武漢大學(xué)測繪學(xué)院變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理考試知識點(diǎn)總結(jié)

1、變形：變形是自然界普遍存在的現(xiàn)象，它是指變形體在各種荷載作用下，其形狀、大小及 位置在時間域和空間域中的變化。變形監(jiān)測：就是利用測量與專用儀器和方法對變形體的變形現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)視觀測的工作。其任務(wù)是確定在各種荷載和外力作用下，變形體的形狀、大小及位置變化的空間狀態(tài)和時間特征。 變形監(jiān)測工作是人們通過變形現(xiàn)象獲得科學(xué)認(rèn)識、檢驗(yàn)理論和假設(shè)的必要手段。變形體：變形體的范疇可以大到整個地球，小到一個工程建（構(gòu)）筑物的塊體，它包括自然和人工的構(gòu)筑物。變形監(jiān)測對象：全球性的變形研究，如監(jiān)測全球板塊運(yùn)動、地級移動、地球自轉(zhuǎn)速率變 化、地潮等；區(qū)域性變形研究，如地殼形變監(jiān)測、城市地面沉降等；工程和局部性變形 研究

2、，如監(jiān)測工程建筑物的三維變形、滑坡體的滑動、地下開采引起的地表移動和下沉等。 變形監(jiān)測的內(nèi)容應(yīng)根據(jù)變形體的性質(zhì)與地基情況來定。要求有明確的針對性，既要有重點(diǎn)，又要作全面考慮，以便能正確反映出變形體的變化情況，達(dá)到監(jiān)視變形體的安全、了解其變形規(guī)律之目的。 有工業(yè)與民用建筑物，水工建筑物，地面沉降（以水工建筑物為例）：對于土壩，其觀測項(xiàng)目主要為水平位移、垂直位移、滲透以及裂縫 觀測；對于混凝土壩，以混凝土重力壩為例，由于水壓力、外界溫度變化、壩體自重等因素 的作用，其主要觀測項(xiàng)目為垂直位移 （從而可以求得基礎(chǔ)與壩體的轉(zhuǎn)動 卜水平位移（從而可以 求得壩體的扭曲）以及伸縮縫的觀測，這些內(nèi)容通常稱為外部

3、變形觀測。此外，為了了解混凝土壩結(jié)構(gòu)內(nèi)部的情況，還應(yīng)對混凝土應(yīng)力、 鋼筋應(yīng)力、溫度等進(jìn)行觀測，這些內(nèi)容通常稱為內(nèi)部觀測。雖然內(nèi)部觀測一般不由測量人員進(jìn)行，但在進(jìn)行檢測數(shù)據(jù)處理時，特別是對變形原因作物理解釋時，則必須將內(nèi)、外部觀測的資料結(jié)合起來進(jìn)行分析。變形監(jiān)測的目的和意義：對于工程建筑來說，確保安全，驗(yàn)證設(shè)計(jì)，災(zāi)害防治。實(shí)用上的 意義，主要是掌握各種建筑物和地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性，為安全性診斷提供必要的信息，即便及時發(fā)現(xiàn)問題并采取措施；科學(xué)上的意義，包括更好地理解變形的機(jī)理，驗(yàn)證有關(guān)工程設(shè)計(jì)的理論和地殼運(yùn)動的假說，進(jìn)行反饋設(shè)計(jì)以及建立有效的變形預(yù)報模型。變形監(jiān)測的方法：取決于變形體的特征、變形監(jiān)測的

4、目的、變形大小和變形速度 全球性變形監(jiān)測：空間大地測量（GPS,VLBI,SLR, LL衛(wèi)星重力探測技術(shù)）。區(qū)域性變形監(jiān)測：GPS,I nSAF精密水準(zhǔn)測量。工程和局部性變形監(jiān)測：地面常規(guī)測量技術(shù)、地面攝影測量技術(shù)、 特殊和專用的測量手段、以GPS為主的空間定位技術(shù)。傳統(tǒng)的地表變形監(jiān)測方法采用的是大地測量法和近景攝影測量法。變形監(jiān)測的特點(diǎn)：1）周期性重復(fù)觀測；2）精度要求高；3）多種測繪技術(shù)的綜合應(yīng)用；4）監(jiān)測網(wǎng)著重研究點(diǎn)位的變化。1隨機(jī)現(xiàn)象：在同樣條件下進(jìn)行同樣的觀察或?qū)嶒?yàn)，卻可能發(fā)生種種不同結(jié)果的現(xiàn)象，稱為 隨機(jī)現(xiàn)象或偶然現(xiàn)象。2統(tǒng)計(jì)規(guī)律性：表面上看來，隨機(jī)現(xiàn)象的發(fā)生，完全是隨機(jī)的、偶然的

5、，沒有什么規(guī)律可循。 但是，如果我們在相同的條件下進(jìn)行多次重復(fù)的實(shí)驗(yàn)或大量的觀察，就會發(fā)現(xiàn)隨機(jī)現(xiàn)象結(jié)果的出現(xiàn)，也具有一定的規(guī)律性。在自然界和人類社會中， 這種現(xiàn)象是普遍存在的，看起來毫無規(guī)律的隨機(jī)現(xiàn)象，卻有著某種規(guī)律性的東西隱藏在它的后面。我們稱這種規(guī)律性為隨機(jī)現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性。3偶然誤差分布特點(diǎn)：就誤差的絕對值而言，小誤差比大誤差出現(xiàn)的機(jī)會多，故誤差的概率與誤差的大小有關(guān)； 大小相等，符號相反的正負(fù)誤差的數(shù)目幾乎相等，故誤差的密度曲線是對稱于誤差為 0的縱軸；極大的正誤差與負(fù)誤差的概率非常小，故絕對值很大的誤 差一般不會出現(xiàn)。4隨機(jī)過程（函數(shù)）:在動態(tài)監(jiān)測中，對某一個不斷變化的監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行觀察

6、，每一個觀察結(jié)果 是一個確定的隨時間或空間變化的函數(shù)（例如一條記錄曲線），對于觀察時間間隔內(nèi)的每一瞬時，這一函數(shù)都有一個確定的數(shù)值。但由于隨機(jī)誤差的存在，多次的重復(fù)觀測會得到不完全 相同的函數(shù)結(jié)果（例如一組記錄曲線）。這種函數(shù)，對于自變量（時間或空間）的每一個給定值， 它是一個隨機(jī)變量，我們稱這種函數(shù)為隨機(jī)函數(shù)。通常把自變量為時間t的隨機(jī)函數(shù)叫做隨 機(jī)過程。5研究隨機(jī)過程的意義：隨著現(xiàn)代變形監(jiān)測自動化需求和科學(xué)研究的發(fā)展，越來越迫切地需要了解監(jiān)測對象過程的變化，這時監(jiān)測點(diǎn)可能是隨時間或空間而連續(xù)變化的。因此，監(jiān)測過程和監(jiān)測結(jié)果也是隨時間或空間而連續(xù)變化的。在近代物理學(xué)、無線電技術(shù)、自動控制、空

