高填方建筑沉降监测管理系统软件研究

杨瑛

（西安市不动产登记服务中心，西安 710002）

1 引言

传统变形监测一直都是以单一监测点的方式进行的，即只对单一的点元素进行控制监测，随着科学技术的全面发展,现代变形监测处理技术已向点、线、面、体的空间三维交叉模式发展进行[1]。对于点观测技术，是在监测目标沉降范围内设立观测点,在稳定地段（沉降范围之外）设立固定监测站，配合网络RTK以及利用COS基站技术能够定期、实时地监测变形区内点的三维坐标随时间的变化量。而对于线、面、体观测技术，则是利用航空、航天、无人机等摄影测量对沉降待观测区域进行实时的影像获取，同时对地面控制点进行高精度的GPS卫星定位测量以及必要的水准测量，通过影像处理和差分技术，实现影像上线、面、体的三维坐标的时变信息。这是现代沉降监测方法的发展趋向。数据处理方面,经典最小二乘法（Least Square Method,简称LS）一直是沉降分析的主要方法，经过二三十年的飞速发展，国内外已经建立了LS的全面的应用体系。但是就目前而言，软件种类错综复杂，如何高效地从中选取适合沉降监测的功能的软件，也是一件困难的事情，本文基于这一种思想，系统地阐述了软件的开发流程以及软件设计方法。

2 沉降理论计算方法

对于高填方地基，在分析和计算沉降数据时，通常运用反分析的方法。反分析方法可分为两种类型，一是模型识别过程的反分析，二是模型参数的反分析过程[2]。其模型参数的反分析方法的最初是由国外著名学者Kavangh、Oieda和 Maier等人十九世纪七八十年代提出的，其分析过程分为正反演法和逆反演法两种类型。国内学者杨林德在20世纪90年代，对洞室围岩的分析采用了模型参数的反分析法，对其围岩的粘弹性以及其初始地应力模型参数进行了计算和研究。

从当前看，国内外对于反分析方法的研究取得了很多显著的科研成果，不仅完善了实际工程问题中的计算理论方法，而且极大促进了该方法在工程实际运用价值。迄今为止，共有五种比较常用的沉降计算方法。

①分层总和法。分层总和法其分析过程是，首先把高填方基地上的竖直方向上的应力求解出来，再根据实验室内压缩实验中求出的物理量，然后通过室内参数的量来求得各个分层中的沉降量，求解最终沉降。

②三维沉降分析法。其实高填方地基所受三维应力状态，包括前后左右侧向变形和竖向压缩变形，对于高填方地基的软土层，考虑到其流变性质，所以必须着重考虑其侧向变形。

③有限单元法。其方法原理是将填方体划分成网格状，形成一个离散的单元体系，在内外部荷载及环境因素等影响下，计算每个单元中地基的沉降量。则高填方地基各点应力和位移便是最终整体的沉降量，然后绘制各种沉降时间曲线图，对其单元网格进行解析。

④模型实验法。该种方法主要通过模拟室外建筑物情况进行室内物理实验，通过模拟实验来获得较完整、可靠的分析结果，结合有限分析方法，则能有效地解决实际工程作业中出现的测量粗差，模型不精确等问题。

3 沉降预测方法

高填方地基是一种比较复杂而且多变的不稳定地基，各种沉降影响因素相互关联相互影响，理论上实验室内计算出的沉降量反映不出各个因素之间的相关性，而实测的沉降数据是各种影响因素相互作用下的结果[3]。根据实际沉降资料数据计算建筑物沉降量的方法主要有以下三种。

3.1 曲线拟合法[4]

曲线拟合又称曲线回归和趋势曲线分析。对变形体进行监测后，通常可以通过设备或手工作出监测点的某些物理量的监测值随时间变化而变化的曲线，这种曲线通常被称为变形过程线。监测点变形过程线可以明显反映出变形的规律、趋势以及幅度，这是判断建筑物是否正常工作的关键。

3.2 回归分析法

其方法特点是需要实地进行大量的长期的观测，方便找出沉降量的随时间的变化规律，以更好建立各个变量与时间之间的统计关系，观测数据越多，其结果精度越高，沉降预测分析越可靠[5]。具体步骤：

①依据预测目标，确定因变量和自变量；

②建立回归预测模型；

③进行数据分析；

④检验回归预测模型，计算预测误差；

⑤计算并确定预测值。

本论文基于双曲线模型对沉降数据进行回归分析，得出高填方地基的工后沉降，以及对沉降的预测分析。常用函数模型见表1，式中 S为工后沉降；V是沉降速率；S’为最终沉降；A、B为回归参数；C为某一时间点的沉降速率；t为时间，w为实际估计沉降量。

表1 常用回归分析方法

3.3 灰色预测法[6]

该方法主要原理是通过分析灰色系统中有限数据的序列关联性，寻找出系统内部中各因素之间的关系，从这些关系中找出和目标值有影响关系的主要影响因素，然后分析这些因素之间关联程度，并量化这些参量的关联度。

4 基于沉降数据处理的软件系统开发方法简介

4.1 生命周期法

这种方法以用户至上为原则，将工程学的方法理论和计算机系统软件开发相结合，以模块化、流程化、结构化的方式自上而下对整个系统进行设计、分析、调试、实现。生命周期法比较适用复杂、大型的软件系统开发[7]。

4.2 原型法

在系统开发的初始时段，程序员依据用户需求快速高效地建立一个新系统的原型，此时并不需要实现任何一个功能，通过与用户反复多次交流，对软件原型进行不断改进，直到用户满意，然后再对系统的功能逐个实现。

4.3 面向对象方法

此方法把程序设计看作是彼此独立但又相互协作对象的集合[8]。该方法的工作原理是对系统中的部分对象进行分析，然后将对象的操作和描述对象的数据放在一起，编辑共享的操作和数据对象类。最后对类进行操作。在开发程序中，有时候并不需要知道类的构造，只需要知道类实现的功能即可。