沉降监测数据处理与分析系统研制

肖游川

重庆市二零五勘测设计有限公司

1 沉降监测的数据处理方法

为了监测建筑物的垂直位移，需对布设的水准网进行多期重复观测，将各期水准网数据进行平差处理，求出每期的高程值，分析监测体的稳定性，进行沉降预报。

1.1 数据平差处理

数据的平差处理通常有3种平差基准：固定基准、重心基准和拟稳基准，相应的平差方法为经典自由网平差、秩亏自由网平差和拟稳平差。

自由网中存在固定水准基点的，采用固定基准最好，相应的平差方法采用经典自由网平差；若监测网中没有固定不变的基准点，而所有点是等概率变形的，可以采用重心基准，相应的平差方法采用秩亏自由网平差；如果自由网中存在着一部分点相对另一部分是稳定的，但事实上又不确定是否为固定不变的，可以采用拟稳基准，相应的平差方法采用拟稳平差。在实际平差时，应根据对象的特点，正确地选择与实际情况附和的基准，从而选择相应的平差方法。

1.2 基准网的稳定性分析

沉降布设的水准网由水准基点和工作基点构成。水准基点一般布设在离建筑物较远的固定体上，引起基点的升降可能是由于随机误差的干扰，也有可能是点位确实存在位移。监测网稳定性分析有限差检验法、平均间隙法、单点位移分量法(T分布检验法)。

1)限差法是指两期或者多期平差计算所得的高程基准均值或均方差应小于中误差的t倍。因此，可以根据两期数据监测的高程点变化量来分析点位的稳定性。

2)平均间隙法是利用F分布对整个基准网进行整体性检验，判断整个网的稳定性。若不显著，则基准网稳定；若显著，则可采用单点位移分量法对基准网的基点进行逐个检验，找到不稳定的工作基点。

3)单点位移分量法是在采用平均间隙法检验后，对结果显著的情况下采用T分步进行逐点检验。使用该方法的前提是两期观测数据是在同精度条件下进行的。

1.3 沉降监测数据分析与预报

沉降监测数据分析是对沉降点和沉降区段的沉降过程、沉降速率、沉降量、累计沉降量进行分析，通过绘制沉降过程线直观地展示沉降过程。

2、沉降监测系统设计与实现

2.1 数据预处理功能

1)数据提取：从仪器的原始记录文件中进行水准测站和测段的数据提取，系统针对几中常用的水准仪型号，分别实现了由原始数据向目标数据的格式转换，用户只需得到合格的原始数据，既能自动生成标准的GSO文件供平差处理。

2)数据输入：通过稳定性检验后的基准点可以直接输入到文件中，作为平差基准处理；一直测段高差，可以输入高差值作为平差基准。

3)数据处理：分为平差准备和平差处理两个模块。平差准备即将已知的高程点或者高程差与提取后的水准观测文件计算生成如下的*.in1数据格式。

已知点，高程

…

起点，终点，高差，距离，(测站数)

…

注：距离单位为km测站数为可选项

In1格式的文件中包含了已知基准点的信息和水准点的测距及测站的信息，平差计算可以据此选择按测站或测距的方式定权，生成相应的平差报告。

4)生成报表：根据水准观测文件按照手簿书写的标准自动输出Excel和txt格式的水准手簿；平差处理后自动生成包含测段距离和权值、各点平差后的高程及中误差、平差后的高差值及改正数、单位权中误差、路线长度、测站及测段数的信息。通过平差报告，各点的精度信息一目了然。

2.2 数据库管理

为解决沉降监测中海量数据的管理问题，系统采用数据库技术对数据进行管理。系统采用MSSQLServer数据库，以GSQL作为数据库管理平台。数据库的建立包括Excel表格的读取、数据管理、数据库查询、数据导出等模块。

经过平差处理后的数据，检查合格后，可以将成果进行入库，为后期的变形分析提供正确的数据。系统为查询结果提供了多种输出功能，可以打印，另存为txt文件或导出为Excel文件。

2.3 沉降分析

沉降分析主要通过图表的方式对沉降观测点进行直观的分析，以了解沉降过程、沉降速率及沉降趋势。为了利用沉降监测成果进行变形分析，本系统设置了两种分析方式：一种是沉降表格，另一种是沉降曲线。沉降曲线可以选择不同沉降点，形式灵活，能正确预测每点的沉降趋势。

2.4 系统的应用

现以某地水电站大坝二等水准测量为例，用来说明该系统的实际应用情况：①将各期数据提取后，输入已知基准，平差得到各期数据的高程值；②平差后的结果入库，将各期数据以沉降曲线的形式展示如图所示。

变形曲线

总而言之，建筑物沉降观测是监测监测建筑物是否变形的主要方式之一，它是通过定期监测变形观测点的高程并根据各点间的高程变化来确定建筑物的沉降量等参数，准确掌握建筑物的沉降变化规律，据此推断沉降变形对建筑物的破坏影响程度，为建筑物设计和防灾减灾提供科学的依据。

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