大壩變形觀測數據處理方式分析與研究

馮文軍

(重慶市水利電力建筑勘測設計研究院，重慶 401120))

大壩變形觀測數據處理方式分析與研究

馮文軍

(重慶市水利電力建筑勘測設計研究院，重慶 401120))

基于目前大壩變形觀測數據處理技術應用過程中存在的問題缺陷，文章分析了大壩變形觀測數據處理內容與變形誤差觀測數據類型，并提出了變形觀測數據處理方式，其目的是為相關建設者提供一些理論依據。結果表明，大壩變形觀測數據處理技術的應用質量，需結合獲取的觀測數據條件，來采取對應的數據處理方式，從而提高其適用性。

大壩變形觀測數據處理；過程線法；Dixon檢驗法；t檢驗法；Gurbbs準則

0 引 言

大壩工程是保護地區進行現代化經濟建設成果的重要基礎設施。其變形誤差問題會嚴重影響工程建設使用的安全穩定性，從而給涉及區域人民群眾的正常生產生活帶來安全威脅。針對這一問題，研究人員應在明確大壩變形觀測數據處理內容與變形誤差類型的基礎上，找出相應的觀測數據處理方法。這是降低大壩變形問題影響，從而保證其建設使用耐久性的重要課題內容，相關建設人員應將其重視起來。

1 大壩變形觀測數據處理內容

變形觀測工作，就是定期對水利工程易出現變形現象的觀測點進行重復觀測，以獲得多期觀測值，進而求出各個觀測周期的變化量。這里的變化量指的是：沉降量、不均勻沉降、沉降速度、地基傾斜、構件傾斜以及相對彎曲等。對于大壩線形觀測數據處理，應以沉降點分布圖、沉降觀測成果表以及周期沉降展開圖等形式，用于水利工程建設使用安全穩定性目標的實現控制[1]。

2 大壩變形觀測數據誤差類型

2.1 粗大誤差

大壩工程在進行變形觀測數據獲取過程中存在的粗大誤差問題，是一種具有明顯特點的誤差類型。造成其性能較大負面影響的原因為，觀測人員操作失誤。這里的失誤包括：變形觀測輸入測量信息錯誤、信息記錄錯誤以及數據讀數錯誤等。此外，當變形觀測處在機械沖擊或是振動條件下，就會因意外改變來導致誤差現象的出現。研究表明，大壩變形觀測數據的粗大誤差數值影響要比其他類型的誤差大，因此，大壩變形觀測數據處理人員要將其作為重點控制對象，以服務于工程建設安全穩定性保障體系[2]。

2.2 隨機誤差

隨機誤差又名偶然誤差，其是因微小因素以及獨立因素導致的。雖然其具有一定偶然性，但其整體測量效果仍服從于統計規律。值得注意的是，大壩變形觀測數據中的隨機誤差可控性差且誤差值影響不大特點，但其也會對水利水電工程的安全檢測結果準確性造成的影響，因而，觀測數據分析人員要對其進行綜合考慮。

2.3 系統誤差

大壩變形觀測數據處理中的系統誤差是由固定不變或是按照一定變化規律等因素導致的。這里的因素大多指：監測方法應用以及監測儀器設備選擇不具備科學合理性。系統誤差類型由因恒定誤差原因，而造成的不變系統誤差以及呈周期變化的系統誤差。根據對實際測量數據結果進行分析得出，系統誤差類型很難從根源上對其進行控制處理，因此，大壩變形觀測人員要綜合相關的設備儀器來找出工程結構運行過程中出現的誤差問題，從而對其進行針對性處理。

3 大壩變形觀測數據處理方式分析

3.1 過程線法

過程線法的應用過程，如果發現測值超出了其原有物理定義范圍，或者是超出了數據信息一般的分布規律，就可將其判斷為大壩變形觀測的異常值。如果測值在測量的物理定義范圍內，數據處理人員要結合自身的工作經驗與原始觀測數據，來判斷其是否屬于過失誤差。如不能確定，但卻滿足判別式，則應標記為可疑測值；如能確定，則要將其判斷為異常測值，以進行剔除處理[3]。對于可疑測值的判斷，過程線法的應用，就是采用如下公式：

yi-ymax>0；yi-ymin<0

(1)

