沉降监测网拟稳平差及程序设计毕业论文目录ABSTRACT (3)1沉降监测网概述 (6)1.1 沉降监测网的形成 (6)2地下开采引起的地表移动和破坏 (6)2.1地表移动的形式 (6)2.2地表移动盆地 (7)3沉降监测网的数据来源 (7)3.1开采沉陷的观测工作 (7)3.2本次实测数据说明 (8)4拟稳平差程序概述 (9)4.1拟稳平差的基本原理 (9)4.2拟稳平差程序编译的相关函数 (10)4.3函数功能说明及其源代码 (11)4.4原始数据文件格式设计 (30)4.5拟稳点信息的读取与存储 (31)4.6拟稳点的判定与选取 (31)4.6.1拟稳点的判定方法 (31)4.6.2拟稳点的选择原则 (32)5.拟稳平差程序的运行 (33)5.1原始数据的处理 (33)5.2程序运行的步骤 (34)5.3程序运行结果显示 (35)绪论中国的经济发展随着改革开放而腾飞，而经济的发展离不开对各种能源的需求。

中国经济从2003年起进入了重化工阶段，对能源的需求快速增长，尤其是对煤矿的需求大大增加。

因此从2003年起到2013年这十年，是煤炭行业黄金的十年。

煤矿企业挖走了大部分的煤，但是造成了开采沉陷留下了大量的采空区。

这些采空区对国民经济的发展有着不可小觑的阻碍。

其中尤其对国家的基础设施影响极大，例如：在交通中的影响，铁路和国家高速公路不得穿过采空区上方。

为了监测采空区和采区对周边建筑、环境和其它地物的影响，这时要布设沉降观测网，用以监测和评价采区和采空区对环境的影响。

本文正是基于这一理论的基础上，研究拟稳平差在沉降观测网中的应用以及程序设计。

1沉降监测网概述1.1 沉降监测网的形成有用矿物被采出以后，开采区域周围的岩体的原始应力平衡状态受到破坏，应力重新分布，到达新的平衡。

在此过程中，使岩层和地表产生连续的移动、变形和非连续的破坏（开裂、冒落等），这种现象称为“开采沉陷”。

岩体本身是一种非常复杂的介质。

它不仅是由各种不同性质的岩层组成，而且还由于各种地质作用（如褶皱、断层、开裂、火成岩、侵入，陷落柱等）而产生了大量的不连续面。

岩体在受到各种不同开采方法影响时，产生的开采沉陷是一个在时间上和空间上都是非常复杂的过程。

在时间上来说，在移动的过程中，开采沉陷的形式和大小在不同的时间上是不同的，也就是说，此时的开采沉陷是“动态的”；随着时间的推移，开采沉陷的形式和大小逐渐趋向于稳定，开采沉陷变成“静态的”或“最终的”。

从空间上来说，若地下开采的围较小、开采的矿物的埋藏深度较小，则开采沉陷波及的围往往只局限于开采区域的周围的岩体；若开采围较大、开采矿物的埋藏深度较大，则开采沉陷波及的围就会从岩体发展到地表，引起“地表移动”。

沉降监测网是为了监测“地表移动”的表面上指定位置的点的沉降变化而建立的一种水准网。

通过实地多次观测这些指定位置的点的高程和平面坐标，确定这些点的空间位置坐标，进行数据统计分析，观察这些点的沉降情况、沉降速度、沉降变化等，判断并预测这些点位在空间中的变化趋势。

2地下开采引起的地表移动和破坏2.1地表移动的形式所谓地表移动，是指在采空区面积扩大到一定围后，岩层移动发展到地表，是地表产生移动和变形，在地表沉陷的研究中称这一过程和现象为地表移动。

