武大 测绘学院 黄声享 形变监测课件

第一章 引 论

主 要 内 容

变形监测的内容、目的与意义 变形监测的内容、目的与意义 变形监测技术及其发展 变形分析的的内涵及其研究进展 变形分析的的内涵及其研究进展 的内涵及其

武大 测绘学院 黄声享 形变监测课件

1.3 变形分析的的内涵及其研究进展 变形分析的的内涵及其 的内涵及其研究进展

本节的内容重点： 本节的内容重点： 变形分析的内涵 变形分析的主要方法 变形物理解释的内容 变形物理解释的内容 变形分析的发展趋势

武大 测绘学院 黄声享 形变监测课件

1.3 变形分析的的内涵及其研究进展 变形分析的的内涵及其 的内涵及其研究进展人们对自然界现象的观察，总是对有变化、 人们对自然界现象的观察，总是对有变化、无规律的部分 感兴趣，而对无变化、规律性很强的部分反映比较平淡。 感兴趣，而对无变化、规律性很强的部分反映比较平淡。 如何从平静中找出变化，从变化中找出规律， 如何从平静中找出变化，从变化中找出规律，由规律预测 未来，这是人们认识事物、认识世界的常规辨证思维过程。 未来，这是人们认识事物、认识世界的常规辨证思维过程。 变化越多、反应越快，系统越复杂， 变化越多、反应越快，系统越复杂，这就导致了非线性系 统的产生。人的思维实际是非线性的，而不是线性的， 统的产生。人的思维实际是非线性的，而不是线性的，不 是对表面现象的简单反应，而是透过现象看本质， 是对表面现象的简单反应，而是透过现象看本质，从杂乱 无章中找出其内在规律性，然后遵循规律办事。 无章中找出其内在规律性，然后遵循规律办事。变形分析 的真正内涵就是这样。 的真正内涵就是这样。 变形分析的内涵就是从错综复杂的变形现象中找出其 变形分析的内涵就是从错综复杂的变形现象中找出其 内在规律性。 内在规律性。

武大 测绘学院 黄声享 形变监测课件

1.3 变形分析的的内涵及其研究进展 变形分析的的内涵及其 的内涵及其研究进展变形分析的研究内容涉及到变形数据处理与分析、 变形分析的研究内容涉及到变形数据处理与分析、变形 物理解释和变形预报的各个方面，通常将其划为两部分： 物理解释和变形预报的各个方面，通常将其划为两部分： 1)变形的几何分析; )变形的几何分析 2)变形物理解释。 )变形物理解释。 变形的几何分析是对变形体的形状和大小的变形作几何 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。 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 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。 间的关系，解释变形的原因。

武大 测绘学院 黄声享 形变监测课件

1.3 变形分析的的内涵及其研究进展 变形分析的的内涵及其 的内涵及其研究进展变形分析方法简介 1.3.1 变形分析方法简介

传统的变形几何分析，主要包括： 传统的变形几何分析，主要包括： 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

武大 测绘学院 黄声享 形变监测课件

1.3 变形分析的的内涵及其研究进展 变形分析的的内涵及其 的内涵及其研究进展变形分析方法简介 1.3.1 变形分析方法简介 参考点的稳定性分析 监测点的变形信息是相对于参考 点或一定基准的，如果所选基准本身不 点或一定基准的， 稳定或不统一， 稳定或不统一，则由此获得的变形值就 不能反映真正意义上的变形，因此， 不能反映真正意义上的变形，因此，变 形的基准问题是变形监测数据处理首先 必须考虑的问题。 必须考虑的问题。

