变形监测数据处理PPT课件.ppt

欢迎各位同学！1课程：变形监测数据处理课程：变形监测数据处理21.2 1.2 变形监测技术及其发展变形监测技术及其发展 本节重点为：本节重点为：变形信息获取的手段变形信息获取的手段 变变形形监测监测方案方案设计设计问题问题 地表地表变变形形监测监测方法方法 GPSGPS周期性周期性和和连续连续性性变变形形监测监测问题问题 GPSGPS动态监测动态监测 变变形形监测监测技技术术的未来的未来 391.2 1.2 变形监测技术及其发展变形监测技术及其发展 变形信息获取方法的选择变形信息获取方法的选择取决于变形体的特征、变取决于变形体的特征、变形监测的目的、变形大小和变形速度等因素。形监测的目的、变形大小和变形速度等因素。在在全球性变形监测全球性变形监测方面，空间大地测量是最基本最方面，空间大地测量是最基本最适用的技术，它主要包括全球定位系统（适用的技术，它主要包括全球定位系统（GPSGPS）、甚长）、甚长基线射电干涉测量（基线射电干涉测量（VLBIVLBI）、卫星激光测距（）、卫星激光测距（SLRSLR）、）、激光测月技术（激光测月技术（LLRLLR）以及卫星重力探测技术（卫星测）以及卫星重力探测技术（卫星测高、卫星跟踪卫星和卫星重力梯度测量）等技术手段；高、卫星跟踪卫星和卫星重力梯度测量）等技术手段；401.2 1.2 变形监测技术及其发展变形监测技术及其发展 在在区域性变形监测区域性变形监测方面，方面，GPSGPS已成为主要的技术手段。已成为主要的技术手段。近十年发展起来的空间对地观测遥感新技术近十年发展起来的空间对地观测遥感新技术合成孔合成孔径雷达干涉测量（径雷达干涉测量（InSARInSAR,Interferometric Synthetic Aperture Radar），在监测地震变形、火山地表移动、），在监测地震变形、火山地表移动、冰川漂移、地面沉降、山体滑坡等方面，其试验成果的冰川漂移、地面沉降、山体滑坡等方面，其试验成果的精度已可达厘米或毫米级，表现出很强的技术优势。但精度已可达厘米或毫米级，表现出很强的技术优势。但精密水准测量精密水准测量依然是高精度高程信息获取的方法。依然是高精度高程信息获取的方法。在在工程和局部性变形监测工程和局部性变形监测方面，地面常规测量技术、方面，地面常规测量技术、地面摄影测量技术、特殊和专用的测量手段、以及以地面摄影测量技术、特殊和专用的测量手段、以及以GPS为主的空间定位技术等均得到了较好的应用。为主的空间定位技术等均得到了较好的应用。411.2 1.2 变形监测技术及其发展变形监测技术及其发展 本节重点为：本节重点为：变形信息获取的手段变形信息获取的手段 变变形形监测监测方案方案设计设计问题问题 地表地表变变形形监测监测方法方法 GPSGPS周期性周期性和和连续连续性性变变形形监测监测问题问题 GPSGPS动态监测动态监测 变变形形监测监测技技术术的未来的未来 421.2 1.2 变形监测技术及其发展变形监测技术及其发展 合理设计合理设计变形监测方案变形监测方案是变形监测的首要工作，对于是变形监测的首要工作，对于监测网监测网设计设计而言，其主要内容包括：确定监测网的质量标准；选择观测而言，其主要内容包括：确定监测网的质量标准；选择观测方法；点位的最佳布设和观测方案的最优选择。在过去三十年里，方法；点位的最佳布设和观测方案的最优选择。在过去三十年里，变形监测方案设计和监测网优化设计的研究较为深入和全面，取变形监测方案设计和监测网优化设计的研究较为深入和全面，取得了丰富的理论研究成果和实用效益，这一点可从众多文献中得得了丰富的理论研究成果和实用效益，这一点可从众多文献中得到体现。目前，在变形监测方案与监测系统设计方面，其主要发到体现。目前，在变形监测方案与监测系统设计方面，其主要发展是展是监测方案的综合设计和监测系统的数据管理与综合处理监测方案的综合设计和监测系统的数据管理与综合处理。例。例如，在大坝的变形监测中，要综合考虑外部观测和内部观测设计，如，在大坝的变形监测中，要综合考虑外部观测和内部观测设计，大地测量与特殊测量的大地测量与特殊测量的观测量观测量（geodetic and geotechnical observations）要进行综合处理与分析。）要进行综合处理与分析。431.2 1.2 变形监测技术及其发展变形监测技术及其发展 本节重点为：本节重点为：变形信息获取的手段变形信息获取的手段 变变形形监测监测方案方案设计设计问题问题 地表地表变变形形监测监测方法方法 GPSGPS周期性周期性和和连续连续性性变变形形监测监测问题问题 GPSGPS动态监测动态监测 变变形形监测监测技技术术的未来的未来 44 数十年变形监测技术的发展，传统的数十年变形监测技术的发展，传统的地表变形监测方法地表变形监测方法主主要采用的是大地测量法。