芻議基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理
2015-05-08
一、前言
我國經(jīng)濟的發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設速度非?？?，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。這些工程項目中除了前期要做許多詳細的勘查測量和結(jié)構(gòu)設計之外，由于巖土工程項目的不確定性和復雜性，因此，在施工過程中要進行周密的監(jiān)測，即對周邊環(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、地下水位動態(tài)變化信息進行監(jiān)測。而監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)需要進行處理來反應該工程項目對周邊環(huán)境的影響，從而采取相應的措施。
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，實際量測到的數(shù)據(jù)是帶有隨機誤差的離散型數(shù)據(jù)。假如對收集來的監(jiān)測數(shù)據(jù)直接用于分析處理和計算則具有一定的局限和缺陷，因為，在獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)的時侯，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，從而影響預測預報及其他工作的可靠性。
?。ㄒ唬￢BA技術(shù)
該算法是運用計算機VBA編寫程序?qū)蟊碇械谋O(jiān)控量測數(shù)據(jù)進行直接處理，先瀏覽所有的工作報表，查找出并屬于同一監(jiān)測項目的工作報表，然后對這些工作報表中的指定數(shù)據(jù)進行進一步計算和處理，最后統(tǒng)計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)
小波理論是多學科交叉的結(jié)晶，它在被廣為研討和應用于科學研究和工程項目中。小波技術(shù)是建立在Fourier分析、泛函分析、樣條分析以及調(diào)和分析基礎之上的新的分析處理工具，在時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，也就是無用的信號，最終顯示出有用信號。因為隨著尺度的增加，時間分辨率會降低，噪聲影響會變小，因此信號的發(fā)展趨勢會被表現(xiàn)得更為明顯。
?。ㄈ┊惓z測技術(shù)
異常檢測它是數(shù)據(jù)挖掘的任務之一，就是識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）異常檢測的目標是發(fā)現(xiàn)真正的異常點， 并且同時避免錯誤地將那些正常對象標注為異常點。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)造一個數(shù)學模型。當監(jiān)測數(shù)據(jù)量大的時候，此方法很有效果；但對于其他方面，這個方法的效果將會減弱很多；第二，基于密度的技術(shù)。被測對象的密度可以很直接計算得到，當各個區(qū)域之間的密度相差不大的時候，也可以很好的利用此方法；第三，基于鄰近度的監(jiān)測。異常對象主要是那些跟大部分對象不一樣的對象，該檢測技術(shù)是基于距離的離群點，參數(shù)較難選擇。不過該方法最容易，但是同時計算量也大。異常檢測的關(guān)鍵是確定異常點數(shù)n和測量誤差點數(shù)k。
三、監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法
（一）沉降監(jiān)測
沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)處理一般分兩步，第一步是進行線性回歸模型分析，通過分析此線性回歸可以進行沉降監(jiān)測的變形預測，預報建筑物未來的安全。第二步利用灰色等時距模型進行分析預測。灰色動態(tài)等時距模型是以灰色生成函數(shù)概念為基礎，同時以微分擬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)進行比較，用來檢驗擬合的準確性。
（二）變形監(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，就是進行粗差的探測、定位，以及最終去除。先利用單個的或者多維的粗差檢驗方法，檢驗出粗差的位置。接著進行粗差處理，粗差處理是指在粗差不能避免的情況下，選擇合適的估計方法，使所估計的參數(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，利用控制點兩次觀測到的數(shù)據(jù)檢查一遍數(shù)據(jù)，確認觀測的數(shù)據(jù)準確無誤后進行坐標轉(zhuǎn)換從而求得坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)，并且需要對轉(zhuǎn)換的結(jié)果進行誤差評定，去除誤差過大的點，誤差過大的原因往往是由于控制點自身產(chǎn)生的位移，去除粗差點后再重新計算坐標轉(zhuǎn)換的參數(shù)。利用計算求得的坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)，將所有觀測點的坐標轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的控制點的坐標系中，再與以往的數(shù)據(jù)進行比較，即可得到觀測點的水平位移變化量。
?。ㄋ模┚€性回歸模型分析預測
基于沉降觀測數(shù)據(jù)，可以進行線性回歸分析，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)回歸方程對各點數(shù)據(jù)進行回歸，可獲得相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)字，如置信度、回歸值、F檢驗值等，并對相關(guān)系數(shù)進行顯著性檢驗。得出各點實測累積值和回歸分析值，將實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，但這兩個值一般存在一定差異，通過此線性回歸即可進行沉降觀測的變形預測，預報未來建筑物的安全。其中累積沉降的回歸分析值并不能準確地反映其沉降量，其和實際的累積沉降存在一定差異，但在點與點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4D-1和點3D-1沉降較為均勻，而其余三點沉降發(fā)生不均勻變化；（2）通過回歸分析可發(fā)現(xiàn)點點4D-1和3D-11兩個點沉降最快，而5D-1點則因為離基坑較遠，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。
（五）灰色等時距模型分析預測
根據(jù)建筑物監(jiān)測點情況，對點4D-2、4D-1、5D-1、3D-1、3D-2的沉降累計值進行建模預測。用～表示，建立MGM（1，5）模型。觀測資料以3d為一個周期，由于此次觀測數(shù)據(jù)并非等時距觀測，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個周期建模，后4個周期可以用來檢驗預測值的準確性。生成一次累加序列，即可求得一次累加序列的預測值，再求得各變形監(jiān)測點的灰色等時距模型的擬合值，并繪出各監(jiān)測數(shù)據(jù)點變形量的擬合值、實測值對比圖。
四、基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋
通過分析可預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€動態(tài)的過程.除了支護結(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，同時作用在支撐結(jié)構(gòu)體上的水平側(cè)應力也隨著結(jié)構(gòu)變形增加而變化。在每一周期量測后，需要對每個量測面上各個監(jiān)測點要進行數(shù)據(jù)處理與分析。同時利用所得到的位移數(shù)據(jù)進行反饋計算和分析，從而提供支護結(jié)構(gòu)體和周邊建筑物的狀態(tài)，預測它們的發(fā)展趨勢以便采取一定的措施。還可以驗證設計參數(shù)及施工方法，以指導施工，為工程項目的安全施工提供保障。
五、結(jié)束語
本文闡述了變形監(jiān)測的方案設計與數(shù)據(jù)處理的方法，并根據(jù)不同的數(shù)據(jù)處理模型對變形趨勢的預測預報的有效性進行了對比分析。結(jié)果表明，采用線性回歸預測模型對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理分析能夠簡單、快速、準確地得到深基坑沉降變形狀況以及對周邊建筑物的影響，并對下一次沉降量進行預報。
