高填方建筑沉降監(jiān)測管理系統(tǒng)軟件研究
2018-11-12 07:20:06楊瑛
中小企業(yè)管理與科技 2018年30期
楊瑛
（西安市不動產(chǎn)登記服務(wù)中心，西安 710002）
1 引言
傳統(tǒng)變形監(jiān)測一直都是以單一監(jiān)測點的方式進行的，即只對單一的點元素進行控制監(jiān)測，隨著科學(xué)技術(shù)的全面發(fā)展,現(xiàn)代變形監(jiān)測處理技術(shù)已向點、線、面、體的空間三維交叉模式發(fā)展進行[1]。對于點觀測技術(shù)，是在監(jiān)測目標(biāo)沉降范圍內(nèi)設(shè)立觀測點,在穩(wěn)定地段（沉降范圍之外）設(shè)立固定監(jiān)測站，配合網(wǎng)絡(luò)RTK以及利用COS基站技術(shù)能夠定期、實時地監(jiān)測變形區(qū)內(nèi)點的三維坐標(biāo)隨時間的變化量。而對于線、面、體觀測技術(shù)，則是利用航空、航天、無人機等攝影測量對沉降待觀測區(qū)域進行實時的影像獲取，同時對地面控制點進行高精度的GPS衛(wèi)星定位測量以及必要的水準(zhǔn)測量，通過影像處理和差分技術(shù)，實現(xiàn)影像上線、面、體的三維坐標(biāo)的時變信息。這是現(xiàn)代沉降監(jiān)測方法的發(fā)展趨向。數(shù)據(jù)處理方面,經(jīng)典最小二乘法（Least Square Method,簡稱LS）一直是沉降分析的主要方法，經(jīng)過二三十年的飛速發(fā)展，國內(nèi)外已經(jīng)建立了LS的全面的應(yīng)用體系。但是就目前而言，軟件種類錯綜復(fù)雜，如何高效地從中選取適合沉降監(jiān)測的功能的軟件，也是一件困難的事情，本文基于這一種思想，系統(tǒng)地闡述了軟件的開發(fā)流程以及軟件設(shè)計方法。
2 沉降理論計算方法
對于高填方地基，在分析和計算沉降數(shù)據(jù)時，通常運用反分析的方法。反分析方法可分為兩種類型，一是模型識別過程的反分析，二是模型參數(shù)的反分析過程[2]。其模型參數(shù)的反分析方法的最初是由國外著名學(xué)者Kavangh、Oieda和 Maier等人十九世紀(jì)七八十年代提出的，其分析過程分為正反演法和逆反演法兩種類型。國內(nèi)學(xué)者楊林德在20世紀(jì)90年代，對洞室圍巖的分析采用了模型參數(shù)的反分析法，對其圍巖的粘彈性以及其初始地應(yīng)力模型參數(shù)進行了計算和研究。
從當(dāng)前看，國內(nèi)外對于反分析方法的研究取得了很多顯著的科研成果，不僅完善了實際工程問題中的計算理論方法，而且極大促進了該方法在工程實際運用價值。迄今為止，共有五種比較常用的沉降計算方法。
①分層總和法。分層總和法其分析過程是，首先把高填方基地上的豎直方向上的應(yīng)力求解出來，再根據(jù)實驗室內(nèi)壓縮實驗中求出的物理量，然后通過室內(nèi)參數(shù)的量來求得各個分層中的沉降量，求解最終沉降。
②三維沉降分析法。其實高填方地基所受三維應(yīng)力狀態(tài)，包括前后左右側(cè)向變形和豎向壓縮變形，對于高填方地基的軟土層，考慮到其流變性質(zhì)，所以必須著重考慮其側(cè)向變形。
③有限單元法。其方法原理是將填方體劃分成網(wǎng)格狀，形成一個離散的單元體系，在內(nèi)外部荷載及環(huán)境因素等影響下，計算每個單元中地基的沉降量。則高填方地基各點應(yīng)力和位移便是最終整體的沉降量，然后繪制各種沉降時間曲線圖，對其單元網(wǎng)格進行解析。
