息進(jìn)行分析，通過(guò)計(jì)算各諧波頻率的振幅，找出最大振幅所對(duì)應(yīng)的主頻，可揭示變形的變化周期?！?0.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2.2變形分析和預(yù)報(bào)方法預(yù)測(cè)誤差表擬合曲線圖3.頻譜分析法§10.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)

4.卡爾曼濾波法將變形體視為一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)的狀態(tài)可用卡爾曼濾波模型即狀態(tài)方程和觀測(cè)方程描述，狀態(tài)方裎中若含監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置、速率和加速率等狀態(tài)向量參數(shù)，則為典型的運(yùn)動(dòng)模型。這種模型特別適合滑坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)處理?！?0.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2.2變形分析和預(yù)報(bào)方法結(jié)果對(duì)比表結(jié)果對(duì)比圖4.卡爾曼濾波法§10.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10

5.有限元法該法不需要做任何變形監(jiān)測(cè)，是一種采用確定函數(shù)模型且具有先驗(yàn)性質(zhì)的直接求解的方法?！?0.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2.2變形分析和預(yù)報(bào)方法邊坡最大剪應(yīng)變速率云圖邊坡計(jì)算模型5.有限元法§10.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2

6.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法工程的變形與影響因子之間是一種非線性、非確定性的復(fù)雜關(guān)系，模糊人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法將生物特征用到工程中，用計(jì)算機(jī)解決大數(shù)據(jù)情況下的學(xué)習(xí)、識(shí)別、控制和預(yù)報(bào)等問(wèn)題，是新近發(fā)展起來(lái)的一種行之有效的方法，對(duì)于具有大量監(jiān)測(cè)資料的工程安全分析與預(yù)報(bào)尤其適合?！?0.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2.2變形分析和預(yù)報(bào)方法變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和逐步回歸模型的預(yù)報(bào)殘差比較6.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法§10.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望1

7.小波分析法小波理論作為多學(xué)科交叉的結(jié)晶在科研和工程中被廣為研討和應(yīng)用。小波變換被譽(yù)為“數(shù)學(xué)顯微鏡”，它能從時(shí)頻域的局部信號(hào)中有效地提取信息。利用離散小波變換對(duì)變形觀測(cè)數(shù)據(jù)逬行分解和重構(gòu)，可有效地分離誤差，能更好地反映局部變形特征和整體變形趨勢(shì)?！?0.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2.2變形分析和預(yù)報(bào)方法變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)小波處理后與原始圖像對(duì)照?qǐng)D7.小波分析法§10.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.8.系統(tǒng)論方法變形體是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，是一個(gè)多維、多層的灰箱或黑箱結(jié)構(gòu)，具有非線性、耗散性、隨機(jī)性、外界干擾不確定性、對(duì)初始狀態(tài)敏感性和長(zhǎng)期行為混沌性等特點(diǎn)。系統(tǒng)論方法包括兩種建模方法：一種是輸入-輸出模型；另一種是動(dòng)力學(xué)方程法。

系統(tǒng)論方法還涉及變形體運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性研究，這種穩(wěn)定性在數(shù)學(xué)上可轉(zhuǎn)化為微分方程穩(wěn)定性的研究，主要采用李亞普諾夫提出的判別方法。

系統(tǒng)論方法涉及到許多非線性科學(xué)學(xué)科的知識(shí)，如系統(tǒng)論、控制論、信息論、突變論、協(xié)同論、分形和耗散結(jié)構(gòu)等?！?0.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2.2變形分析和預(yù)報(bào)方法8.系統(tǒng)論方法§10.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2工程安全監(jiān)測(cè)獲取的海量數(shù)據(jù)需要采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)進(jìn)行管理，變形分析和災(zāi)害預(yù)報(bào)需要采用各種模型