7、 間技術(shù)等學(xué)科中，都大量應(yīng)用隨機(jī)過程理論。變形的幾何量和物理量的監(jiān)測，過去以靜態(tài)監(jiān)測為主。如今，隨著儀器設(shè)備的進(jìn)步和自動監(jiān)測要求提高，對幾何量和物理量的動態(tài)實(shí)時監(jiān)測日益增加。顯然，用過去靜態(tài)測量精度評定方法是不能正確地評定動態(tài)測量結(jié)果的，而且也不能進(jìn)一步地分析動態(tài)監(jiān)測中的特殊現(xiàn)象。因此，有必要研究隨機(jī)過程理論。6假設(shè)檢驗(yàn)的一般步驟：1.提出原假設(shè)H0; 2.選擇一個合適的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量U,并從樣本（子樣觀測值）求出統(tǒng)計(jì)量 U的值u; 3.對于給定的顯著水平 a,查U的分布表，求出臨界值 u0,用它劃分接受域 W0和拒絕域 W1，使得當(dāng)H0為真時，有PU W1= a ; 4比較u （統(tǒng) 計(jì)量U的值）

8、和u0,若u落在拒絕域 W1中，就拒絕H0,若u落在接受域 W0中，就接受 H0。7隨機(jī)變量的特征量：概率分布函數(shù)、算數(shù)平均值、標(biāo)準(zhǔn)差。隨機(jī)過程的特征量：概率密度函數(shù)均值、 方差和均方值；自相關(guān)函數(shù)；譜密度函數(shù)。8自相關(guān)函數(shù)：均值和方差是表征隨機(jī)過程在各個孤立時刻的統(tǒng)計(jì)特性的重要特征量，但不 能反映隨機(jī)過程不同時刻之間的關(guān)系。因此，除均值和方差外，我們還要用另一個特征量來反映隨機(jī)過程內(nèi)不同時刻之間的相關(guān)程度，這種特征量叫相關(guān)函數(shù)或自相關(guān)函數(shù)。9頻譜分析法：在實(shí)用上，我們不僅關(guān)心作為隨機(jī)過程的數(shù)據(jù)的均值和相關(guān)函數(shù)，而且往往 更關(guān)心隨機(jī)數(shù)據(jù)的頻率分布情況，也就是研究隨機(jī)過程是由哪些頻率成分所組成，

9、不同頻率的分量各占多大的比重等。這種分析方法就是所謂的頻譜分析法。10.各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過程：對于平穩(wěn)過程，為求特征量，需作大量實(shí)驗(yàn)，獲得多個隨機(jī)過程的 現(xiàn)實(shí)，然后在各t時刻上求特征量估計(jì)。而在測量實(shí)踐中，對某一時刻t要取得大量的現(xiàn)實(shí)是十分困難的，甚至是不可能的。但是，可以從一個現(xiàn)實(shí)（即單個觀測得到的時間歷經(jīng) ）來求特征量。許多平穩(wěn)隨機(jī)過程都可以這樣做，我們把這一類的平穩(wěn)過程稱為各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過程。GPS的作業(yè)方式分為周期性和連續(xù)性：周期性變形監(jiān)測：因?yàn)橛械淖冃误w的變形極為緩慢，在局部時間域內(nèi)可以認(rèn)為是穩(wěn)定的，其監(jiān)測頻率有的是幾個月，有的甚至長達(dá)幾年，此時， 采用GPS靜態(tài)相對定位法進(jìn)行測量，數(shù)據(jù)處

10、理與分析一般都是事后的。連續(xù)性變形監(jiān)測： 指的是采用固定監(jiān)測儀器進(jìn)行長時間的數(shù)據(jù)采集，獲得變形數(shù)據(jù)序列。雖然連續(xù)性監(jiān)測模式也是對測點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)性的觀測，但其觀測數(shù)據(jù)是連續(xù)的，具有較高的時間分辨率。變形分析的內(nèi)涵：透過現(xiàn)象看本質(zhì)，從雜亂無章中找出其內(nèi)在規(guī)律，然后遵循規(guī)律辦事。變形分析的研究內(nèi)容：變形的幾何分析和變形的物理解釋。幾何分析是對變形體的形狀和大小的變形作幾何描述， 其任務(wù)在于描述變形體變形的空間狀態(tài)和事件特性。變形物理解釋的任務(wù)是確定變形體的變形和變形原因之間的關(guān)系，解釋變形的原因。幾何分析：參考點(diǎn)的穩(wěn)定性分析、觀測值的平差處理和質(zhì)量評定以及變形模型參數(shù)估計(jì)等變形物理解釋的方法可分為統(tǒng)計(jì)

11、分析法、確定函數(shù)法和混合模型法。統(tǒng)計(jì)分析法：以回歸分析模型為主，是通過分析所觀測的變形（效用量）和外因（原因量） 之間的相關(guān)性，來建立荷載 -變形之間的關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，它具有后驗(yàn)的性質(zhì)，是目前應(yīng)用 比較廣泛的變形成因分析法。確定函數(shù)法：以有限元法為主，它是在一定的假設(shè)條件下，利用變形體的力學(xué)性質(zhì)和無力相知，通過應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系建立荷載與變形的函數(shù)模型，然后利用確定函數(shù)模型預(yù)報在荷載作用下變形體可能的變形。具有先驗(yàn)的性質(zhì)，比統(tǒng)計(jì)模型物理意義明確，但計(jì)算工作量較大， 并對用作計(jì)算的基本資料有一定的要求?；旌夏Ｐ头ǎ簩τ谀切┡c效用量關(guān)系比較明確的原因量（如水質(zhì)分量）用有限元法德計(jì)算值，而對于另一些與效

12、用量關(guān)系不是很明確或采用相應(yīng)的物理理論計(jì)算成果難以確定他們之間 函數(shù)關(guān)系的原因量則仍采用統(tǒng)計(jì)模型，然后與實(shí)際值進(jìn)行擬合而建立的模型變形體：對可能產(chǎn)生變形的各種自然或人工的建筑物或構(gòu)筑體我們可以統(tǒng)稱為變形體。 變形觀測：對變形體在運(yùn)動中的空間和時間域內(nèi)進(jìn)行周期性的重復(fù)觀測，就稱為變形觀測。地面監(jiān)測方法：主要是指用高精度測量儀器 （如經(jīng)緯儀、測距儀、水準(zhǔn)儀、全站儀等）測量角度、邊長和高程的變化來測定變形，它們是目前變形監(jiān)測的主要手段。常用的地面監(jiān)測方法主要有兩方向（或三方向）前方交會法、雙邊距離交會法、極坐標(biāo)法、自由設(shè)站法、視準(zhǔn)線法、 小角法、測距法及幾何水準(zhǔn)測量法，以及精密三角高程測量法等。常用

13、前方交會法、距離交會法監(jiān)測變形體的二維（X,Y方向）水平位移；用視準(zhǔn)線法、小角法、測距法觀測變形體的水平 單向位移；用幾何水準(zhǔn)測量法、精密三角高程測量法觀測變形體的垂直（Z方向）位移。地面監(jiān)測方法的優(yōu)點(diǎn)：能夠提供變形體的變形狀態(tài)，監(jiān)控面積大，可以有效地監(jiān)測確定變形體的變形范圍和絕對位移量；觀測量通過組成網(wǎng)的形式可以進(jìn)行測量結(jié)果的校核和精度 評定；靈活性大，能適用于不同的精度要求、不同形式的變形體和不同的外界條件。測量機(jī)器人：是一種能代替人進(jìn)行自動搜索、 跟蹤、辨識和精確照準(zhǔn)目標(biāo)并獲取角度、 距離、 三維坐標(biāo)以及影像等信息的智能型電子全站儀。固定式變形監(jiān)測優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)高效、全自動、準(zhǔn)確、實(shí)時性強(qiáng)

