第7章 監(jiān)測資料的整編與分析

1、第第7章章 監(jiān)測資料的整編與分析監(jiān)測資料的整編與分析主要內(nèi)容 監(jiān)測資料的整編 監(jiān)測資料的分析 監(jiān)測數(shù)據(jù)的預處理7.1 監(jiān)測資料的整編監(jiān)測資料的整編 概述概述 變形觀測資料處理工作的主要內(nèi)容包括兩個方面：資料整編和資料分析。 對觀測資料進行匯集、審核、整理、編排，使之集中、系統(tǒng)化、規(guī)格化和圖表化，并刊印成冊稱為觀測資料的整編。其目的是便于應用分析，向需用單位提供資料和歸檔保存。 觀測資料整編，通常是在平時對資料已有計算、校核甚至分析的基礎(chǔ)上，按規(guī)定及時對整編年份內(nèi)的所有觀測資料進行整編。 對工程及有關(guān)的各項觀測資料進行綜合性的定性和定量分析，找出變化規(guī)律及發(fā)展趨勢稱為觀測資料分析。 其目的是對工

2、程建筑物的工作狀態(tài)做出評估、判斷和預測，達到有效地監(jiān)視建筑物安全運行的目的。 觀測資料應隨觀測、隨分析,以便發(fā)現(xiàn)問題,及時處理。 觀測資料分析是根據(jù)建筑物設計理論、施工經(jīng)驗和有關(guān)的基本理論和專業(yè)知識進行的。 觀測資料分析成果可指導施工和運行，同時也是進行科學研究、驗證和提高建筑物設計理論和施工技術(shù)的基本資料。一般規(guī)定一般規(guī)定 監(jiān)測資料整編包括平時資料整理與定期資料編印。 平時資料整理工作的主要內(nèi)容（1）適時檢查各觀測項目原始觀測數(shù)據(jù)和巡視檢查記錄的正確性、準確性和完整性。如有漏測、誤讀(記)或異常，應及時補(復)測、確認或更正。（2）及時進行各觀測物理量的計(換)算，填寫數(shù)據(jù)記錄表格。（3）隨

3、時點繪觀測物理量過程線圖，考察和判斷測值的變化趨勢。如有異常，應及時分析原因，并備忘文字說明。原因不詳或影響工程安全時，應及時上報主管部門。（4）隨時整理巡視檢查記錄(含攝像資料)，補充或修正有關(guān)監(jiān)測系統(tǒng)及觀測設施的變動或檢驗、校(引)測情況，以及各種考證圖、表等，確保資料的銜接與連續(xù)性。定期資料編印工作的主要內(nèi)容（1）匯集工程的基本概況、監(jiān)測系統(tǒng)布置和各項考證資料，以及各次巡檢資料和有關(guān)報告、文件等。（2）在平時資料整理基礎(chǔ)上，對整編時段內(nèi)的各項觀測物理量按時序進行列表統(tǒng)計和校對。此時如發(fā)現(xiàn)可疑數(shù)據(jù)，一般不宜刪改，應加注說明，提醒讀者注意。（3）繪制能表示各觀測物理量在時間和空間上的分布特征

4、圖，以及有關(guān)因素的相關(guān)關(guān)系圖。（4）分析各觀測物理量的變化規(guī)律及其對工程安全的影響，并對影響工程安全的問題提出運行和處理意見。（5）對上述資料進行全面復核、匯編，并附以整編說明后，刊印成冊，建檔保存。 采用計算機數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行資料存儲和整編者，整編軟件應具有數(shù)據(jù)錄入、修改、查詢，以及整編圖、表的輸出打印等功能。還應拷貝軟盤備份。 整編后的資料應包含如下內(nèi)容 封面、目錄、整編說明、工程概況、考證資料、巡視檢查資料、觀測資料、分析成果和封底。 封面內(nèi)容應包括:工程名稱、整編時段、卷冊名稱與編號、整編單位、刊印日期等。 整編說明應包括:本時段內(nèi)的工程變化和運行概況，巡視檢查和觀測工作概況，資料的可信