和方法進(jìn)行處理，對(duì)處理的結(jié)果需要進(jìn)行綜合分析、評(píng)價(jià)和決策。如果不對(duì)各類觀測(cè)資料進(jìn)行及時(shí)（最好是實(shí)時(shí)〉處理，不對(duì)處理成果進(jìn)行及時(shí)分析，則不可能監(jiān)控和指導(dǎo)工程的安全運(yùn)行,若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，則可能會(huì)造成巨大損失。因此，建立工程安全監(jiān)測(cè)、分析與預(yù)報(bào)綜合信息具有非常重要的意義。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)主要應(yīng)包括：總控部分、輸入系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)及管理系統(tǒng)、模型庫(kù)及管理系統(tǒng)、應(yīng)用程序庫(kù)及管理系統(tǒng)、知識(shí)庫(kù)及管理系統(tǒng)等。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理核心是一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理靈魂是各種數(shù)學(xué)模型和程序化處理。系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)和決策支持是基于知識(shí)庫(kù)的專家系統(tǒng)，災(zāi)害預(yù)報(bào)和三維可視化采用仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，而整個(gè)系統(tǒng)則采用分級(jí)管理或網(wǎng)絡(luò)管理模式。§10.3工程安全監(jiān)測(cè)、分析與預(yù)報(bào)綜合信息系統(tǒng)工程安全監(jiān)測(cè)獲取的海量數(shù)據(jù)需要采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)要將前述的各種變形分析與預(yù)報(bào)方法以程序的形式實(shí)現(xiàn)并放到綜合信息系統(tǒng)，再加上專家系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及其與變形分析與預(yù)報(bào)相結(jié)合，從原始數(shù)據(jù)、生成數(shù)據(jù)和處理結(jié)果中去挖掘和發(fā)現(xiàn)知識(shí)，對(duì)于同一組數(shù)據(jù)采用不同方法處理，對(duì)結(jié)果的比較分析和評(píng)價(jià)等無(wú)疑是一件相當(dāng)困難的事。對(duì)于一個(gè)工程來(lái)說(shuō)，需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取的自動(dòng)化、數(shù)據(jù)處理的模型化、分析評(píng)判的智能化、圖表和結(jié)果輸出的可視化、數(shù)據(jù)傳輸和管理的網(wǎng)絡(luò)化等?！?0.3工程安全監(jiān)測(cè)、分析與預(yù)報(bào)綜合信息系統(tǒng)要將前述的各種變形分析與預(yù)報(bào)方法以程序的形式實(shí)謝謝！謝謝！第十章變形監(jiān)測(cè)分析與預(yù)報(bào)的發(fā)展展望§10.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望§10.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望§10.3工程安全監(jiān)測(cè)、分析與預(yù)報(bào)綜合信息系統(tǒng)第十章變形監(jiān)測(cè)分析與預(yù)報(bào)的發(fā)展展望§10.1工程的變形§10.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望測(cè)量?jī)x器的發(fā)展：光學(xué)經(jīng)緯儀電子經(jīng)緯儀激光經(jīng)緯儀全站儀測(cè)量機(jī)器人§10.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望測(cè)量?jī)x器的發(fā)展：光學(xué)§10.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望測(cè)量?jī)x器的發(fā)展：手持測(cè)距儀激光測(cè)距儀機(jī)載激光掃描儀地面激光掃描儀§10.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望測(cè)量?jī)x器的發(fā)展：§10.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望多傳感器如各種幾何量（位置、長(zhǎng)度、角度等)傳感器、物理量(應(yīng)力、應(yīng)變等〉傳感器、氣象元素以及環(huán)境變量傳感器的集成系統(tǒng)會(huì)成為變形監(jiān)測(cè)的發(fā)展主流。如GPS技術(shù)就包括了從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)、從一機(jī)一天線到一機(jī)多天線、從流動(dòng)到持續(xù)監(jiān)測(cè)等發(fā)展，電子全站儀發(fā)展到測(cè)量機(jī)器人，激光類儀器從激光經(jīng)緯儀、激光測(cè)距儀發(fā)展到激光跟蹤儀、地面和機(jī)載激光掃描儀。其發(fā)展和工程測(cè)量學(xué)的發(fā)展一樣。仍可概括為“六化”和“十六字”?！?0.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望多傳感“六化”包括：變形監(jiān)測(cè)內(nèi)外業(yè)作業(yè)的一體化；變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取及處理的自動(dòng)化；變形監(jiān)測(cè)測(cè)量過(guò)程控制和系統(tǒng)行為的智能化；變形監(jiān)測(cè)測(cè)量成果和產(chǎn)品的數(shù)字化；變形監(jiān)測(cè)測(cè)量信息管理的可視化；信息共享和傳播的網(wǎng)絡(luò)化?！?0.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望十六字包括：精確、可靠、快速、簡(jiǎn)便、實(shí)時(shí)、持續(xù)、動(dòng)態(tài)、遙測(cè)“六化”包括：變形監(jiān)測(cè)內(nèi)外業(yè)作業(yè)的一體化；§10.1工程的§10.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望遠(yuǎn)程位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就是災(zāi)害預(yù)防多傳感器集成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的代表，該系統(tǒng)由GPS接收機(jī)、激光測(cè)距儀和其它轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。圖10-1是一個(gè)監(jiān)測(cè)站的構(gòu)成，各測(cè)站構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)通過(guò)GSM調(diào)制解調(diào)器與控制中心相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、監(jiān)測(cè)和報(bào)警。圖10-1：遠(yuǎn)程位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)監(jiān)測(cè)站§10.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望遠(yuǎn)程位§10.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望圖16-2所示的滑坡多傳感器集成自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也代表了工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，其中許多方面還處于研究之中：如滑坡災(zāi)害長(zhǎng)、中、短期監(jiān)測(cè)報(bào)警，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)方法技術(shù)的綜合運(yùn)用，群測(cè)群防與專業(yè)監(jiān)測(cè)的配合，人員緊急疏散依據(jù)和決策支持系統(tǒng)，等等。對(duì)于滑坡災(zāi)害乃至所有的工程來(lái)說(shuō)，監(jiān)測(cè)是手段，預(yù)警防災(zāi)減災(zāi)是目的。目前的監(jiān)測(cè)手段和方法雖然很多，但集成性不夠，長(zhǎng)期連續(xù)自動(dòng)遙測(cè)遙傳仍然是滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)的瓶頸?！?0.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望圖1§10.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望圖16-2滑坡多傳感器集成自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)§10.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望圖16-2滑坡多

