變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理課程教案第一章(編輯修改稿)
2025-05-14 00:07 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 GPS衛(wèi)星定位和導(dǎo)航技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合，在空間定位技術(shù)方面引起了革命性的變化。用GPS同時(shí)測(cè)定三維坐標(biāo)的方法將測(cè)繪定位技術(shù)從陸地和近海擴(kuò)展到整個(gè)海洋和外層空間，從靜態(tài)擴(kuò)展到動(dòng)態(tài)，從單點(diǎn)定位擴(kuò)展到局部與廣域差分，從事后處理擴(kuò)展到實(shí)時(shí)（準(zhǔn)實(shí)時(shí)）定位與導(dǎo)航，絕對(duì)和相對(duì)精度擴(kuò)展到米級(jí)、厘米級(jí)乃至亞毫米級(jí)，從而大大拓寬了它的應(yīng)用范圍和在各行各業(yè)中的作用。數(shù)據(jù)通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和以GPS為代表的空間定位技術(shù)的日益發(fā)展和完善，使得GPS法由原來(lái)的周期性觀測(cè)走向高精度、實(shí)時(shí)、連續(xù)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)成為可能。GPS用于變形監(jiān)測(cè)的作業(yè)方式可劃分為周期性和連續(xù)性?xún)煞N模式（episodic and continuous mode）。 1）周期性變形監(jiān)測(cè)與傳統(tǒng)的變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)沒(méi)有多大區(qū)別，因?yàn)橛械淖冃误w的變形極為緩慢，在局部時(shí)間域內(nèi)可以認(rèn)為是穩(wěn)定的，其監(jiān)測(cè)頻率可以是幾個(gè)月，有的長(zhǎng)達(dá)幾年，此時(shí)，采用GPS靜態(tài)相對(duì)定位法進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)處理與分析一般都是事后的。經(jīng)過(guò)十多年的努力，GPS靜態(tài)相對(duì)定位數(shù)據(jù)處理技術(shù)基本成熟，在周期性監(jiān)測(cè)方面，其最大屏障還是變形基準(zhǔn)的選擇與確定，已成為近幾年研究的關(guān)鍵 。2）連續(xù)性變形監(jiān)測(cè)指的是采用固定監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)采集，獲得變形數(shù)據(jù)序列。雖然連續(xù)性監(jiān)測(cè)模式也是對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)性的觀測(cè)，但其觀測(cè)數(shù)據(jù)是連續(xù)的，具有較高的時(shí)間分辨率。根據(jù)變形體的不同特征，GPS連續(xù)性監(jiān)測(cè)可采用靜態(tài)相對(duì)定位和動(dòng)態(tài)相對(duì)定位兩種數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行觀測(cè)，一般要求變形響應(yīng)的實(shí)時(shí)性，它為數(shù)據(jù)解算和分析提出了更高要求。比如，大壩在超水位蓄洪時(shí)就必須時(shí)刻監(jiān)視其變形狀況，要求監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理與分析能力。當(dāng)然，有的監(jiān)測(cè)對(duì)象雖然要求較高的時(shí)間采樣率，但是數(shù)據(jù)解算和分析可以是事后的。比如，橋梁的靜動(dòng)載試驗(yàn)和高層建筑物的振動(dòng)測(cè)量，其監(jiān)測(cè)的目的在于獲取變形信息，數(shù)據(jù)處理與分析可以事后進(jìn)行。 u 在動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方面，過(guò)去一般采用加速度計(jì)、激光干涉儀等測(cè)量設(shè)備測(cè)定建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，但是，隨著建筑物高度的增高，以及連續(xù)性、實(shí)時(shí)性和自動(dòng)化監(jiān)測(cè)程度的要求加強(qiáng)，常規(guī)測(cè)量技術(shù)已越來(lái)越受到局限。