5、程度；觀測設備的維修、檢驗、校測及更新改造情況，監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)的問題及其分析、處理情況，對工程管理運行的建議，以及整編工作的組織、人員等。 觀測資料內(nèi)容和編排順序，一般可根據(jù)本工程的實有觀測項目編印，每一項目中，統(tǒng)計表在前，整編圖在后。 資料分析成果，主要是整編單位對本時段內(nèi)各觀測資料進行的常規(guī)性簡單分析結(jié)果，包括分析內(nèi)容和方法，得出的圖、表和簡要結(jié)論及建議。表表7.1 水平位移觀測工作基點考證表水平位移觀測工作基點考證表編編號號型式型式規(guī)格規(guī)格埋設日期埋設日期埋設位置埋設位置基基礎(chǔ)礎(chǔ)情情況況測定日期測定日期高程高程（m）備備注注年年月月日日X(m) Y(m)年年月月日日表表7.2 水平位移量統(tǒng)計

6、表水平位移量統(tǒng)計表觀測日期觀測日期歷時歷時測點編號及其累積水平位移量測點編號及其累積水平位移量月月 日日天天P1P2Pn本年總量本年總量本年內(nèi)特征本年內(nèi)特征值統(tǒng)計值統(tǒng)計最大值最大值測點號測點號日期日期最小值最小值測點號測點號日期日期水平位移量較差水平位移量較差備注備注1.水平位移正負號規(guī)定：向下游、向左岸為正；反之為負。水平位移正負號規(guī)定：向下游、向左岸為正；反之為負。2.本年總量為代數(shù)和。本年總量為代數(shù)和。圖圖7-1 7-1 水平位移測值過程線水平位移測值過程線整編資料的審查（1）完整性審查:整編資料的內(nèi)容、項目、測次等是否齊全，各類圖表的內(nèi)容、規(guī)格、符號、單位，以及標注方式和編排順序是否符

7、合規(guī)定要求等。（2）連續(xù)性審查:各項觀測資料整編的時間與前次整編是否銜接，整編圖所選工程部位、測點及坐標系統(tǒng)等與歷次整編是否一致。（3）合理性審查:各觀測物理量的計(換)算和統(tǒng)計是否正確、合理，特征值數(shù)據(jù)有無遺漏、謬誤，有關(guān)圖件是否準確、清晰，以及工程性態(tài)變化是否符合一般規(guī)律等。（4）整編說明的審查:整編說明是否符合有關(guān)規(guī)定內(nèi)容，尤其注重工程存在的問題、分析意見和處理措施等是否正確，以及需要說明的其他事項有無疏漏等。 成果要求 正式刊印的整編資料應體例統(tǒng)一，圖表完整，線條清晰，裝幀美觀，查閱方便。 一般不應有印刷錯誤。如發(fā)現(xiàn)印刷錯誤，必須補印勘誤表裝于印冊目錄后。監(jiān)測數(shù)據(jù)的計算機管理監(jiān)測數(shù)據(jù)的

8、計算機管理 監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理方式可分為人工管理和計算機管理。 人工管理是指采用人工量測效應量，每個測次采集到的原始資料，按規(guī)定格式記錄在一定的記簿中，對這些觀測值在資料處理時經(jīng)可靠性檢驗后按時序制表或點繪過程線圖與相關(guān)圖，再依靠監(jiān)測人員的經(jīng)驗和直覺來進行原因量與效應量的相關(guān)分析和對過程線進行觀察，據(jù)此作出判斷，最后整理歸檔。 隨著計算機電子技術(shù)的發(fā)展,變形監(jiān)測的自動化水平有了很大提高。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為一種較為成熟的技術(shù)，在變形監(jiān)測資料管理中已得到應用，并將成為監(jiān)測數(shù)據(jù)管理的主要方式。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是用戶的應用程序和數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)間的一個接口。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)包括描述數(shù)據(jù)庫、建立數(shù)據(jù)庫、使

