全站仪自由设站法在建筑基坑监测中的应用条件研究

自由设站法有两个特点:一是能够克服复杂施工环境对通视条件的限制,二是容易获得较高的观测精度,因此在城市深基坑水平位移变形监测中得到广泛应用。根据测量平差原理,推导了影响自由设站法测量精度的因素及各因素对测量精度的影响规律,总结了在基坑水平位移监测工作中满足不同精度要求的应用条件,对指导基坑变形监测或类似工程具有实际意义。     

三维激光扫描技术在滑坡物理模型试验中的应用

大型滑坡物理模型试验中常采用高精度的特征点监测,缺少整体变形资料;而三维激光扫描技术可以高精度、快速、完整地扫描实物,获得海量的点云数据,构建实物的数字化模型,从而详细描述表面细部状况。将三维激光扫描技术引入到滑坡物理模型试验坡体表面整体变形监测中,通过数字仿真试验对点云数据4种变形测量方式进行了对比和评价,推导了点云数据单个扫描点的空间位置精度的评价模型,对点云密度进行了理论分析。通过滑坡物理模型试验实例,采用点云比较、重心法、点云叠加方法测量模型的整体变形和单个监测点的位移,对滑坡不同演化阶段变形特征进行了综合分析。研究表明:空间位置精度的评价模型、点云密度模型为三维激光扫描变形监测的测量成果评定,测量方案的优化设计提供了必要的理论基础。点云叠加、点云比较为面测量,可以获得整个模型坡面的变形和位移情况,测量模型的变形趋势和变形量级,重心法、拟合法则属于点测量,可以获得单个监测点准确的位移量。基于三维激光扫描技术坡面监测是结合点测量和面测量的优势,在保证高精度特征点监测同时,获得模型坡面的整体变形和位移。     

北斗卫星定位在机场高填方远程变形监测中的应用

分析北斗高精度定位技术应用在机场高填方工程变形监测中的优势与可行性,设计了基于北斗卫星定位的高填方机场变形监测系统。该系统中通过载波相位差分技术实现了北斗高精度定位,通过4G无线网络传输数据,将机场变形监测数据传输到云服务器,实现了远程自动测量。通过太阳能板和蓄电池,实现了稳定供电。为确定监测设备每天测量时长,设计试验分析北斗竖向测量精度与定位时长的关系。试验结果表明,每天定位时长为60 min的情况下北斗静态相对定位垂直方向精度优于3.6 mm,可以满足机场高填方变形监测的需求,且监测时长继续增加时精度提高不明显。通过定时开关设置在机场布置的监测设备每天工作70 min。     

基于磁测的边坡深部大变形监测方法

现有边坡深部变形监测仪器易受雨水、泥石流、滚石等环境的影响,仪器布设较繁琐,且无法监测边坡深部滑移的中后期变形。基于磁场定位理论,采用磁性物质制作智能石头,在边坡深部布置智能石头,通过智能石头和全张量磁力梯度仪建立边坡深部大变形监测系统。基于磁场梯度张量缩并定位对智能石头进行三维定位,实现边坡深部的中后期大变形监测。针对全张量磁力梯度仪的精度和地球磁场梯度的影响,由三维磁感应强度和磁场梯度的分析,其有效监测距离为35 m;在磁场定位试验中,监测精度为0.06 m。可为磁测在边坡深部大变形监测的进一步研究和应用提供参考。     

GPS在冷水江滑坡变形观测中的应用研究

文章主要叙述了GPS在冷水江滑坡变形监测的应用，结合该工程实例主要介绍了冷水江滑坡的情况、GPS变形监测技术以及GPS在滑坡变形监测中的应用，包括方案，GPS数据处理，分析变形数据、通过本次GPS在冷水江滑坡变形监测的应用研究，发现GPS的测量精度完全可以满足滑坡变形监测的精度要求，且具有明显的优点。     

激光自动分层标相对升降观测仪(激光自动测标仪 JCF-1)

在研究上海市地面沉降工作中,测定各土层的变形动态是很重要的。以往是采用人工定期测量埋设在各土层中的分层标的相对变化。这种测量方法的缺陷是间隔时间长,测量精度和稳定性受人工操作的影响,为了提高精度,我们试制了激光自动测标仪。 该仪器为测量各分层标相对于基岩标的高程变化     

激光自动分层标相对升降观测仪（激光自动测标仪 JCF-1）

正 在研究上海市地面沉降工作中,测定各土层的变形动态是很重要的。以往是采用人工定期测量埋设在各土层中的分层标的相对变化。这种测量方法的缺陷是间隔时间长,测量精度和稳定性受人工操作的影响,为了提高精度,我们试制了激光自动测标仪。 该仪器为测量各分层标相对于基岩标的高程变化     

