變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的向量法可視化分析模型
——以珠海發(fā)電廠循環(huán)水泵房觀測(cè)數(shù)據(jù)為例

李會(huì)林

(珠海市測(cè)繪院，廣東 珠海 519000)

變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的向量法可視化分析模型
——以珠海發(fā)電廠循環(huán)水泵房觀測(cè)數(shù)據(jù)為例

李會(huì)林*

(珠海市測(cè)繪院，廣東 珠海 519000)

針對(duì)當(dāng)前變形監(jiān)測(cè)缺乏整體趨勢(shì)分析的不足，本文提出了觀測(cè)數(shù)據(jù)的向量分析法，該法以向量為工具，在數(shù)據(jù)處理時(shí)將變形向量載入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，從而生成可視化程度較高的向量分析成果圖。利用珠海發(fā)電廠循環(huán)水泵房觀測(cè)數(shù)據(jù)，本文繪制了泵房位移向量圖和等沉降曲線圖。實(shí)驗(yàn)表明，這種表示方法既簡(jiǎn)單科學(xué)，又能反映變形的整體趨勢(shì)，不失為一種良好的變形數(shù)據(jù)處理新方法。

變形監(jiān)測(cè)；向量；可視化；等沉降曲線圖

1 引 言

變形觀測(cè)是建筑工程在施工階段和運(yùn)營(yíng)階段必須進(jìn)行的一項(xiàng)工程監(jiān)測(cè)任務(wù)，它對(duì)預(yù)防重大質(zhì)量安全事故的發(fā)生具有警報(bào)作用[1]。隨著測(cè)繪科技發(fā)展，目前變形監(jiān)測(cè)的技術(shù)不斷完善和成熟，變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理也日趨多樣化，各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生[2～4]。根據(jù)2007版《建筑變形測(cè)量規(guī)范》，數(shù)據(jù)處理應(yīng)采用相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，成果圖簡(jiǎn)潔明確，能反映變化量與時(shí)間或其他要素的關(guān)系。根據(jù)規(guī)范，沉降觀測(cè)成果圖一般為時(shí)間-荷載-沉降量圖、縱橫斷面圖、荷載-沉降量-深度曲線圖等；位移觀測(cè)成果一般為深度-位移圖和時(shí)間-位移圖[5]，這些圖件的共同特點(diǎn)是能反映變化量與時(shí)間或荷載的精確關(guān)系，反映建筑物變形特點(diǎn)，但同時(shí)也暴露出一定不足，如不同觀測(cè)點(diǎn)變形量的整體趨勢(shì)分析不足，可視化程度不高等。針對(duì)這些問題，本文提出一種位移向量分析法，在CASS中繪制了位移向量圖，并在Surfer軟件中繪制了等沉降曲線，以解決上述變形圖件在數(shù)據(jù)分析與顯示方面的不足。

2 向量表示法

2.1 位移向量表示法

傳統(tǒng)的深度-位移圖可以定量描述位移隨深度或其他參數(shù)的變化情況，然而無法表示位移的方向，這對(duì)災(zāi)害或工程質(zhì)量分析是不利的。圖1(a)為某工程實(shí)測(cè)的大面積加荷引起的水平位移沿深度分布線[5]，從圖中可以看出右邊曲線深度為 6 m時(shí)最大位移量為 3.7 cm，然而位移的方向卻無法獲知。向量是既有方向又有大小的量，可以表示位移移動(dòng)的方向和大小。在觀測(cè)點(diǎn)所在平面內(nèi)，如果以第一期觀測(cè)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，那么在其他觀測(cè)期中各觀測(cè)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)變化可以用向量表示圖1(b)。