14、、結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便等特 點(diǎn)，特別適用于小區(qū)域內(nèi)的變形監(jiān)測，可實(shí)現(xiàn)全自動的無人守值的形變監(jiān)測。缺點(diǎn)沒有多余的觀測量，測量的精度隨著距離的增長而顯著地降低，且不易檢查發(fā)現(xiàn)粗差； 系統(tǒng)所需的測量機(jī)器人、棱鏡、計(jì)算機(jī)等設(shè)備因長期固定而需要采取特殊的措施保護(hù)起來； 這種方式需要有雄厚的資金作保證，測量機(jī)器人等昂貴的儀器設(shè)備只能在一個變形監(jiān)測項(xiàng)目中專用。移動式半自動監(jiān)測：在各觀測墩上安置整平儀器，輸入測站點(diǎn)號，進(jìn)行必要的測站設(shè)置，后視之后測量機(jī)器人會按照預(yù)置在機(jī)內(nèi)的觀測點(diǎn)順序、測回數(shù)，全自動地尋找目標(biāo)， 精確照準(zhǔn)目標(biāo)、記錄觀測數(shù)據(jù)，計(jì)算各種限差，作超限重測或等待人工干預(yù)等。完成一個測點(diǎn)的工作之后，人工將

15、儀器搬到下一個施測的點(diǎn)上，重復(fù)上述的工作，直至所有外業(yè)工作完成。 這種移動式網(wǎng)觀測模式可大大減輕觀測者的勞動強(qiáng)度，所獲得的成果精度更好。8根據(jù)攝影時攝影機(jī)內(nèi)外方位元素是否已知，攝影測量的數(shù)據(jù)處理方式分為空間前方交會發(fā)，空間后交-前交法，嚴(yán)密解法以及直接現(xiàn)行變換法地面攝影測量方法：就是在變形體周圍選擇穩(wěn)定的點(diǎn)， 在這些點(diǎn)上安置攝影機(jī)，并對變形體 進(jìn)行攝影，然后通過內(nèi)業(yè)量測和數(shù)據(jù)處理得到變形體上目標(biāo)點(diǎn)的二維或三維坐標(biāo)，比較不同時刻目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)得到它們的位移。優(yōu)點(diǎn)：可以同時測定變形體上任意點(diǎn)的變形；提供完全和瞬時的三維空間信息；大 量減少野外的測量工作量；可以不需要接觸被測物體；有了攝影底片，可以觀

16、測到變形 體以前的狀態(tài)。方式：固定攝站的時間基線法； 立體攝影測量法。 時間基線法是把兩個不同時刻所拍的 像片作為立體像對， 量測同一目標(biāo)像點(diǎn)的左右和上下視差， 這些視差乘以像片比例尺即為目 標(biāo)點(diǎn)的位移。立體攝影測量分為正直攝影、等偏攝影、交向攝影和等傾攝影。GPS變形監(jiān)測 的特點(diǎn)：測站間無須通視； 可同時提供監(jiān)測點(diǎn)的三維位移信息；全天候 監(jiān)測；監(jiān)測精度高；操作簡便，易于實(shí)現(xiàn)監(jiān)測自動化；GPS大地高用于垂直位移測量。 GPS變形監(jiān)測分為：周期性監(jiān)測模式和連續(xù)性監(jiān)測模式。GPS變形監(jiān)測自動化系統(tǒng)組成：數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)處理、分析和管理等部分。 地面三維激光掃描儀組成：掃描儀、控制器（計(jì)算機(jī)

17、）、電源供應(yīng)系統(tǒng)。三維激光特點(diǎn)：快速、不接觸、穿透、實(shí)時、動態(tài)、主動性、高密度、高精度、數(shù)字化、自 動化三維激光優(yōu)點(diǎn)：速度快，密度高，精度高，特別適合大面積或者表面復(fù)雜的物體測量及其 物體局部細(xì)節(jié)測量；不需要接觸物體， 昏暗和夜間都不影響外業(yè)測量；快速和準(zhǔn)確地獲取表面、體積、斷面、截面、等值線等；方便將3D模型轉(zhuǎn)換到CAD系統(tǒng)中，直接供工程設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、幾何模型重建和模型可視化。.特殊的測量手段應(yīng)變測量、準(zhǔn)直測量、傾斜測量。特點(diǎn)：測量過程簡單；容易實(shí)現(xiàn)自動化觀測和連續(xù)監(jiān)測；提供的是局部的變形信息。25.測量機(jī)器人三大改正：距離的差分改正（大氣條件的變化對距離測量的影響）

18、、球氣差的改正（在極坐標(biāo)的單向測量中必須考慮球氣差對高程測量的影響）、方位角的差分改正（因水平度盤零方向的變化對水平方位角的影響）。垂線測量：垂線有兩種形式：正垂線和倒垂線。正垂線一般用于建筑物各高程面處的水平 位移監(jiān)測、撓度觀測和傾斜測量等。 倒垂線大多用于巖層錯動監(jiān)測、撓度監(jiān)測，或用作水平 位移的基準(zhǔn)點(diǎn)。正垂線觀測中的誤差主要有夾線誤差、照準(zhǔn)誤差、讀數(shù)誤差、對中誤差、垂 線儀的零位漂移和螺桿與滑塊間的隙動誤差等。倒垂線測量的誤差主要來源于浮體產(chǎn)生的誤差、垂線觀測儀產(chǎn)生的誤差、外界條件變化產(chǎn)生的誤差。倒垂測量中，還會因儀器的對中、 調(diào)平、讀數(shù)和零位漂移等因素使測量結(jié)果產(chǎn)生誤差。怎樣指定變形監(jiān)

19、測方案：變形監(jiān)測方案的制定必須建立在對工程場地的地質(zhì)條件、施工方案、施工周圍環(huán)境詳盡的調(diào)查了解基礎(chǔ)之上，同時還需與工程建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)理單位、 設(shè)計(jì)單位以及有關(guān)部門進(jìn)行協(xié)調(diào)。由于變形監(jiān)測方案的制定將影響到觀測的成本、成果的精度和可靠性，因此，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真、全面地考慮。變形監(jiān)測方案制定的主要內(nèi)容 ：監(jiān)測內(nèi)容的確定；監(jiān)測方法、儀器和監(jiān)測精度的確定； 施測 部位和測點(diǎn)布置的確定；監(jiān)測周期的確定。五固定：觀測點(diǎn)位（測站）；觀測人員；觀測設(shè)備；觀測方法和路線；觀測環(huán)境條件監(jiān)測內(nèi)容的確定：監(jiān)測內(nèi)容的確定主要根據(jù)監(jiān)測工程的性質(zhì)和要求，在收集和閱讀工程地質(zhì)勘察報告、施工組織計(jì)劃的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程周圍和環(huán)境確

20、定變形監(jiān)測的內(nèi)容。變形監(jiān)測方法和儀器的選擇主要取決于工程地質(zhì)條件以及工程周圍的環(huán)境條件，根據(jù)監(jiān)測內(nèi)容的不同可以選擇不同的方法和儀器。變形監(jiān)測精度的確定：制定變形監(jiān)測的精度取決于變形的大小、速率、儀器和方法所能達(dá)到的實(shí)際精度，以及觀察的目的等。和其他測量工作相比，變形觀測要求的精度高， 典型精度是1mm或相對精度為10的-6次方。確定合理的測量精度是很重要的，過高的精度要求使 測量工作復(fù)雜，增加費(fèi)用和時間；而精度定得太低又會增加變形分析的困難，使所估計(jì)的變形參數(shù)誤差大，甚至?xí)贸霾徽_的結(jié)論。一般來說，如果變形觀測是為了使變形值不超過某一允許的數(shù)值，以確保建筑物的安全，則其觀測的誤差應(yīng)小于允許變