④模型實驗法。該種方法主要通過模擬室外建筑物情況進行室內(nèi)物理實驗，通過模擬實驗來獲得較完整、可靠的分析結(jié)果，結(jié)合有限分析方法，則能有效地解決實際工程作業(yè)中出現(xiàn)的測量粗差，模型不精確等問題。
3 沉降預(yù)測方法
高填方地基是一種比較復(fù)雜而且多變的不穩(wěn)定地基，各種沉降影響因素相互關(guān)聯(lián)相互影響，理論上實驗室內(nèi)計算出的沉降量反映不出各個因素之間的相關(guān)性，而實測的沉降數(shù)據(jù)是各種影響因素相互作用下的結(jié)果[3]。根據(jù)實際沉降資料數(shù)據(jù)計算建筑物沉降量的方法主要有以下三種。
3.1 曲線擬合法[4]
曲線擬合又稱曲線回歸和趨勢曲線分析。對變形體進行監(jiān)測后，通?？梢酝ㄟ^設(shè)備或手工作出監(jiān)測點的某些物理量的監(jiān)測值隨時間變化而變化的曲線，這種曲線通常被稱為變形過程線。監(jiān)測點變形過程線可以明顯反映出變形的規(guī)律、趨勢以及幅度，這是判斷建筑物是否正常工作的關(guān)鍵。
3.2 回歸分析法
其方法特點是需要實地進行大量的長期的觀測，方便找出沉降量的隨時間的變化規(guī)律，以更好建立各個變量與時間之間的統(tǒng)計關(guān)系，觀測數(shù)據(jù)越多，其結(jié)果精度越高，沉降預(yù)測分析越可靠[5]。具體步驟：
①依據(jù)預(yù)測目標(biāo)，確定因變量和自變量；
②建立回歸預(yù)測模型；
③進行數(shù)據(jù)分析；
④檢驗回歸預(yù)測模型，計算預(yù)測誤差；
⑤計算并確定預(yù)測值。
本論文基于雙曲線模型對沉降數(shù)據(jù)進行回歸分析，得出高填方地基的工后沉降，以及對沉降的預(yù)測分析。常用函數(shù)模型見表1，式中 S為工后沉降；V是沉降速率；S’為最終沉降；A、B為回歸參數(shù)；C為某一時間點的沉降速率；t為時間，w為實際估計沉降量。
表1 常用回歸分析方法
3.3 灰色預(yù)測法[6]
該方法主要原理是通過分析灰色系統(tǒng)中有限數(shù)據(jù)的序列關(guān)聯(lián)性，尋找出系統(tǒng)內(nèi)部中各因素之間的關(guān)系，從這些關(guān)系中找出和目標(biāo)值有影響關(guān)系的主要影響因素，然后分析這些因素之間關(guān)聯(lián)程度，并量化這些參量的關(guān)聯(lián)度。
4 基于沉降數(shù)據(jù)處理的軟件系統(tǒng)開發(fā)方法簡介
4.1 生命周期法
這種方法以用戶至上為原則，將工程學(xué)的方法理論和計算機系統(tǒng)軟件開發(fā)相結(jié)合，以模塊化、流程化、結(jié)構(gòu)化的方式自上而下對整個系統(tǒng)進行設(shè)計、分析、調(diào)試、實現(xiàn)。生命周期法比較適用復(fù)雜、大型的軟件系統(tǒng)開發(fā)[7]。
4.2 原型法
在系統(tǒng)開發(fā)的初始時段，程序員依據(jù)用戶需求快速高效地建立一個新系統(tǒng)的原型，此時并不需要實現(xiàn)任何一個功能，通過與用戶反復(fù)多次交流，對軟件原型進行不斷改進，直到用戶滿意，然后再對系統(tǒng)的功能逐個實現(xiàn)。
4.3 面向?qū)ο蠓椒?/h3>
此方法把程序設(shè)計看作是彼此獨立但又相互協(xié)作對象的集合[8]。該方法的工作原理是對系統(tǒng)中的部分對象進行分析，然后將對象的操作和描述對象的數(shù)據(jù)放在一起，編輯共享的操作和數(shù)據(jù)對象類。最后對類進行操作。在開發(fā)程序中，有時候并不需要知道類的構(gòu)造，只需要知道類實現(xiàn)的功能即可。
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