武大 测绘学院 黄声享 形变监测课件

1.3 变形分析的的内涵及其研究进展 变形分析的的内涵及其 的内涵及其研究进展变形分析方法简介 1.3.1 变形分析方法简介 参考点的稳定性分析测网，方法有很多： 测网，方法有很多： 平均间隙法” 以方差分析进行整体检验为基础的 “ 平均间隙法 ” ; 检验法为基础的单点位移分量法； 以B检验法为基础的单点位移分量法； 检验法为基础的单点位移分量法 以方差分析和点的位移向量为基础的检验法； 以方差分析和点的位移向量为基础的检验法； 考虑大地基准的检验法； 考虑大地基准的检验法； 以位移的不变函数分析为基础的检验法等。 以位移的不变函数分析为基础的检验法等。 后来发展的稳健-S变换法，也称逐次定权迭代法。 后来发展的稳健 变换法，也称逐次定权迭代法。 变换法

过去对参考点的稳定性分析主要局限于周期性的监

武大 测绘学院 黄声享 形变监测课件

1.3 变形分析的的内涵及其研究进展 变形分析的的内涵及其 的内涵及其研究进展变形分析方法简介 1.3.1 变形分析方法简介 观测值的平差处理和质量评定 观测值的平差处理和质量评定非常 重要，观测值的质量好坏直接关系到变 重要， 形值的精度和可靠性。在这方面， 形值的精度和可靠性。在这方面，涉及 到观测值质量、平差基准、粗差处理、 到观测值质量、平差基准、粗差处理、 变形的可区分性等几项内容。 变形的可区分性等几项内容。

武大 测绘学院 黄声享 形变监测课件

1.3 变形分析的的内涵及其研究进展 变形分析的的内涵及其 的内涵及其研究进展变形分析方法简介 1.3.1 变形分析方法简介 观测值的平差处理和质量评定 经典平差——固定基准 经典平差——固定基准 —— 自由网平差——重心基准 自由网平差——重心基准 —— 拟稳平差——拟稳基准 拟稳平差

拟稳基准 在 W.Baarda( 1968) 数据探测法提出后 ， ( ) 数据探测法提出后， 粗差探测与变形的可区分性研究成果极为 丰富的。 丰富的。

武大 测绘学院 黄声享 形变监测课件

1.3 变形分析的的内涵及其研究进展 变形分析的的内涵及其 的内涵及其研究进展变形分析方法简介 1.3.1 变形分析方法简介 变形模型参数估计 陈永奇( 陈永奇(1988)概括了两种基本的分析方法： )概括了两种基本的分析方法： 直接法是直接用原始的重复观测值之差计算 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； 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( 位移法是用各测点坐标的平差值之差(位移 是用各测点坐标的平差值之差 值)计算应变分量。 计算应变分量。 同时，提出了变形分析通用法， 同时，提出了变形分析通用法，研制了相应的 软件DEFNAN。 。 软件

武大 测绘学院 黄声享 形变监测课件

1.3 变形分析的的内涵及其研究进展 变形分析的的内涵及其 的内涵及其研究进展变形分析方法简介 1.3.1 变形分析方法简介 自1978年，FIG工程测量专业委员会设立 年 工程测量专业委员会设立 了由国际测绘界五所权威大学组成的特别委 员会“变形观测分析专门委员会” 员会“变形观测分析专门委员会”,极大地 推动了变形分析方法的研究， 推动了变形分析方法的研究，并取得了显著 成果。正如 成果。正如A.Chrzanowski(1996)所评价 ( ) 变形几何分析的主要问题已经得到解决 的，变形几何分析的主要问题已经得到解决 。

武大 测绘学院 黄声享 形变监测课件

1.3 变形分析的的内涵及其研究进展 变形分析的的内涵及其 的内涵及其研究进展变形分析方法简介 1.3.1 变形分析方法简介 实质上，自20世纪 年代末至90年代初，几 实质上， 世纪70年代末至 年代初， 世纪 年代末至 年代初 何变形分析研究较为完善的是常规地面测量 技术进行周期性监测的静态模型，考虑的仅 技术进行周期性监测的静态模型， 周期性监测的静态模型 是变形体在不同观测时刻的空间状态， 是变形体在不同观测时刻的空间状态，并没 有很好地建立各个状态间的联系， 有很好地建立各个状态间的联系，更谈不上 变形监测自动化系统的变形分析研究。 变形监测自动化系统的变形分析研究。