要采用的是大地测量法。1）常规地面测量方法常规地面测量方法的完善与发展，其显著进步是全站型的完善与发展，其显著进步是全站型仪器的广泛使用，尤其是仪器的广泛使用，尤其是全自动跟踪全站仪全自动跟踪全站仪（RTS,Robotic Total Stations），也称测量机器人（），也称测量机器人（Georobot），为局部工程），为局部工程变形的自动监测或室内监测提供了一种很好的技术手段，它可变形的自动监测或室内监测提供了一种很好的技术手段，它可进行一定范围内无人值守、全天侯、全方位的自动监测。进行一定范围内无人值守、全天侯、全方位的自动监测。例如，在美国加州南部的一个新水库（例如，在美国加州南部的一个新水库（Diamond Valley Lake已安装了由已安装了由8个永久性个永久性 RTS 和和218个棱镜组成的地面自动监个棱镜组成的地面自动监测系统。但是，测系统。但是，TPS（Terrestrial Positional System）的最大缺）的最大缺陷是受测程限制，测站点一般都处在变形区域范围之内。陷是受测程限制，测站点一般都处在变形区域范围之内。1.2 1.2 变形监测技术及其发展变形监测技术及其发展 45 2）地面摄影测量技术地面摄影测量技术在变形监测中的应用起步较早，但在变形监测中的应用起步较早，但是由于摄影距离不能过远，绝对精度较低，使得其应用受到局是由于摄影距离不能过远，绝对精度较低，使得其应用受到局限，仅大量应用于高塔、烟囱、古建筑、船闸、边坡体等的变限，仅大量应用于高塔、烟囱、古建筑、船闸、边坡体等的变形监测。形监测。后来发展起来的后来发展起来的数字摄影测量和实时摄影测量数字摄影测量和实时摄影测量为地面为地面摄影测量技术在变形监测中的深入应用开拓了非常广泛的前景。摄影测量技术在变形监测中的深入应用开拓了非常广泛的前景。地面三维激光扫描系统地面三维激光扫描系统将是变形监测领域的一种重要技术。将是变形监测领域的一种重要技术。3）光、机、电技术光、机、电技术的发展，研制了一些特殊和专用的监的发展，研制了一些特殊和专用的监测仪器可用于变形的自动监测，它包括应变测量、准直测量和测仪器可用于变形的自动监测，它包括应变测量、准直测量和倾斜测量。采用倾斜测量。采用光纤传感器测量系统光纤传感器测量系统将信号测量与信号传输合将信号测量与信号传输合二为一，具有强的抗雷击、抗电磁场干扰和抗恶劣环境的能力，二为一，具有强的抗雷击、抗电磁场干扰和抗恶劣环境的能力，便于组成遥测系统，实现在线分布式监测。便于组成遥测系统，实现在线分布式监测。1.2 1.2 变形监测技术及其发展变形监测技术及其发展 46 4 4）GNSSGNSS作为一种全新的现代空间定位技术，已逐渐在许作为一种全新的现代空间定位技术，已逐渐在许多领域取代常规光学和电子测量仪器，在变形监测领域也不多领域取代常规光学和电子测量仪器，在变形监测领域也不例外。例外。自从上世纪自从上世纪8080年代以来，尤其是进入年代以来，尤其是进入9090年代后，年代后，GPSGPS卫星卫星定位和导航技术与现代通信技术相结合，在空间定位技术方定位和导航技术与现代通信技术相结合，在空间定位技术方面引起了革命性的变化。用面引起了革命性的变化。用GPSGPS同时测定三维坐标的方法将测同时测定三维坐标的方法将测绘定位技术从陆地和近海扩展到整个海洋和外层空间，从静绘定位技术从陆地和近海扩展到整个海洋和外层空间，从静态扩展到动态，从单点定位扩展到局部与广域差分，从事后态扩展到动态，从单点定位扩展到局部与广域差分，从事后处理扩展到实时（准实时）定位与导航，绝对和相对精度扩处理扩展到实时（准实时）定位与导航，绝对和相对精度扩展到米级、厘米级乃至亚毫米级，从而大大拓宽了它的应用展到米级、厘米级乃至亚毫米级，从而大大拓宽了它的应用范围和在各行各业中的作用。范围和在各行各业中的作用。1.2 1.2 变形监测技术及其发展变形监测技术及其发展 471.2 1.2 变形监测技术及其发展变形监测技术及其发展 本节重点为：本节重点为：变形信息获取的手段变形信息获取的手段 变变形形监测监测方案方案设计设计问题问题 地表地表变变形形监测监测方法方法 GPSGPS周期性周期性和和连续连续性性变变形形监测监测问题问题 GPSGPS动态监测动态监测 变变形形监测监测技技术术的未来的未来 48 数数据据通通讯讯技技术术、计计算算机机技技术术和和以以GPS为为代代表表的的空空间间定定位位技技术术的的日日益益发发展展和和完完善善，使使得得GPS法法由由原原来来的的周周期期性性观观测测走走向向高高精精度度、实时、连续、自动监测成为可能。