摘要：程式化處理變形監測資料是測量單位的目標。基於matlab編制了沉降監測資料處理程式，通過某建築物的監測資料試算，驗證了該程式的正確性，並通過程式執行結果對該算例進行討論，最後提出幾點建議。
關鍵詞：沉降監測，資料分析，自動處理
1 沉降監測資料處理的意義和方法
對建築物安全性進行診斷意義重大，而變形監測是必須手段。對建築物進行必要的變形監測不但可以發現該建築的變形，而且通過變形分析，可以總結變形的規律，最終對建築的安全性提供預報或預警。建設部制定了《建築變形監測規範》[1]，為建築的變形監測提供了具體標準，利於監測的有效實施。
工程建築物變形監測的方法很多，資料處理的方法也很多[2]。沉降監測的總體技術路線是，通過周期性地採集變形點的高程求取建築物的高程變化量，然後對該高程變化量進行分析，以期獲得該樓沉降量的大小及其變化規律。
2 自動處理程式設計與實現
2.1 程式設計思想與流程
資料處理的目的是獲得監測點的沉降量，並判斷該沉降量的大小是否位於建築物變形許可範圍內。在資料進行處理前必須進行資料質量檢查，剔除粗差，並對粗差剔除後的剩餘誤差進行必要的檢驗。
資料質量檢查之後，從三個方面對監測點資料進行處理和分析：一是高程觀測資料，如果該資料走勢平緩，則說明沉降量小甚至沒有明顯沉降；二是高差累計量，即以第一次觀測資料為起算點，其後各次資料與第一次資料作差值計算，通過該差值可以發現高差變化趨勢，如果不存在沉降，那麼該差值應該在乙個小範圍的數值區域內隨機跳動，否則判斷為存在沉降或者上公升；三是逐次高差，即相鄰兩次監測高程作差值計算(後次高程減去前次高程)，通過該差值可以發現高差突變，可以定位沉降發生時間。
對以上三個量值進行程式化處理後，綜合判斷是否存在明顯沉降。按照以上思路，該程式的流程如圖1。
2.2 程式實現
借助matlab強大的數值計算和圖形顯示功能，按照流程定製模組，各模組功能用對應的函式實現。總體劃分為以下六個模組：資料讀取、資料質量檢查(粗差探測、剔除，誤差分布檢驗)、資料分析、誤差推導與精度評定及結果顯示。
各程式模組的呼叫關係如圖2，其中箭頭方向表示執行順序。
圖2 函式呼叫關係
圖1 程式流程
圖3 布點示意圖(圖中黑框意義參見下文)
3 算例
3.1專案概況
對某住宅區的一棟7層居民樓進行了豎向位移監測，該樓建在市區小型山地之頂，地基為碎石土與砂土混合型別。將山頂整平後實施基坑工程(開挖、樁基、回填和夯實)，總體建築面積約1000m2，以磚石混凝土為基本建築材料，具有鋼筋混凝土承力支柱結構，於主體竣工後開始進行垂直位移監測，監測頻度為1次/月。共完成了13期資料採集，每期對同乙個監測點測量三次。
共布設了1、2、3、4、5、6號共六個監測點，這六個監測點都是固定布設在該樓的重力承載支柱上，另外在大樓南北兩向分別布設工作基點bm1、bm2 和bm3。工作基點和監測點的平面位置示意圖見圖3。資料採集按照文獻[1]的規定完成。
3.2 資料處理結果
在matlab環境下，呼叫函式data_執行結果為：
result = [1 1 1 1 1]zc _ fitmax = -0.095lc _fitmax = -0.35
vertical = [-3.71 -3.18 -4.25 -4.53 -3.01 -2.38]
vertical_speed = [-0.0095 -0.0082 -0.0109 -0.0116 -0.0077 -0.0061]
w_max = 0.9mmerror_max = 0.24mm
並顯示以下圖形：
圖4 資料處理結果顯示1
圖5 資料處理結果顯示2
其中，result序列中5個元素全為1，說明觀測資料中不存在粗差；zc _ fitmax表示逐次高差中一次線性擬合得到的最大斜率，為0.095，負號表示沉降；lc_fitmax表示累計高差線性擬合得到的最大斜率,為0.035，負號表示沉降；vertical表示6個監測點垂直方向的絕對變化量(單位mm)，負號表示沉降；vertical_speed表示各監測點的沉降速度(單位mm/天)；w_max表示監測時符合水準路線的閉合差最大值，為0.
9mm；error_max表示各期符合水準測量的測站中誤差最大值，為0.24mm。
4 結果討論與建議
4.1 關於算例
從程式執行結果知道，6個監測點絕對沉降量不相等，即存在微小的不均勻沉降，但其最大沉降速度為0.0116mm/d、介於規範規定的0.01~0.
04mm/d，說明該建築總體趨於穩定。放大圖4觀察，工作基點高程曲線(第一行圖中底部豎點線與圈點線)走勢嚴格水平，說明工作基點穩定；變形點高程曲線走勢基本水平，但第10次監測前後發生微小沉降，結合第二行與第三行圖發現最大沉降發生在4號監測點(4.49mm)，同時，沉降時間與實際載入情況相符(此時該樓基本裝修完畢，荷載達到最大)。
從資料處理結果判斷，該樓穩定，建議堅持監測的同時可以適當延長監測間隔。
4.2 關於程式
圖形走勢與資料相符，運算結果與手算結果吻合。對變化最大的逐次高差擬合得到的斜率為-0.095，該數值微小，在考慮觀測誤差情況下，可以認為逐次高差具有較強的隨機性，圍繞0軸上下波動；對變化最大的累計高差擬合得到的斜率為-0.
35，說明累計高差數值上有微弱的增大趨勢，證明該建築由微小沉降；得到的水準測量測站中誤差最大值為±0.24mm， 該數值小於規範規定的垂直位移監測二等精度要求(站中誤差),結果達到要求且可信。
參考文獻
[1] jgj/t 8-2007，建築變形監測規範[s]，中國建築工業出版社，北京，2008
[2] 吳子安，工程建築物變形觀測資料處理[m]，測繪出版社，北京， 1989
注：文章內所有公式及圖表請用pdf形式檢視。
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目錄一 編制依據2 1.1 工程簡介2 1.2 測量目的2 1.3 編制依據2 二 沉降監測設計要求2 三 組織機構3 四 監測點的布設3 4.1 基點埋4 4.2 監測點埋設4 五 沉降觀測計畫4 六 監測工作量及監測等級5 七 成果匯報及資料提交5 八 沉降監測基點及聯測6 九 沉降監測技術要求...