21、形值的1/10-1/20 ;如果是為了研究變形的過程，則其誤差應(yīng)比上面這個數(shù)值小得多，甚至應(yīng)采用目前測量手段和儀器所能達(dá)到的最高精度。監(jiān)測點(diǎn)位布置：必須安全、可靠，布局合理，突出重點(diǎn)，并能滿足監(jiān)測設(shè)計(jì)及精度要求，便 于長期監(jiān)測。沉降觀測工作點(diǎn)的布設(shè)：1 ）沉降監(jiān)測工作點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在最有代表性的部位，還要考慮到建筑 物基礎(chǔ)的地質(zhì)條件， 建筑物特征，建筑物內(nèi)部應(yīng)力分布狀況等。2）工作點(diǎn)應(yīng)與建筑物連接牢固，使工作點(diǎn)的高程變化能真正反映建筑物的沉降變化情況。3）工作點(diǎn)的點(diǎn)位應(yīng)便于觀測。變形監(jiān)測的頻率取決 于變形的大小、速度以及觀測的目的。 變形監(jiān)測頻率的大小應(yīng)能反映出 變形體的變形規(guī)律，并可隨單位時間內(nèi)變

22、形量的大小而定。 變形量較大時，應(yīng)增大監(jiān)測頻率； 變形量減小或建筑物趨于穩(wěn)定時，則可減小監(jiān)測頻率。建筑物變形監(jiān)測內(nèi)容有哪些。（1 ）建筑物沉降監(jiān)測，水平位移監(jiān)測，傾斜位移監(jiān)測，裂縫監(jiān)測,撓度監(jiān)測觀測值的誤差分類： 粗差（也稱錯誤），它是由于觀測中的錯誤所引起的，例如，GPS觀測中的周跳現(xiàn)象，水準(zhǔn)觀測時的讀錯、記錯等；系統(tǒng)誤差。它是在相同的觀測條件下作一系列的觀測，而觀測誤差在大小、符號上表現(xiàn)出系統(tǒng)性，偶然誤差（也稱隨機(jī)誤差），它是在相同的觀測條件下作一系列的觀測，而觀測誤差在大小、符號上表現(xiàn)出偶然性。監(jiān)測資料檢核的意義：如果在監(jiān)測資料中存在錯誤或系統(tǒng)誤差，就會對后續(xù)的變形分析和解釋帶來困難，甚

23、至得出錯誤的結(jié)論。同時，在變形監(jiān)測中，由于變形量本身較小，臨近于測量誤差的邊緣，為了區(qū) 分變形與誤差，提取變形特征，必須設(shè)法消除較大誤差（超限誤差），提高測量精度，從而盡可能地減少觀測誤差對變形分析的影響。變形監(jiān)測資料處理的首要工作是分析變形觀測值的質(zhì)量，包括觀測值的精度和可靠性。這里所指的觀測值既可以是原始觀測值，也可以是經(jīng)一定處理后的觀測值（如 GPS測量所得到的基線向量、坐標(biāo)等）。.變形監(jiān)測檢核的方法：變形監(jiān)測檢核的方法很多，應(yīng)根據(jù)實(shí)際觀測情況而定。包括野外檢核和室內(nèi)檢核。室內(nèi)檢核 工作，具體有：原始記錄的校核；原始資料的統(tǒng)計(jì)分析，如粗差檢驗(yàn)法；原始資料的 邏輯分析：根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)的內(nèi)在物力

24、意義來分析原始實(shí)測值的可靠性。包括：一致性分析：時間-效應(yīng)量、原因-效應(yīng)量；相關(guān)性分析：空間點(diǎn)位的相關(guān)性。邏輯分析，若存在大的偏差，則有兩種可能：誤差引起（大誤差或粗差）；真實(shí)變形（突變），是險情的萌芽。監(jiān)測資料管理系統(tǒng)分為：人工管理處理。計(jì)算機(jī)輔助人工處理。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)篩選步驟：組成誤差方程與法方程式；解法方程式并作整體檢驗(yàn)，求Qvv;計(jì)算局部檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量與假設(shè)檢驗(yàn)。監(jiān)測資料的插補(bǔ)：由于各種主、客觀條件的限制，當(dāng)實(shí)測資料出現(xiàn)漏測時，或在數(shù)據(jù)處理時需要利用等間隔觀測時，則可利用已有的相鄰測次或相鄰測點(diǎn)的可靠資料進(jìn)行插補(bǔ)工作。插補(bǔ)方法：按內(nèi)在物力聯(lián)系進(jìn)行插補(bǔ)；按數(shù)學(xué)方法進(jìn)行插補(bǔ)：（線性內(nèi)插

25、法、拉格朗日內(nèi)插計(jì)算、用多項(xiàng)式進(jìn)行曲線擬合、周期函數(shù)的曲線擬合、多面函數(shù)擬合法）。小波變換的基本思想是用一族函數(shù)去表示或逼近一信號或函數(shù)小波變換在變形分析中的作用 ：觀測數(shù)據(jù)濾波。對于變形體的變形監(jiān)測， 觀測數(shù)據(jù)序列中 的有用信號和噪聲的時頻特特性通常是不一樣的。有用信號在時域和頻域上是局部化的，表現(xiàn)為低頻特性；而噪聲在時頻空間中的分布是全局性的，它在整個觀測的時域內(nèi)處處存在， 在頻域上表現(xiàn)為高頻特性。因此，小波濾波可有效地分離有用信號s（t）和噪聲n（t）,實(shí)現(xiàn)消噪的目的；變形特征提取。借助于小波變換的局部時頻分析特征，可以聚焦到信號的任意細(xì)節(jié)，在很強(qiáng)的背景噪聲下，可有效地提取反映變形的特征

26、信息。尤其對于非平穩(wěn)突變（或非線性）變形、非等時間間隔觀測以及弱信號等特征提取，將會是一種很好的方法。另外， 在高層和高聳建筑的動態(tài)監(jiān)測中，可以高精度地實(shí)現(xiàn)振動特征提取。不同變形頻率的分離。 對于復(fù)雜周期或多種頻率混雜的變形特征可進(jìn)行有效分離，這對變形的物理解釋是十分有用的。觀測精度估計(jì)，進(jìn)行小波濾波后，一方面實(shí)現(xiàn)了消噪的目的，另一方面所分離出的噪聲實(shí)質(zhì)上反映了變形監(jiān)測系統(tǒng)的觀測精度，由噪聲量可以更為客觀地評定監(jiān)測系統(tǒng)的精度。消噪的步驟：小波分解。比如，根據(jù)問題的性質(zhì)，選擇一組Daubechies小波濾波系數(shù)構(gòu)造變換矩陣 W，并確定其分解層次 J,然后對觀測數(shù)據(jù) x（t）進(jìn)行J層小波分解。小波