实时、连续、自动监测成为可能。GPS用于变形监测的作业方式可划分为用于变形监测的作业方式可划分为周期性周期性和和连续性连续性两种两种模式（模式（episodic and continuous mode）。）。1）周期性变形监测周期性变形监测与传统的变形监测网没有多大区别，因为与传统的变形监测网没有多大区别，因为有的变形体的变形极为缓慢，在局部时间域内可以认为是稳定的，有的变形体的变形极为缓慢，在局部时间域内可以认为是稳定的，其监测频率可以是几个月，有的长达几年，此时，采用其监测频率可以是几个月，有的长达几年，此时，采用GPS静态静态相对定位法进行测量，数据处理与分析一般都是事后的。经过十相对定位法进行测量，数据处理与分析一般都是事后的。经过十多年的努力，多年的努力，GPS静态相对定位数据处理技术基本成熟，在周期静态相对定位数据处理技术基本成熟，在周期性监测方面，其最大屏障还是变形基准的选择与确定，已成为近性监测方面，其最大屏障还是变形基准的选择与确定，已成为近几年研究的关键几年研究的关键。1.2 1.2 变形监测技术及其发展变形监测技术及其发展 49GPS在工程中的应用清江隔河岩大坝GPS自动监测系统 清清江江隔隔河河岩岩大大坝坝50清江隔河岩大坝清江隔河岩大坝GPS自动监测系统自动监测系统 5.1.4 实际应用实际应用 51清江隔河岩大坝清江隔河岩大坝GPS自动监测系统自动监测系统 52清江隔河岩大坝清江隔河岩大坝GPS自动监测系统自动监测系统 隔河岩大坝隔河岩大坝GPS监测点位分布图监测点位分布图 53GPS用于桥梁的安全监测用于桥梁的安全监测GPS在工程中的应用在工程中的应用武汉长江二桥武汉长江二桥GPS变形监测网变形监测网54 2）连连续续性性变变形形监监测测指指的的是是采采用用固固定定监监测测仪仪器器进进行行长长时时间间的的数数据据采采集集，获获得得变变形形数数据据序序列列。虽虽然然连连续续性性监监测测模模式式也也是是对对测测点点进进行行重重复复性性的的观观测测，但但其其观观测测数数据据是是连连续续的的，具具有有较较高高的的时时间间分分辨辨率率。根根据据变变形形体体的的不不同同特特征征，GPS连连续续性性监监测测可可采采用用静静态态相相对对定定位位和和动动态态相相对对定定位位两两种种数数据据处处理理方方法法进进行行观观测测，一一般般要要求求变变形形响响应应的的实实时时性性，它它为为数数据据解解算算和和分分析析提提出出了了更更高高要要求求。比比如如，大大坝坝在在超超水水位位蓄蓄洪洪时时就就必必须须时时刻刻监监视视其其变变形形状状况况，要要求求监监测测系系统统具具有有实实时时的的数数据据传传输输和和数数据据处处理理与与分分析析能能力力。当当然然，有有的的监监测测对对象象虽虽然然要要求求较较高高的的时时间间采采样样率率，但但是是数数据据解解算算和和分分析析可可以以是是事事后后的的。比比如如，桥桥梁梁的的静静动动载载试试验验和和高高层层建建筑筑物物的的振振动动测测量量，其其监监测测的的目目的的在在于于获取变形信息，数据处理与分析可以事后进行。获取变形信息，数据处理与分析可以事后进行。1.2 1.2 变形监测技术及其发展变形监测技术及其发展 551.2 1.2 变形监测技术及其发展变形监测技术及其发展 本节重点为：本节重点为：变形信息获取的手段变形信息获取的手段 变变形形监测监测方案方案设计设计问题问题 地表地表变变形形监测监测方法方法 GPSGPS周期性周期性和和连续连续性性变变形形监测监测问题问题 GPSGPS动态监测动态监测 变变形形监测监测技技术术的未来的未来 56GPS在工程中的应用厦厦门门的的高高层层建建筑筑57GPS在高层建筑动态监测中的应用厦厦门门建建设设银银行行大大厦厦58GPS动态动态监测监测监测方案监测方案 GPSGPS在在高高层层建筑建筑动态监测中的应用动态监测中的应用59结构振动频段信号的频谱分析及对比结构振动频段信号的频谱分析及对比结构振动频段信号的频谱分析及对比结构振动频段信号的频谱分析及对比 60GPS用于桥梁的安全监测用于桥梁的安全监测GPS在工程中的应用在工程中的应用61GPS用于桥梁的安全监测用于桥梁的安全监测GPS在工程中的应用在工程中的应用武汉长江二桥武汉长江二桥GPS动态监测动态监测62GPS在工程中的应用在工程中的应用武汉长江二桥武汉长江二桥GPS动态监测动态监测u 监测点监测点(WH02)(WH02)相对于基准站相对于基准站(WH01)(WH01)在在H