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地下工程监测中的数据分析和信息管理、预测预报系统

王浩  
【摘要】: 针对地下工程施工期监测的特点,围绕着信息化施工的需要,较全面、系统地总结了地下工程中的监测方法、监测数据分析、建模方法,建立了二维地下工程施工期监测信息管理、预测预报系统,本文的主要工作包括: (1)开发了基于电子全站仪的洞室围岩表面三维非接触收敛变形监测技术,介绍了三维坐标计算法、三维平差法、测线法三种方法的原理及配套软件、操作流程和应用实例。总结出三种方法的优缺点和适用范围。并介绍了笔者参与开发的线法测量仪器——滑动变形计的原理及其监测实例。 (2)探讨了对于地下工程中常见的监测数据如何进行粗差识别,由于不存在类似大地测量的几何校核条件,这些数据不能按照传统的测量平差原理来处理。提出用小波分析来剔除观测数据中的系统误差或偶然误差,效果很好。 (3)介绍了地下工程中常用的数据分析建模方法并给出应用实例,包括概率统计模型中的对数函数、指数函数、双曲函数,系统科学中的灰色系统、BP神经网络、时间序列、Kalman滤波等,利用Peck公式对双孔箱涵错距顶进引起的地表沉降进行了模拟。 (4)提出了运用小波分析对监测数据进行趋势项提取,采用BP神经网络对趋势项进行建模,由于滤掉了观测误差,效果较好。 (5)以工程第一线的施工、监理、管理人员为主要用户,建立了具有操作简单、可靠性高、集成度高和可扩充性强的二维地下厂房施工期监测信息管理、预测预报系统并成功应用于小湾电站。系统集成了以下四个方面功能:数据库管理、数据录入与处理、图形可视化和图形—属性数据双向联动、数据建模及预测功能。 (6)针对地下工程监测的数据流程,首次提出了7+1种属性对象来描述测点之间、测点与所属的建筑物之间的从属(层次)关系,基于以上属性对象构建的系统伸缩性很好,可以应用于边坡、基坑等其它岩土工程监测领域。 (7)采用面向对象方法开发了监测系统软件,解决了可变大小的整编数据结构、软件容错、设置多个初值日期和更换传感器、单文档和多窗口视的系统界面、与Office组件的集成等编程问题,实现了多表多条件的交叉查询,在监测软件中嵌入动态图形绘制和编辑模块,实现了类GIS的功能如图形—属性数据的双向联动。 (8)以小湾水电站引水发电系统监测数据为基础建立了多维数据集,进行了简单的OLAP分析,初步探讨了数据挖掘技术在地下工程监测中的应用。


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