开采引起的地表移动过程，受多种地质采矿因素的影响，因此，随开采深度、开采厚度、采煤方法及煤层产状等因素的不同，地表移动和破坏的形式也不完全相同。

在采深和采厚的比值比较大时，地表的移动和变形在空间和时间上是连续的、渐变的，具有明显的规律性。

当采深和采厚的比值较小（一般小于30）或具有较大的地质构造时，地表的移动和变形在空间和时间上将是不连续的，移动和变形的分布没有严格的规律性，地表可能出现较大的裂缝或坍塌坑。

地表移动和破坏的形式，归纳起来有：地表移动盆地、裂缝及台阶、坍塌坑。

本程序是针对地表移动盆地而言。

2.2地表移动盆地在开采影响波及到地表以后，受采动影响的地表从原有标高向下沉降，从而在采空区上方地表形成一个比采空区面积还大的沉陷区域。

这种地表沉陷区称为地表移动盆地，或称下沉盆地。

在地表移动盆地形成的过程中，改变了地表原有的形态，引起了高低、坡度及水平位置的变化。

地表移动盆地的形成：地表移动盆地是在工作面的推进过程中逐渐形成的。

一般是当回采工作面自开切眼开始向前推进的距离相当于1/4~1/2H0（H0为平均采深）时，开采影响即波及到地表，引起地表下沉。

然后，随着工作面继续向前推进，地表的影响围不断扩大，下沉值不断增加，在地表就形成一个比开采围大得多的下沉盆地。

3沉降监测网的数据来源3.1开采沉陷的观测工作要保护井巷、建筑物、水体及铁路等。

是它们免受或减少开采的有害影响，减少地下资源的损失，必须研究地下开采引起的岩层与地表移动规律。

岩层与地表移动的过程十分复杂，它是许多地质采矿因素综合影响的结果。

认识岩层与地表移动这一复杂过程，目前的主要方法是实地观测。

通过观测获得大量的第一性资料，然后对这些资料进行综合分析，找出各种因素对移动过程的影响规律。

为了进行实地观测，必须在开采进行以前，在选定的地点设置开采沉陷观测站。

简称观测站。

所谓观测站，是指在开采影响围的地表、岩层部或其它研究对象上，按一定要求设置的一系列互相联系的观测点。

在采动过程中，根据需要定期观测这些测点的空间位置及其相对位置的变化，以确定各测点的位移和点间的相对移动，从而掌握开采沉陷的规律。

开采沉陷观测站的类型有以下几种：1 .按观测站设置的地点不同可分为：（1）地表移动观测站：测点布设在地表。

主要研究地表移动和变形的规律；（2）岩层部观测站：测点一般布设在井下巷道或岩层部的钻孔中，用于研究岩层部的移动和变形规律；（3）专门观测站：为了某一个特定的目的所设立的观测站，如建筑物观测站、铁路观测站、边坡移动观测站等。

2. 普通观测站和短期观测站普通观测站的观测时间较长（一般在一年以上），它是在地表移动的开始到移动结束的整个过程中定期进行观测，主要用于研究地表移动和变形的规律。

短期观测站观测时间较短（几个月到一年），只在移动过程中的某个阶段进行观测，而对观测资料的处理，求出一些近似的移动参数，如最大下沉速度、走向移动角等。

短期观测站只是在急需开采沉陷资料的情况下才采用。

3. 按步站形式的不同分为：（1）网状观测站：在产状复杂的煤层或在建筑物密集的地区开采时，可考虑多布设一下测点，组成网格状观测站。

网格状观测站可以对整个采动影响围进行观测，所得资料比较全面、准确，但测点数目较多，野外观测和室成果整理工作量大，且受地形、地物条件的限制，所以只在研究专门问题时采用。