H方向的频谱图方向的频谱图 63GPS在工程中的应用在工程中的应用武汉长江二桥武汉长江二桥GPS动态监测动态监测u监测监测点点(WH02)(WH02)相相对对于参考点于参考点(WH03)(WH03)在在H H方向的方向的频谱图频谱图 64GPS在工程中的应用在工程中的应用武汉长江二桥武汉长江二桥GPS动态监测动态监测u参考点参考点(WH03)(WH03)相相对对于基准站于基准站(WH01)(WH01)在在H H方向的方向的频谱图频谱图 65在在动动态态监监测测方方面面，过过去去一一般般采采用用加加速速度度计计、激激光光干干涉涉仪仪等等测测量量设设备备测测定定建建筑筑结结构构的的振振动动特特性性，但但是是，随随着着建建筑筑物物高高度度的的增增高高，以以及及连连续续性性、实实时时性性和和自自动动化化监监测测程程度度的的要要求求加加强强，常常规规测测量量技技术术已已越越来来越越受受到到局局限限。GPS作作为为一一种种新新方方法法，由由于于其其硬硬件件和和软软件件的的发发展展与与完完善善，特特别别是是高高采采样样率率（目目前前有有的的已已高高达达20Hz）GPS接接收收机机的的出出现现，在在大大型型结结构构物物动动态态特特性性和和变变形形监监测测方方面面已已表表现现出出其其独独特特的的优优越越性性。近近几几年年来来，一一些些学学者者已已开开展展了了卓卓有有成成效效的的GPS动动态态监监测测实实验验与与测测试试工工作作。目目前前，GPS动动态态监监测测数数据据处处理理主主要要采采用用OTF方方法法，同同时时，GPS变变形形监监测测单单历历元元求求解解算算法法及及其其相相应应软软件件开开发发的的研研究究也也在在发发展展之之中中。令令人人鼓鼓舞舞的的是是，正正如如Loves等等（1995）所所言言，随随着着GPS动动态态变变形形监监测测能能力力的的进进一一步步证证实实，这这一一技技术术可可望望被采纳为测量结构振动的标准技术。被采纳为测量结构振动的标准技术。1.2 1.2 变形监测技术及其发展变形监测技术及其发展 661.2 1.2 变形监测技术及其发展变形监测技术及其发展 本节重点为：本节重点为：变形信息获取的手段变形信息获取的手段 变变形形监测监测方案方案设计设计问题问题 地表地表变变形形监测监测方法方法 GPSGPS周期性周期性和和连续连续性性变变形形监测监测问题问题 GPSGPS动态监测动态监测 变变形形监测监测技技术术的未来的未来 67展望变形监测技术的未来：展望变形监测技术的未来：多多种种传传感感器器、数数字字近近景景摄摄影影、全全自自动动跟跟踪踪全全站站仪仪和和GPS的的应应用用，将将向向实实时时、连连续续、高高效效率率、自自动动化化、动动态态监监测测系系统统的的方方向发展；向发展；变变形形监监测测的的时时空空采采样样率率会会得得到到大大大大提提高高，变变形形监监测测自自动动化化可为变形分析提供极为丰富的数据信息；可为变形分析提供极为丰富的数据信息；高高度度可可靠靠、实实用用、先先进进的的监监测测仪仪器器和和自自动动化化系系统统，要要求求在在恶劣环境下长期稳定可靠地运行；恶劣环境下长期稳定可靠地运行；实实现现远远程程在在线线实实时时监监控控，在在大大坝坝、桥桥梁梁、边边坡坡体体等等工工程程中中将将发发挥挥巨巨大大作作用用，网网络络监监控控是是推推进进重重大大工工程程安安全全监监控控管管理理的的必必由之路。由之路。1.2 1.2 变形监测技术及其发展变形监测技术及其发展 681.2 1.2 变形监测技术及其发展变形监测技术及其发展 本节重点为：本节重点为：变形信息获取的手段变形信息获取的手段 变变形形监测监测方案方案设计设计问题问题 地表地表变变形形监测监测方法方法 GPSGPS周期性周期性和和连续连续性性变变形形监测监测问题问题 GPSGPS动态监测动态监测 变变形形监测监测技技术术的未来的未来 69 第一章第一章 引引 论论 主主要要内内容容n变形监测的内容、目的与变形监测的内容、目的与意义意义n变形监测技术及其发展变形监测技术及其发展n变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展70 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内涵 变形分析的主要方法变形分析的主要方法 变变形物理解形物理解释释的的内容内容 变形分析的发展趋势变形分析的发展趋势1.3 1.3 变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展71人们对自然界现象的观察，总是对有变化、无规律的部分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，由规律预测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，这就导致了非线性系变化越多、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，不统的产生。