GPS作為一種新方法，由于其硬件和軟件的發(fā)展與完善，特別是高采樣率（目前有的已高達(dá)20Hz）GPS接收機(jī)的出現(xiàn)，在大型結(jié)構(gòu)物動(dòng)態(tài)特性和變形監(jiān)測(cè)方面已表現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)越性。近幾年來(lái)，一些學(xué)者已開(kāi)展了卓有成效的GPS動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)與測(cè)試工作。目前，GPS動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理主要采用OTF方法，同時(shí)，GPS變形監(jiān)測(cè)單歷元求解算法及其相應(yīng)軟件開(kāi)發(fā)的研究也在發(fā)展之中。令人鼓舞的是，正如Loves等（1995）所言，隨著GPS動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)能力的進(jìn)一步證實(shí)，這一技術(shù)可望被采納為測(cè)量結(jié)構(gòu)振動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。 展望變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的未來(lái)：① 多種傳感器、數(shù)字近景攝影、全自動(dòng)跟蹤全站儀和GPS的應(yīng)用，將向?qū)崟r(shí)、連續(xù)、高效率、自動(dòng)化、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方向發(fā)展；② 變形監(jiān)測(cè)的時(shí)空采樣率會(huì)得到大大提高，變形監(jiān)測(cè)自動(dòng)化可為變形分析提供極為豐富的數(shù)據(jù)信息；③ 高度可靠、實(shí)用、先進(jìn)的監(jiān)測(cè)儀器和自動(dòng)化系統(tǒng)，要求在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠地運(yùn)行；④ 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，在大壩、橋梁、邊坡體等工程中將發(fā)揮巨大作用，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控是推進(jìn)重大工程安全監(jiān)控管理的必由之路。 變形分析的的內(nèi)涵及其研究進(jìn)展人們對(duì)自然界現(xiàn)象的觀察，總是對(duì)有變化、無(wú)規(guī)律的部分感興趣，而對(duì)無(wú)變化、規(guī)律性很強(qiáng)的部分反映比較平淡。如何從平靜中找出變化，從變化中找出規(guī)律，由規(guī)律預(yù)測(cè)未來(lái)，這是人們認(rèn)識(shí)事物、認(rèn)識(shí)世界的常規(guī)辨證思維過(guò)程。變化越多、反應(yīng)越快，系統(tǒng)越復(fù)雜，這就導(dǎo)致了非線性系統(tǒng)的產(chǎn)生。人的思維實(shí)際是非線性的，而不是線性的，不是對(duì)表面現(xiàn)象的簡(jiǎn)單反應(yīng)，而是透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，從雜亂無(wú)章中找出其內(nèi)在規(guī)律性，然后遵循規(guī)律辦事。變形分析的真正內(nèi)涵就是這樣。 變形分析的內(nèi)涵就是從錯(cuò)綜復(fù)雜的變形現(xiàn)象中找出其內(nèi)在規(guī)律性。變形分析的研究?jī)?nèi)容涉及到變形數(shù)據(jù)處理與分析、變形物理解釋和變形預(yù)報(bào)的各個(gè)方面，通常將其劃為兩部分： 1）變形的幾何分析。 2）變形物理解釋。變形的幾何分析是對(duì)變形體的形狀和大小的變形作幾何描述，其任務(wù)在于描述變形體變形的空間狀態(tài)和時(shí)間特性。變形物理解釋的任務(wù)是確定變形體的變形和變形原因之間的關(guān)系，解釋變形的原因。 變形分析方法簡(jiǎn)介 傳統(tǒng)的變形幾何分析，主要包括：（1）參考點(diǎn)的穩(wěn)定性分析監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形信息是相對(duì)于參考點(diǎn)或一定基準(zhǔn)的，如果所選基準(zhǔn)本身不穩(wěn)定或不統(tǒng)一，則由此獲得的變形值就不能反映真正意義上的變形，因此，變形的基準(zhǔn)問(wèn)題是變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理首先必須考慮的問(wèn)題。 過(guò)去對(duì)參考點(diǎn)的穩(wěn)定性分析主要局限于周期性的監(jiān)測(cè)網(wǎng)，方法有很多：216。
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