27、分解 高頻系數(shù)的閾值量化處理。選擇閾值的規(guī)則有多種，其意義在于從高頻信息中提取弱小的有 用信號，而不至于在消噪過程中將有用的高頻特征信號當(dāng)做噪聲信號而消除。：小波重構(gòu)。用小波分解的第J層的低頻系數(shù)和經(jīng)過閾值量化處理后的第1層至第J層的高頻系數(shù)進(jìn)行重構(gòu)，可得到消噪后的觀測數(shù)據(jù)序列估計(jì)值。若將閾值量化處理后的小波分解高頻系數(shù)進(jìn)行重構(gòu)，便可得到觀測精度的估計(jì)值。變形監(jiān)測成果的整理：便于應(yīng)用分析，方便對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析、決策和反饋向需用單位提 供資料或歸檔保存整編基礎(chǔ)平時資料計(jì)算、分析的基礎(chǔ)上，按規(guī)定對整編年份的監(jiān)測資料進(jìn)行整編。觀測資料的整編常用的圖表：觀測點(diǎn)變形過程線與建筑物變形分布圖。變形過程線：

28、是以時間為橫坐標(biāo)，以累積變形值 （位移、沉陷、傾斜和撓度等）為縱坐標(biāo)繪制 成的曲線。觀測點(diǎn)變形過程線可明顯地反映出變形的趨勢、規(guī)律和幅度，對于初步判斷建筑物的工作情況是否正常是非常有用的。變形過程線的繪制：根據(jù)觀測記錄填寫變形數(shù)值表；繪制觀測點(diǎn)實(shí)測變形過程線；實(shí)測變形過程線的修勻。建筑物變形分布圖：能夠全面地反映建筑物的變形狀況。有：變形值剖面分布圖； 建筑物（或基礎(chǔ)）沉陷等值線。參考網(wǎng)：在測量中，當(dāng)觀測量是未知量的相對觀測量而不是絕對觀測量時，要由相對觀測 量求得未知量的值必須有初始值作為參考。比如在水準(zhǔn)測量中，高差是兩個點(diǎn)高程的相對觀測量，而不是某一個點(diǎn)高程的絕對觀測量，一個水準(zhǔn)網(wǎng)中各點(diǎn)的

29、高程計(jì)算必須有一個高程已知點(diǎn)，這個已知點(diǎn)就是該網(wǎng)的基準(zhǔn)點(diǎn)。必要的基準(zhǔn)參數(shù)構(gòu)成網(wǎng)的基準(zhǔn)，或稱參考系。變形監(jiān)測網(wǎng)：在變形觀測中，為了采集變形體的變形信息需要布設(shè)變形監(jiān)測網(wǎng)。通過在不 同時間對變形監(jiān)測網(wǎng)進(jìn)行重復(fù)觀測，來獲取布設(shè)在變形體上目標(biāo)點(diǎn)的位移。變形監(jiān)測網(wǎng)是控制網(wǎng)在變形監(jiān)測中的一種形式。它可能是水準(zhǔn)網(wǎng)、三角網(wǎng)、邊角網(wǎng)或GPS網(wǎng)。所以變形監(jiān)測網(wǎng)的觀測量都是坐標(biāo)的相對觀測量，需要給定參考系才能計(jì)算各觀測周期網(wǎng)點(diǎn)的坐標(biāo)。變形監(jiān)測網(wǎng)：分為絕對網(wǎng)、相對網(wǎng)。絕對網(wǎng)：有部分點(diǎn)布設(shè)在變形體外的監(jiān)測網(wǎng)；相對網(wǎng)：網(wǎng)的全部點(diǎn)都在變形體上的監(jiān)測網(wǎng)。變形監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)原則：1）變形監(jiān)測控制網(wǎng)的起算點(diǎn)或終點(diǎn)要有穩(wěn)定的點(diǎn)位，應(yīng)

30、布設(shè)在牢 靠的非變形區(qū)，為了減少觀測點(diǎn)誤差的積累，距觀測區(qū)又不能過遠(yuǎn)。2）為了便于迅速獲得觀測成果，變形監(jiān)測控制網(wǎng)的圖形結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能的簡單。3 ）在確保變形監(jiān)測控制網(wǎng)具有足夠精度的條件下，控制網(wǎng)應(yīng)盡量布設(shè)一次全面網(wǎng)；在特殊條件下，才允許分層控制。4）實(shí)測原則：測量儀器、設(shè)備和測量方法的選擇，要量力而行，不能超越現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件， 不能提出過高的要求。5）控制網(wǎng)設(shè)計(jì)時，應(yīng)盡量采用先進(jìn)技術(shù)，盡可能多地獲取建筑物變 形數(shù)據(jù)，特別是絕對位移數(shù)據(jù)和時間信息。控制點(diǎn)便于長期保存。6）變形監(jiān)測控制網(wǎng)應(yīng)與建筑施工采用相同的坐標(biāo)系統(tǒng)參考點(diǎn)（基準(zhǔn)點(diǎn)）:對于絕對網(wǎng)，那些布設(shè)在變形體外的全部點(diǎn)或部分點(diǎn)是作為位移測

31、量和計(jì) 算的參考對象的點(diǎn)，稱為參考點(diǎn)或基準(zhǔn)點(diǎn)。絕對位移：如果參考點(diǎn)是穩(wěn)定不動的， 變形監(jiān)測網(wǎng)以它們?yōu)閰⒖妓鶞y量的目標(biāo)點(diǎn)的位移就是 真實(shí)的位移，也叫絕對位移。.參考系虧損（基準(zhǔn)虧損）:相對網(wǎng)由于沒有參考點(diǎn)，以坐標(biāo)為參數(shù)的間接平差模型的系數(shù)矩陣出現(xiàn)秩虧，這種現(xiàn)象叫做參考系虧損或基準(zhǔn)虧損。GPS變形監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)處理：GPS變形監(jiān)測網(wǎng)平差方法分為靜態(tài)平差和動態(tài)平差。靜態(tài)平差：是把各期的觀察數(shù)據(jù)分別進(jìn)行平差處理，而不考慮兩期之間的動態(tài)參數(shù)，通過統(tǒng)一基準(zhǔn)來進(jìn)行變形分析。動態(tài)平差：是將監(jiān)測網(wǎng)作為動態(tài)系統(tǒng)，納入監(jiān)測點(diǎn)的變形參數(shù)，將各期觀測數(shù)據(jù)聯(lián)合進(jìn)行平差處理。平均間隙法基本思想：先進(jìn)行兩周期圖形一致性檢驗(yàn)（或集

32、體檢驗(yàn)），如果檢驗(yàn)通過，則確認(rèn)所有參考點(diǎn)是穩(wěn)定的。否則，就要找出不穩(wěn)定點(diǎn)。尋找不穩(wěn)定點(diǎn)的方法是“嘗試法”，一次去掉每一點(diǎn)，計(jì)算圖形不一致性減少的程度，使得圖形不一致性減少最大的那一點(diǎn)是不穩(wěn)定的點(diǎn)。排除不穩(wěn)定點(diǎn)后再重復(fù)上述過程，直到圖形一致性（指去掉不穩(wěn)定點(diǎn)后的圖形）通 過檢驗(yàn)為止。GPS監(jiān)測網(wǎng)變形分析基準(zhǔn)的統(tǒng)一：GPS監(jiān)測網(wǎng)是在相隔一定時間后分期進(jìn)行觀測的，由于GPS衛(wèi)星星歷、電離層折射等誤差的影響, 和方位差異，若不顧及這種系統(tǒng)性的偏差,各期基線向量間之間可能存在系統(tǒng)性的尺度差異 則可能導(dǎo)致將系統(tǒng)性偏差當(dāng)作變形值來處理，而影響變形分析結(jié)果的正確性。所以，對GPS監(jiān)測網(wǎng)的各期觀測資料，除了保持