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，从杂乱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。变形分析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变形分析的内涵就是从从错综复杂的变形现象错综复杂的变形现象中找出其中找出其内在内在规规律性。律性。1.3 1.3 变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展72 变变形形分分析析的的研研究究内内容容涉涉及及到到变变形形数数据据处处理理与与分分析析、变变形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。变变形形的的几几何何分分析析是是对对变变形形体体的的形形状状和和大大小小的的变变形形作作几几何何描述，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。变变形形物物理理解解释释的的任任务务是是确确定定变变形形体体的的变变形形和和变变形形原原因因之之间的关系，解释变形的原因。间的关系，解释变形的原因。1.3 1.3 变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展73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参考点的稳定性分析 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 变形模型参数估计变形模型参数估计 1.3 1.3 变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展1.3.1 1.3.1 变变形分析方法形分析方法简介简介 74 参考点的稳定性分析参考点的稳定性分析1.3 1.3 变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展1.3.1 1.3.1 变变形分析方法形分析方法简介简介 监监测测点点的的变变形形信信息息是是相相对对于于参参考考点点或或一一定定基基准准的的，如如果果所所选选基基准准本本身身不不稳稳定定或或不不统统一一，则则由由此此获获得得的的变变形形值值就就不不能能反反映映真真正正意意义义上上的的变变形形，因因此此，变变形形的的基基准准问问题题是是变变形形监监测测数数据据处处理理首首先先必必须考虑的问题。须考虑的问题。75 参考点的稳定性分析参考点的稳定性分析1.3 1.3 变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展1.3.1 1.3.1 变变形分析方法形分析方法简介简介 过过去去对对参参考考点点的的稳稳定定性性分分析析主主要要局局限限于于周周期期性性的的监监测网，方法有很多：测网，方法有很多：以方差分析进行整体检验为基础的以方差分析进行整体检验为基础的“平均间隙法平均间隙法”；以以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。后来发展的稳健后来发展的稳健-S变换法，也称逐次定权迭代法。变换法，也称逐次定权迭代法。76 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1.3 1.3 变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展1.3.1 1.3.1 变变形分析方法形分析方法简介简介 观测值的平差处理和质量评定非常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，观测值的质量好坏直接关系到变形值的精度和可靠性。在这方面，涉及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。