井径仪,井温仪测量精度分析

井径仪、井温仪有相似的测量原理和计算方法。由于仪器测量原理的限制,许多因素均可产生误差。本文根据历年工作经验,从仪器测量原理入手,分析了误差产生的各种原因,探讨了这些误差因素对测量值的影响,提出了提高仪器测量精度的具体措施。井径、井温的测量是煤田测井中必不可少的重要内容。但是在实际测量和校验时,常产生很大的误差;因此,如何保证两种方法的测量精度是一个值得研究的问题。本文拟分析煤田测井规程所规定的仪器精度,分析影响测量精度的因素以及提高测量精度的相应措施。     

GPS变形监测平差计算及不确定度分析

全球定位系统（GPS）是一种全天候、高精度的连续定位系统,它以速度快、方法灵活多样、操作简便等优势被广泛应用于工程测量和变形监测中。结合水厂铁矿GPS边坡变形监测实例,对GPS监测网的星历预报、基线向量平差计算、网平差计算、结果及残差不确定度进行了细致分析研究,以验证GPS技术在边坡变形监测中的可靠性和精度。     

QXY-5型存储式钻孔倾斜仪的研制与应用

滑坡深部位移变形监测是滑坡稳定性监测的一种重要手段,是滑坡整体位移变形动态综合监测的重要组成部分。目前国内外在实现滑坡深部位移监测方面主要采用钻孔倾斜方法解决。文章针对目前国内外深部位移监测设计孔的监测情况及手段,指出了目前测量仪器及测量方法的不足,提出并研制了一种全新的无缆存储式钻孔倾斜仪—QXY-5型存储式钻孔倾斜仪,介绍了其研制及使用情况。该仪器测量方式为数据自动存储,不使用电缆和地面仪表克服了随着孔深的增加电缆长度也随之增加带来的工作强度及天气对地面仪表的影响;设计了数据自动存储功能,避免了人工记录所带来的误差影响,提高了测量的效率和准确率;深孔测量配合准确计数的手动绞车对孔深无限制,测量操作非常方便。     

Calibration of imperfect models to biased observations

The problem of assimilating biased and inaccurate observations into inadequate models of the physical systems from which the observations were taken is common in the petroleum and groundwater fields. When large amounts of data are assimilated without accounting for model error and observation bias, predictions tend to be both overconfident and incorrect. In this paper, we propose a workflow for calibration of imperfect models to biased observations that involves model construction, model calibration, model criticism and model improvement. Model criticism is based on computation of model diagnostics which provide an indication of the validity of assumptions. During the model improvement step, we advocate identification of additional physically motivated parameters based on examination of data mismatch after calibration and addition of bias correction terms. If model diagnostics indicates the presence of residual model error after parameters have been added, then we advocate estimation of a “total” observation error covariance matrix, whose purpose is to reduce weighting of observations that cannot be matched because of deficiency of the model. Although the target applications of this methodology are in the subsurface, we illustrate the approach with two simplified examples involving prediction of the future velocity of fall of a sphere from models calibrated to a short-time series of biased measurements with independent additive random noise. The models into which the data are assimilated contain model errors due to neglect of physical processes and neglect of uncertainty in parameters. In every case, the estimated total error covariance is larger than the true observation covariance implying that the observations need not be matched to the accuracy of the measuring instrument. Predictions are much improved when all model improvement steps were taken.     

全张量重力梯度数据误差分析及补偿

针对用于航空移动平台的高精度全张量重力梯度测量系统,深入研究了梯度仪12个加速度计按3个不同旋转轴圆盘形成差分组合的结构。在确认该结构具有有效抑制运动共模加速度、减少外界环境干扰、实现高精度探测优点的同时,着重分析了重力梯度仪测量误差的来源和影响。研究表明,主要影响包括仪器固有随机噪声和外界确定性噪声。为定量描述影响程度,推导了在航空动态环境下的测量方程,并分离出加速度计的性能不匹配、平台不稳定、圆盘转速不稳定3个主要固有因素,从时间域和频率域角度定量分析固有影响因素的噪声水平。试验分析表明,通过利用Simulink仿真系统可以获得固有因素产生的噪声水平,并提出抑制方案。针对搭载环境测量误差,还分析了实测飞行中姿态和质量的改变对重力梯度测量值造成的环境影响,提出了基于点质量源的自身梯度校正方法。     

