变形监测复习资料变形监测复习资料第一章引论1.变形监测的意义、内容与目的基本概念：变形是自然界的普遍现象，它是指变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及位置在时空域中的变化变形监测就是利用测量与专用仪器和方法对变形体的变形现象进行监视观测的工作变形体的范畴：全球性变形研究(空间大地测量)、区域性变形研究(GPS)、工程和局部性变形研究(地面常规测量技术、地面摄影测量技术、特殊和专用的测量手段、以及以GPS为主的空间定位技术)外部变形观测：对于混凝土坝，以混凝土重力坝为例，由于水压力、外界温度变化、坝体自重等因素的作用，其主要观测项目主要为垂直位移、水平位移以及伸缩缝的观测，这些内容通常称为外部变形观测。
内部观测：为了了解混凝土坝结构内部的情况，还应对混凝土应力、钢筋应力、温度等进行观测，这些内容通常称为内部观测。
水平位移观测：主要包括在同一高程面上不同点位在垂直于建筑物轴线方向的水平位移,在同一铅垂线上的不同高程面上的水平位移,及任意点在任意方向上水平位移。
1)变形监测的内容变形监测的内容1)工业与民用建筑物：主要包括基础的沉陷观测与建筑物本身的变形观测2)水工建筑物：对于土坝，其观测项目主要为水平位移、垂直位移、渗透以及裂缝观测。
3)地面沉降：对于建立在江河下游冲积层上的城市，由于工业用水需要大量地吸取地下水，而影响地下土层的结构，将使地面发生沉降现象。
对于地下采矿地区，由于在地下大量的采掘，也会使地表发生沉降现象2)变形监测的目的和意义变形监测的目的和意义：具有实用上的意义，主要是掌握各种建筑物和地质构造的稳定性，为安全性诊断提供必要信息，及时发现问题，以便采取措施；具有科学上的意义，包括更好地理解变形的机理，验证有关工程设计的理论和地壳运动的假说，进行反馈设计，以及建立有效的变形预报模型。
2.变形监测技术及其发展1)变形信息获取方法的选择决定因素变形体的特征、变形监测的目的、变形大小和变形速度等因素。
2)地表变形监测方法常规地面测量方法(测量机器人)、地面摄影测量技术、光机电的组合(光纤传感器测量系统)，GNSS 3)Gps周期性变形监测和连续性变形监测GPS用于变形监测的作业方式可划分为周期性和连续性两种模式周期性变形监测与传统的变形监测网没多大区别，以静态相对定位为主，一般采用事后处理模式连续性变形监测指的是采用固定监测仪器进行长时间的数据采集，获得变形数据序列。
可采用静态相对定位和动态相对定位3.变形分析的内涵及其研究进展1)变性分析的内涵：从错综复杂的变形现象中找出其内在规律性。
2)变形的几何分析与物理解释变形的几何分析是对变形体的形状和大小的变形作几何描述，其任务在于描述变形体变形的空间状态和时间特性。
变形物理解释的任务是确定变形体的变形和变形原因之间的关系，解释变形的原因变形几何分析：参考点的稳定性分析，观测值的平差处理和质量评定，变形模型参数估计变形模型参数估计：直接法是直接用原始的重复观测值之差计算应变分量或它们的变化率；位移法是用各测点坐标的平差值之差计算应变分量。
3)变形的统计分析法、确定函数法与混合模型法统计分析法：以回归分析模型为主，是通过分析所观测的变形(效用量)和外因(原因量)之间的相关性，来建立荷载-变形之间的关系的数学模型，它具有后验的性质，是目前应用比较广泛的变形成因分析法。
确定函数法：以有限元法为主，它是在一定的假设条件下，利用变形体的力学性质和无力相知，通过应力与应变关系建立荷载与变形的函数模型，然后利用确定函数模型预报在荷载作用下变形体可能的变形。