77 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1.3 1.3 变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展1.3.1 1.3.1 变变形分析方法形分析方法简介简介 经典平差经典平差固定基准固定基准 自由网平差自由网平差重心基准重心基准 拟稳平差拟稳平差拟稳基准拟稳基准在在W.Baarda（1968）数数据据探探测测法法提提出出后后，粗粗差差探探测测与与变变形形的的可可区区分分性性研研究究成成果果极极为为丰富的。丰富的。78 变形模型参数估计变形模型参数估计1.3 1.3 变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展1.3.1 1.3.1 变变形分析方法形分析方法简介简介 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：直直接接法法是是直直接接用用原原始始的的重重复复观观测测值值之之差差计计算算应变分量或它们的变化率；应变分量或它们的变化率；位位移移法法是是用用各各测测点点坐坐标标的的平平差差值值之之差差（位位移移值）计算应变分量。值）计算应变分量。同同时时，提提出出了了变变形形分分析析通通用用法法，研研制制了了相相应应的的软件软件DEFNAN。791.3 1.3 变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展1.3.1 1.3.1 变变形分析方法形分析方法简介简介 自自1978年，年，FIG工程测量专业委员会设立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了由国际测绘界五所权威大学组成的特别委员会员会“变形观测分析专门委员会变形观测分析专门委员会”，极大地，极大地推动了变形分析方法的研究，并取得了显著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）所评价的，的，变形几何分析变形几何分析的主要问题已经得到解决。的主要问题已经得到解决。801.3 1.3 变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展1.3.1 1.3.1 变变形分析方法形分析方法简介简介 实质上，自实质上，自20世纪世纪70年代末至年代末至90年代初，几年代初，几何变形分析研究较为完善的是常规地面测量何变形分析研究较为完善的是常规地面测量技术进行技术进行周期性监测的静态模型周期性监测的静态模型，考虑的仅，考虑的仅是变形体在不同观测时刻的空间状态，并没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，更谈不上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。811.3 1.3 变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展1.3.1 1.3.1 变变形分析方法形分析方法简介简介 事实上，变形体在不同状态之间是具有时间关事实上，变形体在不同状态之间是具有时间关联性的。为此，后来许多学者将目光转向联性的。为此，后来许多学者将目光转向时序时序观测数据的动态模型观测数据的动态模型研究，如：研究，如：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。821.3 1.3 变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展1.3.1 1.3.1 变变形分析方法形分析方法简介简介 动动态态变变形形分分析析既既可可以以在在时时间间域域进进行行，也也可可以以在在频率域频率域进行。进行。频频谱谱分分析析方方法法是是将将时时域域内内的的数数据据序序列列通通过过傅傅立立叶叶（Fourier）级级数数转转换换到到频频域域内内进进行行分分析析，它它有有利利于于确确定定时时间间序序列列的的准准确确周周期期并并判判别别隐隐蔽蔽性性和和复复杂杂性性的的周周期期数数据据。频频谱谱分分析析法法用用于于确确定定动动态态变变形形特特征征（频频率率和和幅幅值值）是是一一种种常常用用方方法法，尤尤其其在在建建筑筑物物结结构振动监测方面被广为采用。构振动监测方面被广为采用。