我國(guó)與歐盟的合作研究項(xiàng)目“滑坡預(yù)警系統(tǒng)集成與優(yōu)化”的工作階段和主要研究工作可從另一角度說(shuō)明工程變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展。工作階段一：項(xiàng)目狀態(tài)報(bào)告；工作階段二：選擇試驗(yàn)場(chǎng)地；工作階段三：硬件的研制；工作階段四：制定多尺度觀測(cè)方案；工作階段五：選定試驗(yàn)場(chǎng)地；工作階段六：數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)管理；工作階段七：風(fēng)險(xiǎn)分析和預(yù)警；工作階段八：向公眾發(fā)布信息；工作階段九：標(biāo)準(zhǔn)化?！?0.1工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望我國(guó)與歐盟的合作研究項(xiàng)目“滑坡預(yù)警系統(tǒng)集成與優(yōu)

工程變形或工程安全平面監(jiān)測(cè)網(wǎng)一般布設(shè)為地面全邊角網(wǎng)，網(wǎng)由三角形、大地四邊形構(gòu)成堅(jiān)強(qiáng)圖形；網(wǎng)點(diǎn)埋設(shè)有帶強(qiáng)制對(duì)中裝置的觀測(cè)墩；平面監(jiān)測(cè)網(wǎng)同時(shí)也作高程監(jiān)測(cè)網(wǎng)，一般都采用一等邊角網(wǎng)的精度和一、二等幾何水準(zhǔn)精度施測(cè)。今后的發(fā)展將同時(shí)采用地面邊角網(wǎng)和GPS網(wǎng)，不必邊、角全測(cè)，特別是測(cè)角的工作量較大，受大氣折光影響大，可以放棄一些方向的測(cè)角工作，最好是根據(jù)邊、角精度匹配原則進(jìn)行網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和模擬計(jì)算，確定觀測(cè)方案，對(duì)網(wǎng)的圖形強(qiáng)度要求可降低。GPS基線與地面邊長(zhǎng)構(gòu)成的混合網(wǎng)有發(fā)展優(yōu)勢(shì)?；€間、地面邊之間的長(zhǎng)度比可以大一些，對(duì)通視要求可放低一些，一些點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)可布設(shè)在變形區(qū)外?！?0.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2.1監(jiān)測(cè)網(wǎng)布設(shè)和變形分析水準(zhǔn)網(wǎng)邊角網(wǎng)GPS網(wǎng)工程變形或工程安全平面監(jiān)測(cè)網(wǎng)一般布設(shè)為地面全

監(jiān)測(cè)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理屬于變形的幾何分析范疇。由于采用GPS技術(shù)后,作為基準(zhǔn)的點(diǎn)可布設(shè)在變形區(qū)外，所以監(jiān)測(cè)網(wǎng)周期觀測(cè)數(shù)據(jù)處理（穩(wěn)定點(diǎn)的確定）將變得簡(jiǎn)單，秩虧自由網(wǎng)平差或擬穩(wěn)平差已變得沒(méi)有必要。確定相對(duì)或絕對(duì)變形量大小也容易一些。§10.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2.1監(jiān)測(cè)網(wǎng)布設(shè)和變形分析監(jiān)測(cè)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理屬于變形的幾何分析范疇。由于采發(fā)展特點(diǎn)可歸納為：傳統(tǒng)方法和現(xiàn)代方法并存，傳統(tǒng)方法已比較成熱，應(yīng)向程序化、自動(dòng)化、可視化方向發(fā)展。要加強(qiáng)對(duì)各種現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理方法和算法的研究，還有多傳感器多時(shí)相數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處埋、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、計(jì)算智能技術(shù)等的研究?，F(xiàn)代數(shù)據(jù)處理方法如系統(tǒng)論方法、灰色理論、模糊數(shù)學(xué)、卡爾曼濾波、時(shí)間序列分析、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波理論、混沌理論、突變理論、臨界態(tài)理論、分形理論以及演化計(jì)算、粗糙集法、聚類方法、遺傳算法和統(tǒng)計(jì)分析法等要與計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、專家系統(tǒng)等相結(jié)合。下面對(duì)主要方法作簡(jiǎn)要說(shuō)明?！?0.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2.2變形分析和預(yù)報(bào)方法發(fā)展特點(diǎn)可歸納為：傳統(tǒng)方法和現(xiàn)代方法并存，傳統(tǒng)

