滑坡位移分析中数据预处理的运用研究

白德贵，韩 文

（1.重庆市勘测院，重庆 400020；2.上海勘察设计研究院（集团）有限公司重庆分公司，重庆 401120）

0 引言

我国幅员辽阔，地质条件十分复杂，为了对滑坡的位移进行实时的动态掌握和监测，就需要对其进行数据预处理，保证滑坡位移的变化时刻处于相关管理工作者的控制范围之内。其中滑坡监测的数据是对滑坡稳定性分析的最基本的资料。在对滑坡进行实时监测时，从数据库当中所提取的数据不可避免会出现一定的误差，而滑坡的实时监测数据投入到变形模型中进行分析时，往往会造成遇想不到的错误。在岩土工程当中数据预处理的起步比较晚，而且使用的范围也比较局限，所以为了更好地完善和提升岩土工程质量水平，需要对数据预处理技术体系以及相关理论方法进行深刻的理解和掌握，使其广泛应用到对滑坡的位移相关分析工作过程中。大量的研究发现，滑坡位移量的突变往往都是由于外界的影响因素变化。正因如此，本文将以某预警示范站崩滑体的外界影响因素位移，库水位变化以及降雨等监测数据作为基础，对滑坡的监测数据预处理技术体系进行分析，对理论方法进行探讨。在获得有效数据的基础之上，实现对滑坡，位移相关分析的实时动态监测，来确保工程的安全性和正常进行。

1 滑坡位移分析过程中的数据预处理的具体应用分析

在对滑坡位移进行相关分析工作过程当中的数据预处理的方法实际上有很多，而本文就实际工程的特点对滑坡监测数据进行检验，并对其相关数据分别进行剔除，等距化以及平滑处理。在处理的过程当中需要注意的是，要确保监测数据剔除过程当中，结合实际并谨慎地分析和甄别，如图1所示。

1.1 滑坡数据的剔除处理分析

在对滑坡位移进行实际分析的过程当中，绝大多数的情况下其数据会受滑坡的外界观测因素影响，导致实际收集的数据和信息存在一些异常或者突变的情况，最终造成数据分析的误差容易发生安全事故。所以需要对监测收集到的所有数据进行剔除处理，以免发生安全事故。在进行剔除处理的过程当中，通常情况下会采用肖维纳检验、t检验及拉依达检验的方式来进行数据剔除。在进行数据提出处理的过程当中，要注意的是在地质灾害监测时，其异常数据除了会因为监测仪器的故障产生之外，还有其他因素可能会导致数据异常。比如地质灾害体的变形阶段，以及突变都会对检测到的数据带来巨大的影响和变化，所以相关管理工作者在进行数据剔除处理的过程当中，要对这些因素加以重视。并根据实际状况进行具体的分析，在进行数据剔除的过程中，要对工程实际情况进行结合，严格分析和甄别。所提出的数据仅仅局限于监测系统故障所导致的数据异常，从而避免一些重要的数据被剔除，影响后续的工程进行。

图1 滑体监测平面

1.2 滑坡数据的平滑处理分析

在进行数据平滑处理过程当中，可以发现所监测到的数据会受到不同程度的干扰。之所以要对数据进行平滑处理，是因为监测数据会呈现出“锯齿形”，这种形状对于滑坡位移实际分析工作来说具有一定的影响，所以要对监测数据进行平滑处理，使坡度较陡的数据散点曲线趋向平滑的趋势，从而能够对观测量之间的相关度进行提高。有利于滑坡位移数据的实际分析，在进行数据平滑处理的过程当中，可以使用的方法分别为正交多项式算法以及分段多项式算法。其中的正交多项式算法和分段多项式算法上来比较，前者平滑的效果要差一些，但是正交多项式算法更能够反映出原始状态的锯齿型数据的实际变化趋势。由于所监测的滑坡具有一定的突变性，完全平滑掉突变点也可能会丢失一些重要的信息。所以正交多项式算法和分段式算法，两者要根据实际的情况进行综合的应用，从而使数据平滑处理的质量水平得到保证。

1.3 滑坡数据的等距化处理分析

需要对数据进行等距化处理的原因主要在于在对滑坡位移进行实际的监测工作过程当中，会由于诸多的因素导致在滑坡监测实施过程当中会使监测资料出现不等时距的变化。为了避免数据不等时距所造成的安全隐患，所以要对监测数据进行整体的等距化处理，从而有助于下一步的具体分析和工程的进行。在对监测数据进行等距化处理的过程当中，相关工作者可以使用逆函数，三次样条函数以及S型曲线等方法来进行。但是这些方法之间会有一定的区别，要根据实际情况综合的应用，从而使等距化的效果达到最佳，其中，逆函数以及S型曲线往往都比较适用于监测数据样本较小的工作过程中。在对滑坡位移分析时，其监测数据如果规模较大属于大样本数据，则需要采取三次样条函数来对其进行等距化才能使等距的效果达到最佳。

2 GPS在滑坡位移监测过程中的应用概述

2.1 滑坡监测变形误差椭圆

若在监测过程当中的Ⅰ、Ⅱ两次监测数据结果当中出现了其中一个变形监测点，其协方差的表达式为：

坐标差的协方差计算表达式为：

得到以上数据后，可以将变形量的误差椭圆利用以下相关元素进行计算：

如果置信水平处于α=95%，其相应的变形量的置信误差椭圆参数为c=2.446，而半径比会根据以上计算的数据得到的变形误差椭圆大2.446倍。在监测过程当中如果发现其变形量不在误差椭圆的范围之内那么将确定其实际变形量在置信水平α=95%的条件下十分明显。可以认为在对滑坡进行变形量分析时，置信误差的分析和判断是一个十分有效的方法，也是一项具有显著直观性的方法。

2.2 坐标转换

在对滑坡的位移分析时，其变形量监测点的水平以及高程方向的位移量的分析十分重要。在对本案例进行GPS的坐标转换工作过程当中可以选取测站点北方向（Ns）、东方向（Es）和法线方向（Us）的位移量作为变形分析量。其计算公式为：

2.3 GPS变形监测网在统一标准之下的平差

在对滑坡的位移分析过程当中，各个时期的GPS监测相关数据信息需要进行全面系统的整理分析，并保证分析结论的准确性。所以在数据分析过程中要确保GPS的变形监测网在统一标准下平差，对剔除各个时期的数据进行粗差之后再使用统一的软件进行数据处理，从而保证其统一性。最后将在统一标准下得到的平差，将各个时期得到的变形监测相关数据进行整合回归到统一的标准。

3 结语

在对滑坡位移进行分析的过程当中，对其监测数据进行预处理是十分重要的。在对其进行数据预处理的过程当中要分别进行数据剔除处理，数据平滑处理以及数据等距化处理。但在数据处理的过程当中，需要注意的是实际工程的具体情况与分析过程相结合，灵活处理并注意分析甄别。影响滑坡的外因素大致分为降雨量库水位变化等，而这些因素对滑坡的位移影响都有比较明显的滞后性，降雨量对滑坡位移的影响呈正相关，而库水位对滑坡位移的影响呈负相关，要明确对滑坡位移造成影响的外界因素，并对这些因素进行具体分析。