831.3 1.3 变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展1.3.1 1.3.1 变变形分析方法形分析方法简介简介 但是，频谱分析法的苛刻条件是数据序列但是，频谱分析法的苛刻条件是数据序列的的等时间间隔等时间间隔要求，这为一些工程变形监要求，这为一些工程变形监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，因为对于非等间隔时间序列进行等间隔时间序列进行插补和平滑处理插补和平滑处理必然必然会带入人为因素的影响。会带入人为因素的影响。841.3 1.3 变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展1.3.1 1.3.1 变变形分析方法形分析方法简介简介 多年来，对变形数据分析方法研究是极为活跃多年来，对变形数据分析方法研究是极为活跃的，除了传统的的，除了传统的多元回归分析法多元回归分析法以及上述的以及上述的时间序时间序列分析法列分析法、频谱分析法频谱分析法和和滤波技术滤波技术之外，之外，灰色系统灰色系统理论理论、神经网络神经网络等非线性时间序列预测方法也得到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，应用应用灰关联分析方法灰关联分析方法研究多个因变量和多个自变研究多个因变量和多个自变量的变形问题；量的变形问题；应用应用灰色理论灰色理论建模预测深基坑事故隐患；建模预测深基坑事故隐患；应用应用人工神经网络人工神经网络建模进行短期变形预测。建模进行短期变形预测。851.3 1.3 变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展1.3.1 1.3.1 变变形分析方法形分析方法简介简介 变变形分析中，形分析中，为为弥弥补单补单一方法的缺陷，多种方法的一方法的缺陷，多种方法的结结合得到了合得到了发发展展，例如例如：模糊数学模糊数学与与灰色理灰色理论论相相结结合，合，应应用灰关用灰关联联聚聚类类分析法分析法进进行多行多测测点建模点建模预测预测；模糊数学模糊数学与与人工神人工神经经网网络络相相结结合，合，应应用模糊人工神用模糊人工神经经网网络络方法建模方法建模进进行行边边坡和大坡和大坝坝的的变变形形预报预报；应应用用抗差估抗差估计计理理论论对对多元回多元回归归分析模型分析模型进进行改行改进进的抗差的抗差多元回多元回归归模型模型，处处理数据序列的粗差理数据序列的粗差问题问题；研究研究认为认为，人工神人工神经经网网络络与与专专家系家系统统相相结结合，是解决合，是解决大大坝坝安全安全监监控控专专家系家系统统开开发发中中 “瓶瓶颈颈”问题问题的一个好方法。的一个好方法。861.3 1.3 变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展1.3.1 1.3.1 变变形分析方法形分析方法简介简介 由于由于变变形体形体变变形的形的错综复杂，错综复杂，可以看作可以看作为为一个一个复复杂杂性系性系统统。复。复杂杂系系统统含有含有许许多非多非线线性、不确定性等复性、不确定性等复杂杂因素及它因素及它们们之之间间相互作用所形成复相互作用所形成复杂杂的的动动力学特力学特性。性。创创立于立于2020世世纪纪7070年代的年代的非非线线性科学理性科学理论论在在变变形形研究中也得到了反映。例如，根据研究中也得到了反映。例如，根据突突变变理理论论，用，用尖尖点突点突变变模型模型研究大研究大坝坝及岩基的及岩基的稳稳定性；将大定性；将大坝坝运行运行性性态态看成看成为为一种非一种非线线性性动动力系力系统统，研究了大，研究了大坝观测坝观测数据序列中的数据序列中的混沌混沌现现象象。871.3 1.3 变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展1.3.1 1.3.1 变变形分析方法形分析方法简介简介 在变形分析中，出于实用、简便上的在变形分析中，出于实用、简便上的考虑，我们一般应用较多的是考虑，我们一般应用较多的是单测点单测点模型，为顾及监测点的整体空间分布模型，为顾及监测点的整体空间分布特性，特性，多测点多测点变形监控模型也得到了变形监控模型也得到了发展。发展。