具有先验的性质，比统计模型物理意义明确，但计算工作量较大，并对用作计算的基本资料有一定的要求。
混合模型法：对于那些与效用量关系比较明确的原因量(如水质分量)用有限元法德计算值，而对于另一些与效用量关系不是很明确或采用相应的物理理论计算成果难以确定他们之间函数关系的原因量则仍采用统计模型，然后与实际值进行拟合而建立的模型4)变形分析的发展1.数据处理与分析将向自动化、智能化、系统化、网络化方向发展，更注重时空模型和时频分析(尤其是动态分析)的研究，数字信号处理计算将会得到更更好的应用2.会加强对各种方法和模型的实用性研究，变形监测软件的开发不会局限于某一固定模式，随着变形监测技术的发展，变形分析新方法研究将会不断涌现。
3.由系统论、控制论、信息论、耗散结构论、相同论、突变论、分形与混沌动力学所构成的系统科学与非线性科学的应用将得到加强4.几何变形分析和无力解释的综合研究将深入发展，以知识库、方法库、数据库和多媒体库为主体的安全监测专家系统的建立时未来发展的方向，第二章数理统计的有关理论随机过程：通常把自变量为时间t的随机函数叫做随机过程随机函数：对于自变量的每一个给定值，它是一个随机变量，这种函数就叫做随机函数随机过程的作用：可以对几何量和物理量进行动态实时检测，能够进一步分析动态监测中的特殊现象(运动速度，频率响应。
幅值)。
随机过程的特征量：概率密度函数；均值、方差和均方值；自相关函数；谱密度函数自相关函数：除均值和方差外，用另一特征量反映随机过程内不同时刻之间的相关程度，这种特征量就叫做自相关函数平稳随机过程：若随机过程x(t)，的所有特征量与t无关，即其特征量不随t的推移而变化，则称x(t)为平稳随机过程各态历经随机过程：从单个观测得到的时间经历来求特征量的平稳过程称为各态历经随机过程第三章变形监测技术1.变形监测技术变形监测技术：地面监测方法与测量机器人；地面摄影测量方法；GPS变形监测及自动化系统；特殊测量手段地面监测方法的基本特点：能够直接提供测点的变形状态，监控面积较大；布网式的观测量可以相互校核和精度评定；灵活、简便，可适应于不同的精度要求。
测量机器人是一种能代替人进行自动搜索、跟踪、辨识和精确照准目标并获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息的智能型电子全站仪地面摄影测量方法及其特点：可以同时测定变形体上任意点的变形；提供完全和瞬时的三维空间信息；大量减少野外的测量工作量；可以不需要接触被测物体；通过摄影底片，可以观测到变形体以前的状态。
GPS变形监测的特点：测站间无需通视；同时提供监测点的三维位移信息；全天候监测；监测精度高；操纵简便，易于实现监测自动化；GPS大地高可直接用于垂直位移测量变形监测中特殊测量手段：应变测量、准直测量、倾斜测量。
特点：测量过程简单；容易实现自动化观测和连续监测；提供的是局部的变形信息2.变形监测方案变形监测方案的制定：变形监测内容的确定；监测方法、仪器和监测精度的确定；监测部位和测点布置的确定；变形监测频率的确定3.变形监测网优化设计测量控制网包括：测图控制网、施工控制网、变形监测网测量控制网的优化设计有两个方面的含义：1)在人、财、物的条件下，控制网具有最好的精度、灵敏度和可靠性；2)在满足精度、灵敏度和可靠性的条件下，控制网的成本最低。
控制网优化设计问题的分类：零类设计(基准设计)，一类设计(结构图形设计)，二类设计(观测值权的分配)，三类设计(网的改造或加密方案设计)控制网优化设计方法：解析设计法，机助设计法。