9、用數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)庫進行維護的語言，系統(tǒng)運行、控制程序?qū)?shù)據(jù)庫的運行進行管理和調(diào)度，以及對數(shù)據(jù)庫生成、原始裝入、統(tǒng)計、維護、故障排除等一系列的服務程序。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能（1）各種監(jiān)測資料以及有關(guān)文件資料的存儲、更新、增刪、更改、檢索和管理；（2）監(jiān)測資料的處理；（3）監(jiān)測資料的解釋。 基本要求(1)系統(tǒng)功能全面，運行可靠，使用簡便，易于維護，有利于高效率地進行安全監(jiān)測工作。(2)要求使用合理的機型和軟、硬件配置，便于推廣、擴展，在將來必要時，可與自動采集系統(tǒng)連接，實現(xiàn)聯(lián)機實時的安全監(jiān)測。 圖圖7-2 監(jiān)測資料管理系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)監(jiān)測資料管理系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)7.2 監(jiān)測資料的分析監(jiān)測資料的分析概述概

10、述 20世紀3050年代，觀測資料分析工作全部用人工進行。 60年代以來，逐步采用電子計算機輔助進行。 80年代初期，工業(yè)發(fā)達國家如美國、日本、意大利等都已實現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)處理自動化。 意大利在70年代末80年代初即已采用建模分析方法并實現(xiàn)了混凝土壩的在線安全控制，處于領(lǐng)先地位。 中國在5060年代即已進行資料分析工作，主要用人工計算和點圖。70年代后期，開始應用電子計算機。80年代中期主要用計算機輔助進行資料分析，并已開始研制安全監(jiān)測專家系統(tǒng)。 監(jiān)測資料的分析一般可分為定期分析和不定期分析。施工期資料分析計算分析建筑物在施工期取得的觀測資料，可為施工決策提供必要的依據(jù)。例如，為了安全施工，水中填

11、土壩的填土速度控制和混凝土壩澆筑時的混凝土溫度控制等，都需要有關(guān)觀測成果作依據(jù)。施工期資料分析也為施工質(zhì)量的評估和工程運用的可能性提出論證。運營初期資料分析從工程開始運用起，各項觀測都需加強，并應及時計算分析觀測資料，以查明建筑物承受實際荷載作用時的工作狀態(tài)，保證建筑物的安全。觀測資料的分析成果，除作為運營初期安全控制依據(jù)外，還為工程驗收及長期運用提供重要資料。運行期資料分析應定期進行資料分析（例如大壩等水工建筑物每5年一次）,分析成果作為長期安全運行的科學依據(jù)，用以判斷建筑物性態(tài)是否正常,評估其安全程度,制定維修加固方案，更新改造安全監(jiān)測系統(tǒng)。運行期資料分析是定期進行建筑物安全鑒定的必要資料

12、。不定期分析不定期分析 在有特殊需要時，才專門進行的分析稱不定期分析。如遭遇洪水、地震后，建筑物發(fā)生了異常變化，甚至局部遭受破壞，就要進行不定期分析，據(jù)以判斷建筑物的安全程度，并為制定修復加固方案提供科學依據(jù)。監(jiān)測資料的檢核監(jiān)測資料的檢核 （1）校核各項原始記錄，檢查各次變形值的計算是否有誤?？赏ㄟ^不同方法的驗算，不同人員的重復計算來消除監(jiān)測資料中可能帶有的錯誤。（2）原始資料的統(tǒng)計分析，可采用統(tǒng)計方法進行粗差檢驗。（3）原始實測值的邏輯分析。根據(jù)監(jiān)測點的內(nèi)在物理意義來分析原始實測值的可靠性。主要用于工程建筑物變形的原始實測值，一般進行一致性和相關(guān)性分析。資料分析方法資料分析方法 變形分析主要

13、包括兩方面內(nèi)容：第一是對建筑物變形進行幾何分析，即對建筑物的空間變化給出幾何描述；第二是對建筑物變形進行物理解釋。幾何分析的成果是建筑物運營狀態(tài)正確性判斷的基礎(chǔ)。 常用的分析方法有作圖分析、統(tǒng)計分析、對比分析和建模分析。作圖分析作圖分析 通過繪制各觀測物理量的過程線及特征原因量下的效應量過程線圖，考察效應量隨時間的變化規(guī)律和趨勢，常用的是將觀測資料按時間順序繪制成過程線。 通過繪制各效應量的平面或剖面分布圖，以考察效應量隨空間的分布情況和特點。 通過繪制各效應量與原因量的相關(guān)圖，以考察效應量的主要影響因素及其相關(guān)程度和變化規(guī)律。 這種方法簡便、直觀，特別適用于初步分析階段。 圖圖7-6 多測點