33、其位置基準(zhǔn)的統(tǒng)一之外，還必須消除各期觀測值之間的尺度偏差和方位偏差，實(shí)現(xiàn)位置基準(zhǔn)、尺度基 準(zhǔn)和方位基準(zhǔn)的統(tǒng)一。多元線性回歸分析： 多元線性回歸 的中心問題是：確定對變量影響的因子及它們之間的關(guān) 系，運(yùn)用最小二乘法求回歸方程中的回歸系數(shù)它是研究一個變量（因變量）與多個因子（自變量）之間非確定關(guān)系（相關(guān)關(guān)系）的最基本方法。該方法通過分析所觀測的變形（效應(yīng)量）和外因（原因）之間的相關(guān)性，來建立荷載-變形之間關(guān)系 的數(shù)學(xué)模型。其數(shù)學(xué)模型為：（1）具體分析步驟：建立多元線性回歸方程。多元線性回歸數(shù)學(xué)模型用矩陣表示為y=xB + &；由最小二乘原理可求得3的估值為（2）事實(shí)上，這只是我們對問題初步分析所得

34、的一種假設(shè)，所以，在求得多元線性回歸方程后，還需要對其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)?；貧w方程顯著性檢驗(yàn)。如果因變量y與自變量x1,x2,xp之間不存在線性關(guān)系，則模型（1）中的3為零向量，即有原假設(shè)：H0: 3仁0, 3 2，3 P=0將此原假設(shè)作為模型（1）的約束條件，求得統(tǒng)計(jì)量（3）.在原假設(shè)成立時，統(tǒng)計(jì)量 F應(yīng)服從F（p,n-p-1）分布，故在選擇顯著水平a后，可用下式檢驗(yàn)原假設(shè)：（4）.對回歸方程的有效性（顯著性）進(jìn)行檢驗(yàn)。若上式 成立，即認(rèn)為在顯著水平a下，y對x1,x2，,xp有顯著的線性關(guān)系，回歸方程是顯著的?；貧w系數(shù)顯著性檢驗(yàn)?；貧w方程顯著，并不意味著每個自變量 x1,x2,xp對因變量y的影

35、響 都顯著，我們總想從回歸方程中剔除那些可有可無的變量，重新建立更為簡單的線性回歸方程。檢驗(yàn)因子xj是否顯著的原假設(shè)為：H0: 3 j=0.原假設(shè)的統(tǒng)計(jì)量（5）,若統(tǒng)計(jì)量（6）,則認(rèn)為 回歸系數(shù)（7）在1-a的置信度下是顯著的，否則是不顯著的。對回歸系數(shù)進(jìn)行一次檢驗(yàn)后， 只能剔除其中的一個因子，然后重新建立新的回歸方程，再對新的回歸系數(shù)逐個進(jìn)行檢驗(yàn)， 重復(fù)以上過程，直到余下的回歸系數(shù)都顯著為止。逐步回歸計(jì)算：逐步回歸計(jì)算是建立在 F檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上逐個接納顯著因子進(jìn)入回歸方程。當(dāng)回歸方程中接納一個因子后，由于因子之間的相關(guān)性， 可使原先已在回歸方程中的其他因子變成不顯著，這需要從回歸方程中剔除。所

36、以在接納一個因子后，必須對已在回歸方程中的所有因子的顯著 性進(jìn)行F檢驗(yàn)，剔除不顯著的因子，直到?jīng)]有不顯著因子后，再對未選入回歸方程的其他因子用F檢驗(yàn)來考慮是否接納進(jìn)入回歸方程(一次只接納一個)。反復(fù)運(yùn)用F檢驗(yàn)，進(jìn)行剔除和接納，直到得到所需的最佳回歸方程。逐步回歸計(jì)算步驟：由定性分析得到對因變量y的影響因子有t個，分別由每一因子建立 1個一元線性回歸方程，求相應(yīng)的殘差平方和 S剩，選其最小的 S剩對應(yīng)的因子作為第一個因子入選回歸方程。 對該因子進(jìn)行F檢驗(yàn)，當(dāng)其影響顯著時，接納該因子進(jìn)入回歸方程。對余下的t-1個因子， 再分別依次選一個，建立二元線性方程(共有t-1個)，計(jì)算它們的殘差平方和及各因

37、子的偏回歸平方和，選擇與max(B (倒v)j平方/cjj) j都為下標(biāo) 對應(yīng)的因子為預(yù)選因子，作F檢驗(yàn)，若影響顯著，則接納此因子進(jìn)入回歸方程。選第三個因子，方法同，則共可建立t-2個三元線性回歸方程，計(jì)算它們的殘差平方和及各因子的偏回歸平方和，同樣，選擇max(3 (倒v)j平方/cjj) j都為下標(biāo) 的因子為預(yù)選因子，作 F檢驗(yàn)，若影響顯著，則接納此因子進(jìn)入回 歸方程。在選入第三個因子后，對原先已入選的回歸方程的因子應(yīng)重新進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，在檢驗(yàn)出不顯著因子后，應(yīng)將它剔除出回歸方程，然后繼續(xù)檢驗(yàn)已入選的回歸方程因子的顯著 性。在確認(rèn)選入回歸方程的因子均為顯著因子后，則繼續(xù)開始從未選入方程的因

38、子中挑選顯著因子進(jìn)行回歸方程，其方法與步驟相同。 反復(fù)運(yùn)用F檢驗(yàn)進(jìn)行因子的剔除與接納，直至得到所需的回歸方程。1選第一個因子。由分析結(jié)果，對每一影響因子x與因變量y建立一元線性回歸方程。由顯著性檢驗(yàn)來接納因子進(jìn)入回歸方程。2.選第二個因子。對一元回歸方程中已選入的因子，加入另外一個因子，建立二元線性回 歸方程進(jìn)行檢驗(yàn)。3選第三個因子。根據(jù)已選入的二個因子，依次與未選入每一因子，用多元回歸模型建立三 元線性回歸方程，進(jìn)行檢驗(yàn)來接納因子。 在選入第三個因子后， 應(yīng)對原先已選入回歸方程的 因子重新進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。4繼續(xù)選因子。多元線性回歸分析的應(yīng)用：變形的成因分析，當(dāng)式y(tǒng)t= 3 0+ 3 1xt1

39、+ 3 2xt2+ 3 pxtp+ & t中的自變量 xt1,xt2,xtp為因變量的各個不同影響因子時，則上述方程可用來分析與解釋變形與變形原因之間的因果關(guān) 系；變形的預(yù)測預(yù)報，當(dāng)式。中的自變量xt1,xt2,xtp在t時刻的值為已知值或可觀測值時，則方程可預(yù)測變形體在同一時刻的變形大小。4時間序列分析特點(diǎn)：逐次的觀測值通常是不獨(dú)立的，且分析必須考慮到觀測資料的時間順序，當(dāng)逐次觀測值相關(guān)時，未來數(shù)值可以由過去觀測資料來預(yù)測，可以利用觀測數(shù)據(jù)之間的自相關(guān)性建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型來描述客觀現(xiàn)象的動態(tài)特征。時間序列的基本思想：對于平穩(wěn)、正態(tài)、零均值的時間序列xt,若xt的取值不僅與其前n步的各個取值x