解析法：通过建立优化设计的问题的数学模型，包括目标函数和约束条件，选择一种恰当的寻优解法，求出问题的严格最优解；机助法：将电子计算机的计算能子和判别能力同设计者的知识和经验结合起来，通过对一个凭经验拟定的初始设计方案，进行分析、计算，求出各项质量指标，并对设计方案进行不断的修改，直到设计者满意的一种设计方案。
控制网优化设计的质量标准：精度、可靠性、灵敏度、经济机助法优化设计的基本原理：1)初步方案2)数学模型3)显示、人机对话4)调整方案5)成果输出第四章变形监测资料的预处理1.监测资料检核的意义与方法1)意义：确保观测值的质量(精度、可靠性)，为变形分析做准备，这里所指的观测值既可以是原始实测值,也可以是经一定处理后的观测值2)方法：野外检核(限差要求)，室内检核(校核、统计分析、逻辑分析)室内检核工作，具体有：1)原始记录的校核；)原始资料的统计分析，如粗差检验法；3)原始资料的逻辑分析：根据监测点的内在物理意义来分析原始实测值的可靠性，包括：一致性分析：时间-效应量、原因-效应量相关性分析：空间点位的相关性3)大偏差问题误差与突变：误差引起(大误差或粗差)、真实变形(突变)2.一元线性回归分析法进行资料的检核应用一元线性回归分析方法进行变形监测资料空间相关性检核的基本思路和过程处理两个变量之间关系的回归分析。
两个变量之间的关系为线性时，则称一元线性回归分析3.监测网观测资料的数据筛选1)数据筛选的基本原理与检验步骤1.超限误差的整体检验2.超限误差的局部检验；F检验法；B检验法(u检验法)τ检验法；t检验法3.超限误差的检验步骤：a组成误差方程与法方程式，b解法方程式，求V和Qvv，c计算局部检验统计量与假设检验。
2)超限误差局部检验中，u检验法，t检验法，T检验法的本质区别4.监测资料的奇异值检验与插补1)自动化检测系统中数据的奇异值检验方法方法一：方法二：2)监测资料的插补原因和方法实测资料出现断链，数据处理要求等时间间隔监测资料插补的方法：按内在物理联系进行插补；按数学方法进行插补(线性内插法拉格朗日内插计算多项式曲线拟合周期函数的曲线拟合多面函数拟合)5.小波变换用于信噪分离1)变形分析中应用小波变换的原因2)小波变换概念小波：小波就是小的波形，所谓"小"是指它具有衰减性，比如是局部非零的；所谓"波"是指它的波动性，即其振幅呈现正负相间的震荡形式。
小波变换：用一族函数去表示或逼近一信号或函数小波变换在变形分析的作用：观测数据滤波，变形特征提取，不同变形频率的分离，观测精度估计小波变换对观测数据序列进行消噪的基本步骤：小波分解：小波分解高频系数的阈值量化处理；小波重构：对于复杂变形信息的分离，采用小波包进行分解和重构，可以得到各个相应频段的变形信息6.变形监测成果的整理1)以"工作基点位移对变形值的影响"为例，说明变形监测成果整理的重要性2)观测资料的整编(变形过程线的定义与绘制、建筑物变形分析分布图、*值的统计规律及其成因分析)观测点变形过程线：以时间为横坐标，以积累变形值为纵坐标绘制成的曲线。
绘制过程：(1)根据观测记录填写变形数值表(2)绘制观测点实测变形过程线(3)实测变形过程线的修匀。
建筑物变形分布图：作用：能够全面的反映建筑物的变形状况。
变形值剖面分布图平剖和建筑物沉陷等值线图以大坝为例引起变形的原因：静水压力，坝体的温度变化，时效变化：建筑材料的变形以及基础岩层在荷载的作用下英气的变形所产生的变形监测资料管理的分类：人工管理处理；计算机辅助人工处理；数据库管理系统(监测资料的管理、监测资料的处理、监测资料的解释) 第五章监测网的参考系及其稳定性分析2.监测网的参考系绝对网：绝对网中，固定基准位于变形体之外，在各观测周期中认为是不变的，以作为测定变形点绝对位移的参考点，这种监测网平差采用经典平差方法便可实现。