武大 测绘学院 黄声享 形变监测课件

1.3 变形分析的的内涵及其研究进展 变形分析的的内涵及其 的内涵及其研究进展变形分析方法简介 1.3.1 变形分析方法简介 事实上， 事实上，变形体在不同状态之间是具有时间 关联性的。为此， 关联性的。为此，后来许多学者将目光转向 时序观测数据的动态模型研究， 时序观测数据的动态模型研究，如： 研究变形的时间序列分析方法建模； 变形的时间序列分析

方法建模； 基于数字信号处理的数字滤波技术分离时效分量； 基于数字信号处理的数字滤波技术分离时效分量； 变形的卡尔曼滤波模型； 变形的卡尔曼滤波模型； 用FIR(Finite Impulse Response)滤波器抑制 ( )滤波器抑制GPS 多路径效应。 多路径效应。

武大 测绘学院 黄声享 形变监测课件

1.3 变形分析的的内涵及其研究进展 变形分析的的内涵及其 的内涵及其研究进展变形分析方法简介 1.3.1 变形分析方法简介动态变形分析既可以在时间域进行 动态变形分析既可以在时间域进行，也可以在 时间域进行， 频率域进行。 频率域进行。 进行 频谱分析方法是将时域内的数据序列通过傅立 频谱分析方法是将时域内的数据序列通过傅立 叶(Fourier)级数转换到频域内进行分析，它有利 )级数转换到频域内进行分析， 于确定时间序列的准确周期并判别隐蔽性和复杂性 的周期数据。频谱分析法用于确定动态变形特征 动态变形特征( 的周期数据。频谱分析法用于确定动态变形特征( 频率和幅值)是一种常用方法， 频率和幅值)是一种常用方法，尤其在建筑物结构 振动监测方面被广为采用。 振动监测方面被广为采用。

武大 测绘学院 黄声享 形变监测课件

1.3 变形分析的的内涵及其研究进展 变形分析的的内涵及其 的内涵及其研究进展变形分析方法简介 1.3.1 变形分析方法简介 但是， 但是，频谱分析法的苛刻条件是数据序列 的等时间间隔要求，这为一些工程变形监 等时间间隔要求， 要求 测分析的实用性增加了难度，因为对于非 测分析的实用性增加了难度， 等间隔时间序列进行插补和平滑处理必然 等间隔时间序列进行插补和平滑处理必然 插补和平滑处理 会带入人为因素的影响。 会带入人为因素的影响。

武大 测绘学院 黄声享 形变监测课件

1.3 变形分析的的内涵及其研究进展 变形分析的的内涵及其 的内涵及其研究进展变形分析方法简介 1.3.1 变形分析方法简介多年来， 多年来，对变形数据分析方法研究是极为活跃 的，除了传统的多元回归分析法以及上述的时间序 除了传统的多元回归分析法以及上述的时间序 多元回归分析法以及上述的 列分析法、频谱分析法和滤波技术之外，灰色系统 列分析法、频谱分析法和滤波技术之外， 之外 理论、神经网络等非线性时间序列预测方法也得到 理论、神经网络等非线性时间序列预测方法也得到 了一定程度的应用。比如， 了一定程度的应用。比如， 应用灰关联分析方法研究多个因变量和多个自变 应用灰关联分析方法研究多个因变量和多个自变 灰关联分析方法 量的变形问题； 量的变形问题； 应用灰色理论建模预测深基坑事故隐患； 应用灰色理论建模预测深基坑事故隐患； 灰色理论建模预测深基坑事故隐患

应用人工神经网络建模进行短期变形预测。 应用人工神经网络建模进行短期变形预测。 人工神经网络建模进行短期变形预测