14、測值過程線多測點測值過程線圖圖7-7 某高層建筑基礎(chǔ)沉降分布圖某高層建筑基礎(chǔ)沉降分布圖統(tǒng)計分析統(tǒng)計分析 對各觀測物理量歷年的最大和最小值(含出現(xiàn)時間)、變幅、周期、年平均值及年變化率等進行統(tǒng)計、分析，以考察各觀測量之間在數(shù)量變化方面是否具有一致性、合理性，以及它們的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性等。 這種方法具有定量的概念，使分析成果更具實用性。 對比分析對比分析 比較各次巡視檢查資料，定性考察建筑物外觀異?，F(xiàn)象的部位、變化規(guī)律和發(fā)展趨勢； 比較同類效應量觀測值的變化規(guī)律或發(fā)展趨勢，是否具有一致性和合理性； 將監(jiān)測成果與理論計算或模型試驗成果相比較，觀察其規(guī)律和趨勢是否有一致性、合理性，并與工程的某些技術(shù)警戒

15、值相比較，以判斷工程的工作狀態(tài)是否異常。建模分析建模分析 采用系統(tǒng)識別方法處理觀測資料，建立數(shù)學模型，用以分離影響因素，研究觀測物理量變化規(guī)律，進行實測值預報和實現(xiàn)安全控制。 常用數(shù)學模型有三種： 統(tǒng)計模型：主要以逐步回歸計算方法處理實測資料建立的模型； 確定性模型：主要以有限元計算和最小二乘法處理實測資料建立的模型； 混合模型：一部分觀測物理量（如溫度）用統(tǒng)計模型，一部分觀測物理量（如變形）用確定性模型。 這種方法能夠定量分析，是長期觀測資料進行系統(tǒng)分析的主要方法。 7.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)的預處理監(jiān)測數(shù)據(jù)的預處理主要工作 監(jiān)測物理量的轉(zhuǎn)換 監(jiān)測數(shù)據(jù)的粗差檢查 系統(tǒng)誤差的檢驗 3準則 對于觀測數(shù)據(jù)序

16、列12,Nx xx，描述該序列數(shù)據(jù)的變化特征為112()(2,3,1)jjjjdxxxjN122NjjddN212()3NjdjddNjjdddq3jq jx若若時，則認為時，則認為是奇異值，應予以舍棄。是奇異值，應予以舍棄。統(tǒng)計檢驗法 1321nyyyy，ny假設以前的測值子樣為：本次測值為：，則可求得樣本的均值和方差為： ) 1/( nyYi) 1/()(2nYySi當KSYyn時，則認為測值無粗差，否則，認為測值異常。關(guān)聯(lián)分析法 AyBy2210BBAyayaay假設有測點與，其觀測值分別為與它們的關(guān)系可用下列多項式數(shù)學模型描述： 用最小二乘法求得其估值，并可求出回歸中誤差為： )3/(

17、)(2nSi 利用該回歸方程，就可以根據(jù)相鄰測點的變形值，預計該相關(guān)測點的變形值，從而檢核監(jiān)測數(shù)據(jù)。在實際檢驗中，如異常測點的若干個關(guān)聯(lián)測點在時間、方向等方面都發(fā)現(xiàn)類似的異常情況，則認為測值異常是由結(jié)構(gòu)變化引起的，否則，認為異常是由監(jiān)測因素引起的。 系統(tǒng)誤差檢驗系統(tǒng)誤差檢驗 在監(jiān)測數(shù)據(jù)中，除了存在偶然誤差和可能含有粗差外，還有可能存在系統(tǒng)誤差。 在有些情況下，觀測值誤差中的系統(tǒng)誤差占有相當大的比例，對這些系統(tǒng)誤差若不加恰當?shù)奶幚?，勢必要影響監(jiān)測成果的質(zhì)量，對建筑物的安全評判也將產(chǎn)生不利的影響。 系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因主要有監(jiān)測儀器老化、基準點的蠕變等，它雖對結(jié)構(gòu)的安全不產(chǎn)生影響，但對資料分析結(jié)果有一定的