40、t-1,xt-2,xt-n有關(guān)，而且還與前 m步的各個干擾 at-1,at-2,at-m有關(guān)(n,m=1,2,)，則按 多元線性回歸的思想，可得到最一般的ARMA模型：。5.ARMA模型建立的一般步驟：A數(shù)據(jù)獲取與預(yù)處理；B模型結(jié)構(gòu)選擇；C模型結(jié)構(gòu)調(diào)整；D模型參數(shù)估計(jì)；E模型適用性檢驗(yàn)6偏相關(guān)函數(shù)對AR模型具有截尾性，而對MA模型具有拖尾性.ARMA模型與回歸模型的區(qū)別：根本區(qū)別在于回歸模型可以描述隨機(jī)變量與其他變量之間的相關(guān)關(guān)系。但是，對于一組隨機(jī)觀測數(shù)據(jù)x1,x2,，即一個時間序列xt，它卻不能描述其內(nèi)部的相關(guān)關(guān)系；另一方面，實(shí)際上，某些隨機(jī)過程與另一些變量取值之間的隨機(jī)關(guān)系往往 根本無法

41、用任何函數(shù)關(guān)系式來描述。這時，需要采用這個隨機(jī)過程本身的觀測數(shù)據(jù)之間的依賴關(guān)系來揭示這個隨機(jī)過程的規(guī)律性。xt和xt-1,xt-2,同屬于時間序列xt,是序列中不同時刻的隨機(jī)變量，彼此相互關(guān)聯(lián)，帶有記憶性和繼續(xù)性，是一種動態(tài)數(shù)據(jù)模型?；疑到y(tǒng)理論：灰色系統(tǒng)理論研究的是貧信息建模，它提供了貧信息情況下解決系統(tǒng)問題的新途徑。它把一切隨機(jī)過程看做是在一定范圍內(nèi)變化的、與時間有關(guān)的灰色過程，對灰色量不是從尋找統(tǒng)計(jì)規(guī)律的角度，通過大樣本進(jìn)行研究，而是用數(shù)據(jù)生成的方法，將雜亂無章的原始數(shù)據(jù)整理成 規(guī)律性較強(qiáng)的生成數(shù)列后再作研究?；疑碚撜J(rèn)為系統(tǒng)的行為現(xiàn)象盡管是朦朧的，數(shù)據(jù)是雜亂無章的，但它畢竟是有序的，有

42、整體功能的，在雜亂無章的數(shù)據(jù)后面，必然潛藏著某種規(guī)律，灰數(shù)的生成，是從雜亂無章的原始數(shù)據(jù)中去開拓、發(fā)現(xiàn)、尋找這種內(nèi)在規(guī)律。變形監(jiān)測中灰色建模的基本思路：對離散的帶有隨機(jī)性的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行生成”處理，達(dá)到弱化隨機(jī)性、增強(qiáng)規(guī)律性的作用然后由微分方程建立數(shù)學(xué)模型；建模后經(jīng)過逆生成”還原后得到結(jié)果數(shù)據(jù)灰色系統(tǒng)：信息不完全的系統(tǒng)稱為灰色系統(tǒng)。信息不完全一般指：系統(tǒng)因素不完全明確； 因素關(guān)系不完全清楚；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不完全知道；系統(tǒng)的作用原理不完全明了。灰數(shù)、灰元、灰關(guān)系：灰數(shù)是指信息不完全的數(shù)，即只知大概范圍而不知其確切值的數(shù)，灰 數(shù)是一個數(shù)集，灰元是指信息不完全的元素；灰關(guān)系是指信息不完全的關(guān)系?；覕?shù)的白

43、化值：是指，令 a為區(qū)間，ai為a中的數(shù)，若（一個O,里面一個x ）在a中取值， 則稱ai為（一個O,里面一個x ）的一個可能的白化值。累加生成：即對原始數(shù)據(jù)列中各時刻的數(shù)據(jù)依次累加，從而形成新的序列。累減生成：即對生成序列的前后兩數(shù)據(jù)進(jìn)行差值運(yùn)算。遞推式Kalman濾波步驟：由變形系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型關(guān)系式 （狀態(tài)方程和觀測方程），確定系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣 k/k-1、動 態(tài)噪聲矩陣r k-1和觀測矩陣Hk。利用m組觀測數(shù)據(jù)中的第一組觀測數(shù)據(jù)，確定濾波的 初值，包括：狀態(tài)向量的初值 X0及其相應(yīng)的協(xié)方差陣 P0、觀測噪聲的協(xié)方差陣 Rk和動態(tài) 噪聲的協(xié)方差陣 Qk。讀取m組觀測數(shù)據(jù)，實(shí)施 Kalman

44、濾波。存儲濾波結(jié)果中最后一 組的狀態(tài)向量估計(jì) X和相應(yīng)的協(xié)方差陣 P。等待當(dāng)前觀測時段的數(shù)據(jù)。將上述m組觀測數(shù)據(jù)中的第一組觀測數(shù)據(jù)去掉，把當(dāng)前新的一組觀測數(shù)據(jù)放在其最后位置，重新構(gòu)成m組觀測數(shù)據(jù)，回到步驟，重新進(jìn)行Kalman濾波。如此遞推下去，達(dá)到自動濾波的目的。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)：以分布方式存儲知識，知識不是存儲在特定的存儲單元中，而是分 布在整個系統(tǒng)中；以并行方式進(jìn)行處理，即神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算功能分布在多個處理單元中， 大大提高了信息處理和運(yùn)算的速度；有很強(qiáng)的容錯能力， 它可以從不完善的數(shù)據(jù)和圖形中通過學(xué)習(xí)作出判斷；可以用來逼近任意復(fù)雜的非線性系統(tǒng)；有良好的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、 聯(lián)想等智能，能適

45、應(yīng)系統(tǒng)復(fù)雜多變的動態(tài)特性。神經(jīng)元只模擬了 3個功能：對每個輸入信號進(jìn)行處理，以確定其強(qiáng)度（權(quán)值）；確定所有輸入信號組合的效果（加權(quán)和）；確定其輸出（轉(zhuǎn)移特性）BP網(wǎng)絡(luò)：BP網(wǎng)絡(luò)即誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是一種按誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ㄓ?xùn)練的多層前饋網(wǎng)絡(luò)， 是目前應(yīng)用最廣泛的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型之一。BP網(wǎng)絡(luò)能學(xué)習(xí)和存貯大量的輸入 -輸出模式映射關(guān)系，而無需事前揭示描述這種映射關(guān)系的數(shù)學(xué)方程。它的學(xué)習(xí)規(guī)則是使用最速下降法，通過反向傳播來不斷調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值，使網(wǎng)絡(luò)的誤差平方和最小。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括輸入層、隱層和輸出層。BP網(wǎng)絡(luò)算法：把輸入模式從輸入層傳到隱含層節(jié)點(diǎn)，經(jīng)隱含層節(jié)點(diǎn)逐層處理后， 產(chǎn)生一個

46、輸出模式傳至輸出層，這一過程成為正向傳播； 如果經(jīng)正向傳播在輸出層沒有得到所期望的輸出模式，則轉(zhuǎn)為誤差反向傳播過程，即把誤差信號沿原連接路徑返回， 并通過修改各層神經(jīng)元的連接權(quán)值， 使誤差信號為最??；重復(fù)正向傳播和反向傳播過程，直至得到所期望的輸出模式為止。13.變形按其時間特性 可分為靜態(tài)模式、運(yùn)動模式和動態(tài)模式。動態(tài)模式分為幾何分析和物 理解釋兩部分。幾何分析主要是找出變形的頻率和振幅，而無力解釋是尋找變形體對作用荷載的幅度響應(yīng)和相位響應(yīng)，即動態(tài)響應(yīng)。頻譜分析 是將時域內(nèi)的觀測數(shù)據(jù)序列通過傅里葉級數(shù)轉(zhuǎn)換到頻域內(nèi)進(jìn)行分析，它有助于確定時間序列的準(zhǔn)確周期并判別隱蔽性和復(fù)雜性的周期數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)模型