圖1 位移圖的向量表示法

2.2 沉降量表示法

礦體TEN之所以能進(jìn)行邊界計(jì)算，是由于TEN具有定位準(zhǔn)、外表為平面和始終保凸三個(gè)特點(diǎn)[8]，因此TEN是不規(guī)則礦體建模的首選。在2D條件下，TIN的關(guān)系由“邊層次”決定，在3D條件下，TEN的關(guān)系由“面層次”來決定。三角形綁定了兩個(gè)相鄰的四面體，雖然位于三角形左右的四面體在三維環(huán)境中沒有什么意義，但是它決定該面的法向量的方向，這在礦體分析中會(huì)起到作用。在這里用n+1個(gè)結(jié)點(diǎn)表示TEN中的n維單純形(Sn)，那么沉降量的現(xiàn)有成果圖件多為時(shí)間-沉降量圖和等沉降曲線圖，其中時(shí)間-沉降量圖是采用二維圖表示沉降量隨時(shí)間的變化，一般在同一坐標(biāo)系中繪制單點(diǎn)或多點(diǎn)在所有觀測(cè)周期內(nèi)的沉降量，這是沉降測(cè)量最常規(guī)的表示方法；等沉降曲線是采用類似等高線的繪制方法，利用此圖可查出變形大致相等的區(qū)域，其優(yōu)點(diǎn)是變化情況顯示直觀，可視性強(qiáng)，能夠進(jìn)行定量分析，反映沉降變化整體特征。

3 向量分析法應(yīng)用

本研究中采用的數(shù)據(jù)是廣東省珠海發(fā)電廠一期建(構(gòu))筑物沉降、變形觀測(cè)數(shù)據(jù)，整個(gè)廠區(qū)的沉降觀測(cè)網(wǎng)布設(shè)了三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)DBM1、DBM2、DBM3，點(diǎn)位分布在山腳下的基巖上，利于保存和使用，點(diǎn)位穩(wěn)定可靠。水平變形監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)三個(gè)，點(diǎn)號(hào)分別為DG01，DG02，DG03，均勻分布于山頂、輸煤控制室辦公樓頂、油碼頭的樁基礎(chǔ)上。沉降觀測(cè)按照《建筑變形測(cè)量規(guī)范》采用二級(jí)精度施測(cè)，水平變形采用GPS測(cè)量與全站儀小角度法相結(jié)合的方法觀測(cè)。由于觀測(cè)建(構(gòu))筑物繁多，研究中選用的是循環(huán)水泵房的水平、沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)，循環(huán)水泵房的位移、沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)如圖2所示。

圖2 循環(huán)水泵房的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

3.1 位移的向量表示法

以珠海發(fā)電廠循環(huán)水泵房的第一、二期觀測(cè)數(shù)據(jù)為例(表1)這里用向量法表示了位移變形量。第二次觀測(cè)位移相對(duì)于第一次的增量為△x、△y，它是確定位移方位的依據(jù)，在向量表示時(shí)，以象限角方位代替位移方位，根據(jù)△x、△y的正負(fù)4各組合，判定向量的象限角所在象限[6]，最終確定向量的8個(gè)方位，如果需要精確表示，可由△x、△y反算出向量象限角或坐標(biāo)方位角，依據(jù)角值判定各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移方向。

珠海發(fā)電廠循環(huán)水泵房第一、二期水平位移觀測(cè)數(shù)據(jù) 表1

在南方CASS中，根據(jù)△x、△y反算出向量象限角，并對(duì)D19-D26點(diǎn)進(jìn)行向量圖繪制，由于實(shí)際變形量太小，這里將向量模放大了2 000倍，循環(huán)水泵房的第一期、第二期變形情況如圖3所示。由圖3可以可知，循環(huán)水泵房的8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，D25變形值最大，D24變形值最小，各點(diǎn)位移方向呈不規(guī)律變化，從而證明位移變化不一致，建筑物是比較安全的。如果變形值或方向呈現(xiàn)出一定規(guī)律性，那么就要通過多次觀測(cè)確定該建筑是否存在結(jié)構(gòu)性破壞，及早采取預(yù)警措施。