（2）剖面线状观测站：是指在沿移动盆地主断面的方向上，将观测点布设成直线的观测站。

剖面线状观测站通常由两条互相垂直且相交的观测线所组成。

沿走向主断面布设的观测线称为走向观测线，沿倾斜主断面布设的观测线称为倾斜观测线。

图3-1观测站的布置形式示意图3.2本次实测数据说明本程序处理的原始数据包括各个点的平面坐标和各个点之间的观测高差，其中点位的平面坐标用于计算水准路线的长度，用以定权，原始数据以excel 表格形式如下图（3-2）和（3-3）所示图3-2 点位的平面坐标图3-3 各点的观测高差 4拟稳平差程序概述4.1拟稳平差的基本原理自由网拟稳平差公式 设误差方程式为l AX V += （式4-1）式中：l 为n 维自由项向量；V 是n 维残差向量；A 为t n ⨯系数矩阵；X 是t 维参数向量，这里X 是高程点近似值的平差改正数。

由上式（4-1）组成法方程式；0)(=+Pl A X PA A T T（式4-2）式中，P 为观测值的权矩阵，对称正定。

水准网平差中至少有一个已知高程点。

假如网中没有已知高程点，误差方程式的系数阵A 的秩就会小于t ，法方程的系数阵也会降秩。

拟稳平差将全部高程点分为拟稳点和非拟稳点两部分，仅在拟稳点参数的平方和最小的约束下求法方程式的解。

设水准网中共有t 个点，其中s 个点为拟稳点，S X 为拟稳点参数解向量，约束条件为min =S T S X X（式4-3）我们采用虚拟观测值法求解。

设G 、G 2都是t 维向量，⎥⎦⎤⎢⎣⎡=s s s G T 1 (11)]...[1102-=t T g g g G 其中i g （i=0,1,…,t-1）为s g i 1= i 号点位拟稳点（式4-5）0=ig i 号点为非拟稳点 拟稳平差参数解及其权逆阵的公式为Pl A G G PA A X T T T 122)(-+-= （式4-6） T T T X GG G G PA A Q -+=-122)(（式4-7） 单位权中误差计算公式为[]1+-±=t n pvv μ（式4-8）4.2拟稳平差程序编译的相关函数本程序使用C 语言作为编程语言，有以下函数组成：1) MyBreak 信息提示函数 2) ij 对称矩阵下标计算函数 3) PrintM 数组输出函数 4) PrintM2对称矩阵输出函数5) PrintEquation 线性方程组输出函数 6) inverse 对称正定矩阵求逆函数 7) Calculate_BQBT 权逆阵传播函数 8) Calculate_q 权倒数计算函数 9) 构造函数 10) 析构函数11) GetStationNumber 点名获取函数 12) Inputdata 原始数据输入函数 13) Printdata 原始数据写至结果文件函数 14) ca_H0高程近似值计算函数 15) ca_ATPA 组成法方程函数 16) ca_dX 高程平差值计算函数 17) ca_V 残差计算函数18) PrintResult 平差值输出函数 19) Quasi_Stable 拟稳平差计算函数 20) main 主函数上述函数全部为在C语言中自定义的函数。

4.3函数功能说明及其源代码1.MyBreak信息提示函数：应用程序都需要通过计算机界面动态地显示一些提示性信息，例如，正定矩阵求逆计算遇到被求逆的矩阵是非正定矩阵，程序就无法继续运行，应该通过用户界面显示“矩阵求逆失败”的提示信息，然后终止程序运行。

函数源代码如下：void MyBreak(char* fmt, ...){char buffer[256];va_list argptr;va_start(argptr, fmt);vsprintf(buffer, fmt, argptr);va_end(argptr);#ifdef VC_EXTRALEANAfxMessageBox(buffer);#elseprintf(buffer);getchar();#endif // VC_EXTRALEAN}2.ij对称矩阵下标计算函数平差程序经常会处理对称矩阵，例如观测值的权矩阵、权逆阵、法方程系数阵等都是对称矩阵，为了节省存储空间和避免重复计算，采用仅存下三角矩阵（含主对角线元素）的存储方案存储对称矩阵，亦即将对称矩阵的下三角元素按顺序存到数组中。