式中：yi實測值，ymax為測值歷史最大值，ymin為測試歷史最小值。

3.2Dixon檢驗法

該檢驗方法，主要遵循正態分布的測值規律，即按照一定的順序來進行排列，從而獲取兩端的異常值。這樣一來，進行分析總結，就能繪制出Dixon檢驗法的判據表，并生成各統計量的臨界值r0(n，α)。此過程，得出的大壩變形觀測數據實測值統計量大于臨界值，即滿足下式計算要求后，就能確定該序列中含有粗大誤差，應立即予以剔除[4]。

(2)

研究表明，Dixon檢驗法的應用優勢在于計算過程簡單便捷，即在運用Dixon法進行檢驗時，觀測數據處理人員應根據測值序列的差異來選擇實用效果不同的統計量。如果測定序列中有一個以上的異常值，則應重復使用Dixon法進行檢驗，直至異常數據完全消除。

3.3t檢驗法

在對滿足正態分布的測值序列進行觀測數據處理過程中，t檢驗法將K作為判定異常值的標準。如K大于顯著性水平α的情況下，則為異常值[5]。此過程，按照如下公式進行計算。

(3)

(4)

式中：xd為待判實測值。

3.4Gurbbs準則

該準則，服從正太分布的測值序列，如存在異常值，則按照如下公式進行計算：

(5)

式中：Sn按照如下公式進行計算：

(6)

3.5 拉依特準則

該準則應用要控制好實測值Xi與回歸值X的殘差不宜過大，應滿足正太分布3α準則的狀態下作用于大壩變形觀測數據處理過程。即實際分析處理結果為異常數據，則應剔除，但剔除的數據點不能大于點總是的1%-5%。否則，就要通過增加大壩變形觀測點數，來進行重新判斷。

|Xi-X|>3α時，Xi為粗大誤差，應予以舍棄；

|Xi-X|≤3α時，Xi為正常數據，應予以保留。

在拉伊特準則限制下，觀測數據處理人員應用概率論統計得出了如下結論：即當誤差服從于正太分布時，誤差大于3σ觀測數據，誤差出現概率小于0.003。這就意味著大壩變形觀測人員要進行大于300次的觀測，才有可能出現一次誤差的可能。因此，采用拉依特準則，或3σ準測)進行粗大誤差剔除時，置棄概率是較小的，因此，即使有不合理的異常值，也要予以保留處理。

4 結 語

綜上所述，在處理大壩變形觀測數據信息的過程中會出現粗大誤差、隨機誤差以及系統誤差問題，這就降低了變形觀測工作設計應用的質量。為此，研究人員應在明確變形觀測數據處理工作作用于大壩變形控制的要求基礎上，采用：過程線法、Dixon檢驗法、t檢驗法、Gurbbs準則以及拉依特準則，來提高大壩變形觀測數據分析的準確性，從而為水利水電工程建設使用的安全穩定性提供保障。

[1]王波,周儀邦,梁海波,等.基于小波分析的GPS大壩變形監測數據處理[J].青海大學學報：自然科學版,2013(01):48-53.

[2]鄧波,王毅,姜忠,等.大壩變形監控數據處理的粗差識別方法及應用效果分析[J].水利水電技術,2016(07):104-107.

[3]劉偉強.水庫大壩變形觀測過程GPS—RTK技術的有效運用[J].河南水利與南水北調,2016(12):66-67.

[4]李瑞,姜新元,秦濤.多元線性回歸在大壩變形監測數據處理中的應用[J].黃河水利職業技術學院學報,2017(01):17-19,54.

[5]李娟.雙塔水庫大壩觀測異常分析數據處理方法的研究[J].中國水運：下半月,2014(09):244-245.

[6]王江榮.Richards生長曲線模型在大壩變形監測數據處理中的應用[J].礦山測量,2015(05):59,6,61-64.

1007-7596(2017)07-0092-02

2017-06-20

馮文軍(1979-)，男，四川鄰水人，工程師，從事測繪方面工作。

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