881.3 1.3 变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展1.3.1 1.3.1 变变形分析方法形分析方法简介简介 从现行的变形分析方法中，我们不难发现，大多从现行的变形分析方法中，我们不难发现，大多都是都是离线的（事后的）离线的（事后的），不能进行，不能进行即时即时预报与监控，预报与监控，无法在紧急关头为突发性灾害提供即时决策咨询，这无法在紧急关头为突发性灾害提供即时决策咨询，这与目前自动化监测系统的要求很不相符，为此，研究与目前自动化监测系统的要求很不相符，为此，研究在线实时分析与监控在线实时分析与监控的方法成为技术关键。已有研究的方法成为技术关键。已有研究表明，采用递推算法的表明，采用递推算法的贝叶斯动态模型贝叶斯动态模型进行大坝监测进行大坝监测的动态分析认为是可行的。在隔河岩大坝的动态分析认为是可行的。在隔河岩大坝GPSGPS自动化自动化监测系统中，我们采用递推式监测系统中，我们采用递推式卡尔曼滤波模型卡尔曼滤波模型进行全进行全自动在线实时数据处理起到了较好效果。自动在线实时数据处理起到了较好效果。891.3 1.3 变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展1.3.1 1.3.1 变变形分析方法形分析方法简介简介 在在GPSGPS监测系统中，监测系统中，数据处理数据处理的主要工作的主要工作是观测资料的解算，如是观测资料的解算，如GPSGPS差分求解、差分求解、GPSGPS监测监测网平差等，以提供高精度、高可靠性的相对位网平差等，以提供高精度、高可靠性的相对位置信息。而置信息。而数据分析数据分析的重点则包括变形基准的的重点则包括变形基准的确定，正确区分变形与误差，提取变形特征，确定，正确区分变形与误差，提取变形特征，并对变形成因作解释。并对变形成因作解释。901.3 1.3 变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展1.3.1 1.3.1 变变形分析方法形分析方法简介简介 诞生于诞生于2020世纪世纪8080年代末的年代末的小波分析小波分析理论，是一种最理论，是一种最新的新的时频局部化时频局部化分析方法，被认为是分析方法，被认为是傅立叶分析傅立叶分析方法的方法的突破性进展。应用小波方法，进行时频分析，可望有效突破性进展。应用小波方法，进行时频分析，可望有效地求解变形的非线性系统问题，通过小波变换提取变形地求解变形的非线性系统问题，通过小波变换提取变形特征。这一研究领域才刚刚起步。第特征。这一研究领域才刚刚起步。第2121届届IUGGIUGG大会大会“小小波理论及其应用波理论及其应用”被被IAGIAG确定为大地测量新理论研究方向确定为大地测量新理论研究方向之一。在之一。在19991999年召开的第年召开的第2222届届IUGGIUGG大会上，大会上，“小波理论小波理论及其在大地测量和地球动力学中的应用及其在大地测量和地球动力学中的应用”再次被再次被IAGIAG确定确定为为GIVGIV分会（大地测量理论与方法）的新的研究小组。可分会（大地测量理论与方法）的新的研究小组。可见，开展小波理论及其应用研究的重要性。见，开展小波理论及其应用研究的重要性。911.3 1.3 变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展1.3.1 1.3.1 变变形分析方法形分析方法简介简介 从目前应用来看，虽然小波分析要求从目前应用来看，虽然小波分析要求大子大子样容量的时间序列数据样容量的时间序列数据，但是，长序列数据可，但是，长序列数据可从从GPSGPS、TPSTPS等集成的等集成的自动化监测系统自动化监测系统中得到保中得到保障。小波分析为高精度变形特征提取提供了一障。小波分析为高精度变形特征提取提供了一种数学工具，可实现其它方法无法解决的难题，种数学工具，可实现其它方法无法解决的难题，对非平稳信号消噪有着其它方法不可比拟的优对非平稳信号消噪有着其它方法不可比拟的优点。小波理论在变形监测（尤其是动态变形监点。小波理论在变形监测（尤其是动态变形监测）的数据分析方面将会发挥巨大作用。测）的数据分析方面将会发挥巨大作用。921.3 1.3 变形分析的变形分析的的内涵及其的内涵及其研究进展研究进展现代现代变变形分析方法形分析方法：时间序列分析时间序列分析 频谱分析频谱分析 小波分析小波分析 滤波技术：数字滤波、卡尔曼滤波、滤波技术：数字滤波、卡尔曼滤波、贝叶斯贝叶斯滤波滤波 灰色理论：灰关联分析灰色理论：灰关联分析 神经网络：人工神经网络、神经网络：人工神经网络、专专家系家系统统 模糊数学模糊数学：模糊人工神模糊人工神经经网网络络 抗差估抗差估计计理理论论：抗差多