圖3 循環(huán)水泵房第二期相對(duì)于第一期位移向量圖

3.2 沉降量的向量表示法

珠海發(fā)電廠循環(huán)水泵房沉降觀測(cè)水準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)成多結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)網(wǎng)，進(jìn)行單程觀測(cè)，并采用南方平差易2005水準(zhǔn)網(wǎng)嚴(yán)密平差程序進(jìn)行平差計(jì)算。觀測(cè)時(shí)間從2004年11月15日開始，到2014年11月15日，共進(jìn)行了20次觀測(cè)，觀測(cè)中采用了固定儀器、固定人員、固定測(cè)量方法的三固定原則，經(jīng)檢驗(yàn)，觀測(cè)成果準(zhǔn)確可靠，其中D19-D26點(diǎn)20期觀測(cè)數(shù)據(jù)的沉降量-時(shí)間圖如圖4所示。

圖4 循環(huán)水泵房D19-D26點(diǎn)20期沉降量-時(shí)間圖

應(yīng)用沉降量的向量表示法，可以制作任意兩期沉降量變化圖。基于Surfer軟件，這里利用循環(huán)水泵房dwg文件、第十期沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模繪圖，得到第十期沉降量相對(duì)于第一期的等沉降曲線圖(圖5)，其中以沉降量增量數(shù)據(jù)為繪制要素、以 0.2 mm為等沉降曲線間隔，并進(jìn)行了分層設(shè)色。

圖5是用Surfer繪制的等沉降曲線圖，Surfer在繪制等值線圖和三維圖時(shí)，有獨(dú)特的可視化表達(dá)方式[7，8]，尤其適宜于繪制等值線圖。圖5表示第十期沉降相對(duì)于第一期沉降的等沉降量變形圖，從等沉降曲線圖可以看出在D23處沉降量最大，等值線較密，D25處沉降量較大，而D19、D20、D26所處的泵房東部，沉降量變形小且比較均勻，整個(gè)循環(huán)水泵房由東向西沉降量逐漸增大。

圖5 等沉降曲線圖與沉降向量圖

4 結(jié) 論

基于珠海發(fā)電廠循環(huán)水泵房的位移與沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)，本文提出了位移的向量圖數(shù)據(jù)處理方法。與傳統(tǒng)的方法相比，該法具有直觀易讀、可視化程度高、易于反映變形趨勢(shì)特征的優(yōu)點(diǎn)。位移向量圖解決了過去位移監(jiān)測(cè)變化只能反映增量，無法反映趨勢(shì)以及可視化程度不高的問題；等沉降曲線圖反映了兩期數(shù)據(jù)在沉降量大小、變形趨勢(shì)等方面的特征，該圖可視性強(qiáng)，能夠反映沉降量整體變化特點(diǎn)。除此之外，將各期沉降向量圖疊加，可得到整個(gè)建筑在各時(shí)段的變形特點(diǎn)，如果存在變形異常，可以及時(shí)提供變形預(yù)警，真正達(dá)到變形觀測(cè)為預(yù)警服務(wù)的目的。

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Visual Analysis Model for Deformation Monitoring Data Based on Vector——Taking the Observation Data of the Circulating Water Pump House of Zhuhai Power Plant as an Example

Li Huilin

(Zhuhai Surveying and Mapping Institute，Zhuhai 519000，China)

For lack of the overall trend analysis of the current deformation monitoring，this paper presents the vector analysis method for the observational data，the method takes vector as a tool，and the deformation vector was loaded into the data processing system while data processing，thus the vector analysis map with high level visualization was generated.By using the monitoring data of circulating water pump house of Zhuhai power plant，displacement vector and equal settlement curve diagram of the pump house have been drawn.Experimental results shows that this method is simple and scientific，and it can reflect the whole trend of deformation，furthermore，it is a new good method for deformation data processing.

deformation monitoring：vector：visualization：equal settlement curve

1672-8262(2016)06-123-04

TU196

B

2016—05—28

李會(huì)林(1982—)，男，工程師，主要從事城市測(cè)量技術(shù)工作。