1.回歸分析法取變形(稱效應(yīng)量，如各種位移值）為因變量，環(huán)境量（稱影響因子，如水壓、溫度等）為自變量。根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論建立多元線性回歸模型，用逐步回歸法可得到效應(yīng)量與環(huán)境量之間的函數(shù)模型，用這種方法可作變形的物理解釋和變形預(yù)報(bào)，是一種非常成熟而有效的方法?！?0.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2.2變形分析和預(yù)報(bào)方法一元線性回歸多元線性回歸1.回歸分析法§10.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)

2.時(shí)間序列分析法

在工程的變形觀測(cè)中，監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的觀測(cè)量組成一個(gè)離散的隨機(jī)時(shí)間序列，可以采用時(shí)間序列分析理論與方法。在時(shí)序分析中，一般是針對(duì)單測(cè)點(diǎn)，若顧及各測(cè)點(diǎn)間的相關(guān)性進(jìn)行多點(diǎn)的關(guān)聯(lián)變形分析，則可能取得更好的效果。§10.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2.2變形分析和預(yù)報(bào)方法原始數(shù)據(jù)圖數(shù)據(jù)擬合圖2.時(shí)間序列分析法§10.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望1

3.頻譜分析法對(duì)于具有周期性變化的變形時(shí)間序列，可采用傅里葉變換將時(shí)域信息轉(zhuǎn)為頻域信息進(jìn)行分析，通過(guò)計(jì)算各諧波頻率的振幅，找出最大振幅所對(duì)應(yīng)的主頻，可揭示變形的變化周期?！?0.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2.2變形分析和預(yù)報(bào)方法預(yù)測(cè)誤差表擬合曲線圖3.頻譜分析法§10.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)

4.卡爾曼濾波法將變形體視為一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)的狀態(tài)可用卡爾曼濾波模型即狀態(tài)方程和觀測(cè)方程描述，狀態(tài)方裎中若含監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置、速率和加速率等狀態(tài)向量參數(shù)，則為典型的運(yùn)動(dòng)模型。這種模型特別適合滑坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)處理?！?0.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2.2變形分析和預(yù)報(bào)方法結(jié)果對(duì)比表結(jié)果對(duì)比圖4.卡爾曼濾波法§10.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10

5.有限元法該法不需要做任何變形監(jiān)測(cè)，是一種采用確定函數(shù)模型且具有先驗(yàn)性質(zhì)的直接求解的方法?！?0.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2.2變形分析和預(yù)報(bào)方法邊坡最大剪應(yīng)變速率云圖邊坡計(jì)算模型5.有限元法§10.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2

6.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法工程的變形與影響因子之間是一種非線性、非確定性的復(fù)雜關(guān)系，模糊人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法將生物特征用到工程中，用計(jì)算機(jī)解決大數(shù)據(jù)情況下的學(xué)習(xí)、識(shí)別、控制和預(yù)報(bào)等問(wèn)題，是新近發(fā)展起來(lái)的一種行之有效的方法，對(duì)于具有大量監(jiān)測(cè)資料的工程安全分析與預(yù)報(bào)尤其適合?！?0.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2.2變形分析和預(yù)報(bào)方法變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和逐步回歸模型的預(yù)報(bào)殘差比較6.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法§10.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望1

7.小波分析法小波理論作為多學(xué)科交叉的結(jié)晶在科研和工程中被廣為研討和應(yīng)用。小波變換被譽(yù)為“數(shù)學(xué)顯微鏡”，它能從時(shí)頻域的局部信號(hào)中有效地提取信息。利用離散小波變換對(duì)變形觀測(cè)數(shù)據(jù)逬行分解和重構(gòu)，可有效地分離誤差，能更好地反映局部變形特征和整體變形趨勢(shì)?！?0.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.2.2變形分析和預(yù)報(bào)方法變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)小波處理后與原始圖像對(duì)照?qǐng)D7.小波分析法§10.2工程變形分析預(yù)報(bào)的發(fā)展展望10.8.系統(tǒng)論方法變形體是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)