47、存在 的問題：當(dāng)觀測資料序列較短或工程建筑物未經(jīng)歷荷載極值工況時，由這些資料建立的數(shù)學(xué)模型不能用于監(jiān)控建筑物的安全狀況； 統(tǒng)計(jì)模型主要依賴于數(shù)學(xué)處理， 沒有聯(lián)系工程或建筑物的 結(jié)構(gòu)狀態(tài)，因此，對建筑物的變形狀態(tài)難以作出力學(xué)意義上的解釋。位移（位移分量）：彈性體內(nèi)任一點(diǎn)的位移，用它在坐標(biāo)軸x,y,z上的投影u,v,w來表示，以沿坐標(biāo)軸正方向?yàn)檎?，?fù)方向?yàn)樨?fù)，這3個投影稱為在該點(diǎn)的位移分量。正應(yīng)變：彈性體受力后，任一點(diǎn) P將產(chǎn)生形變，線段每單位長度的伸縮稱為正應(yīng)變，線段之間的直角的改變稱為剪應(yīng)變。有限單元：有限元法分析工程力學(xué)問題的基本特點(diǎn)是將結(jié)構(gòu)物進(jìn)行離散，即將連續(xù)體離散為有限多個在節(jié)點(diǎn)上互相連

48、接的單元，這些單元簡稱為有限單元。在劃分網(wǎng)格和布置節(jié)點(diǎn)時需注意以下幾個問題：單元形態(tài)一般取等參單元，每個單元的節(jié)點(diǎn)數(shù)依據(jù)建筑物及其地基的復(fù)雜程度以及變形和 溫度測點(diǎn)的位置來確定，其中變形和溫度測點(diǎn)一般應(yīng)作為單元的節(jié)點(diǎn)，以減小計(jì)算內(nèi)插所產(chǎn)生的誤差；為了使單元的形函數(shù)比較合理，要求單元的最小二面角應(yīng)大于30,單元的最長和最短邊的比值要小于 5。另外，在建筑物的某些部位，單元的尺寸與壩高之比要大于 臨界尺寸。有限元法基本思路：首先對分析域進(jìn)行單元剖分，對每一個單元建立以單元節(jié)點(diǎn)位移為參數(shù) 的位移插值函數(shù)，使得單元內(nèi)任意一點(diǎn)處的位移可由單元節(jié)點(diǎn)位移內(nèi)插求得。根據(jù)幾何方程和物理方程，可由位移插值函數(shù)求得

49、單元內(nèi)任意一點(diǎn)處的應(yīng)變和應(yīng)力。整個彈性體的應(yīng)變位能可表示成節(jié)點(diǎn)位移的函數(shù)，外力（包括體積力和邊界力）所做的功也可表示成外力在節(jié)點(diǎn)上 的等效力與節(jié)點(diǎn)位移的乘積。這樣，整個彈性體的變形可表示成節(jié)點(diǎn)位移和等效節(jié)點(diǎn)力（荷載）的函數(shù)。按照最小位能原理得到求節(jié)點(diǎn)平衡方程。在位移邊界條件的約束下，求得節(jié)點(diǎn) 位移，繼而求得各個單元內(nèi)的任意一點(diǎn)的位移、應(yīng)變和應(yīng)力。變形的確定性模型：是利用變形體的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)所建立起來的變形-荷載的關(guān)系模型。變形量有不同類型，相應(yīng)的有不同類型的變形確定性模型，具體而言，有位移確定性模型、 應(yīng)力確定性模型等。大壩位移確定性模型思路：首先假設(shè)壩體和基巖的物理參數(shù)，用有限元法計(jì)算不同

50、外荷載（水位或溫度）下的位移，通過對位移計(jì)算值的擬合，得到水位分量和溫度分量的表達(dá)式，由于采用假設(shè)的物理參數(shù)，須對擬合的表達(dá)式施加調(diào)整參數(shù)， 調(diào)整參數(shù)修正假設(shè)的物理參數(shù)與實(shí)際的物理參數(shù)的偏差所引起 的模型系數(shù)的誤差。由于時效分量的產(chǎn)生原因復(fù)雜，它綜合反映了壩體和基巖在多種因素影響下的不可逆變形，難以用確定性方法得到其表達(dá)式，因而它仍采用統(tǒng)計(jì)模式。反分析：如果效仿系統(tǒng)識別理論， 將正分析成果作為依據(jù)， 通過一定的理論分析，借以反求 建筑物及其周圍的材料參數(shù)， 以及尋找某些規(guī)律和信息， 及時反饋到設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行中去， 統(tǒng)稱為反分析。它包括反演分析和反饋分析兩個部分。反演分析是將正分析的成果作為依

51、據(jù)，通過相應(yīng)的理論分析，借以反求大壩等水工建筑物和地基的材料參數(shù)及其某些結(jié)構(gòu)特征等反饋分析 是綜合應(yīng)用正分析與反演分析的成果，并通過相應(yīng)的理論分析， 從中尋找某些規(guī)律和信息，及時反饋到設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行中去，達(dá)到饋控的目的，另一方面還為未建壩的設(shè)計(jì)、 施工反饋信息，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)、施工的目的，從而最大限度地從觀測資料中提取信息。變形監(jiān)測網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)1測量控制網(wǎng)有：測圖控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、變形監(jiān)測網(wǎng)。測量控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的含義 ：在布設(shè)控制網(wǎng)時，希望在現(xiàn)有的人力、物力和財力條件下， 使控制網(wǎng)具備最高的精度、 靈敏度和可靠性；控制網(wǎng)在滿足精度、 靈敏度和可靠性要求的 前提下，使控制網(wǎng)的成本（費(fèi)用）最低。

52、控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題分類： 零類設(shè)計(jì)問題（基準(zhǔn)選擇）。即對一個已知圖形結(jié)構(gòu)和觀測計(jì)劃的自由網(wǎng)，為控制網(wǎng)點(diǎn)的坐標(biāo)及其方差陣選擇一個最優(yōu)的坐標(biāo)系。這就是在已知設(shè)計(jì)矩陣A和觀測值的權(quán)陣 P的條件下，確定網(wǎng)點(diǎn)的坐標(biāo)向量 X和其協(xié)因數(shù)陣Qxx，使X得某個目標(biāo)函數(shù)達(dá)到極值。因此，零階 段設(shè)計(jì)問題也就是一個平差問題。已知量：A,P,設(shè)計(jì)變量：X,Qxx I類設(shè)計(jì)問題（結(jié)構(gòu)圖形設(shè)計(jì)問題）。即在已知觀測值的權(quán)陣 P的條件下，確定設(shè)計(jì)矩陣A,使網(wǎng)中某些元素的精度達(dá)到預(yù)定值或最高精度，或者使坐標(biāo)的協(xié)因數(shù)陣最佳逼近一個給定的矩陣Q xx （準(zhǔn)則矩陣）。已知量：PQxx，設(shè)計(jì)變量：A H類設(shè)計(jì)問題（觀測值權(quán)的分配問題）。即已知設(shè)計(jì)矩陣 A,