Shearlet变换在GPR数据随机噪声压制中的应用

随机噪声是探地雷达(ground penetrating radar,GPR)数据处理存在的主要问题之一,直接影响到GPR数据后续处理及最终解释的准确性和可靠性。为了有效地去除随机噪声,同时更好地保留GPR信号的有效信息,本文提出基于Shearlet变换的GPR数据随机噪声去除方法。作为一种非自适应多尺度、多方向性的几何分析方法,Shearlet变换能够近乎最优地表示含奇异点的高维曲线。在Shearlet域,GPR数据能够得到更加稀疏的表示,通过阈值去噪的方法,有效地去除了随机噪声,使信噪比提高了4dB,最大程度地保留了GPR有效信号。利用理论和实际数据进行验证,体现了Shearlet变换阈值去噪方法的有效性和准确性。     

基于一元线性回归模型八字门滑坡累积位移预测

我国滑坡灾害发生频繁,但滑坡的变形预测预报一直是难题,因此每年都因滑坡的变形破坏导致重大的人员伤亡和财产损失。以三峡库区八字门滑坡为研究对象,基于十多年的监测数据分析,研究分析了该滑坡的变形特征:八字门滑坡变形的主要影响因素为降雨和库水位下降,并且累积位移曲线具有"阶跃型"的变形特征。当外界因素去除或者减小的情况下,累积位移-时间曲线将变得平稳。根据此特性,选取每年变形曲线"阶跃段"（6~8月份）的监测数据,以累积位移为目标函数,基于一元线性回归模型,对八字门滑坡2004年到2017年同期的滑坡监测数据进行分析。结果表明:一元线性回归模型能够很好地模拟八字门滑坡"阶跃段"的变形过程,此变形阶段累积位移与时间呈线性关系,直线斜率基本相同。根据此线性关系,对滑坡的累积位移进行了预测,结果表明与实际监测数据相比较,预测误差在±5 mm以内,相对误差在1%以下,精度可以满足滑坡监测预警要求,可以为八字门滑坡的防治工作提供参考。     

土质滑坡地表倾斜变形特征与基于MEMS的倾斜变形监测技术初探

随着现代信息技术快速发展,人们获取滑坡现场各类监测信息的能力越来越强,积累的现场监测数据也愈来愈多,如何充分、精细化地利用监测数据已成为滑坡监测预警工作中重点关注的问题。为此,本文以土质滑坡为研究对象,采用强度折减有限元方法开展地表倾斜变形时空演化特征理论研究,发现地表倾斜变形在滑动面扩展至贯通期间出现"速率排序跃迁"现象,在滑动面贯通后出现"速率突变"现象。采用地表倾斜变形与内部滑动面之间的这种定量化关联特性,可以为土质滑坡中短期预测预报方法研究提供新的视角和方向。利用理论研究成果,本文进一步开展地表倾斜变形监测关键技术研究,讨论基于MEMS加速度计的倾角传感器的测量原理与测量精度,分析环境温差波动对倾角测量误差的影响,最后介绍基于竖直倾角测量方式研制的普适型滑坡地表倾斜变形监测设备——坡体浅层倾斜变形测量仪。     

联合升降轨Sentinel-1A数据监测桃坪乡古滑坡沿坡向的形变速度场

单一平台或轨道的InSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR)技术通常只能获取到滑坡体沿雷达卫星视线(LOS)方向的一维形变信息,无法直接获取到滑坡体沿坡向的形变信息,使得InSAR技术无法充分满足滑坡监测的工程需求。针对这一问题,本文提出联合升降轨Sentinel-1A数据提取滑坡沿坡向形变速度场的模型算法,其基本方法是：首先利用InSAR技术分别获取升轨和降轨沿LOS方向的形变速度场,然后根据坡向和坡度建立滑坡的滑动面坐标系,基于LOS方向与滑动面的几何关系对升降轨对应的LOS向形变速度值进行建模,在滑动面上不存在法线方向形变的合理假设下通过解算独立方程组获得滑坡体沿坡向的形变速度场和沿垂直坡向的形变速度场。本文选取四川省理县桃坪乡古滑坡作为研究对象,并通过模拟实验对模型的解算精度进行验证,结果表明：相比于LOS向形变速度场,重建的沿坡向和沿垂直坡向形变速度场更加清晰地揭露了滑坡体的主要位移模式和危险性较高的坡体区域。同时,模拟实验结果表明,模型算法的解算误差与噪声水平大致呈线性增加的关系,当噪声水平达到10 mm·a<...     

基于ICEEMD-ICA准则进行数据处理的基坑变形组合预测研究

为确保基坑变形的高精度预测，基于基坑现场变形监测成果，先利用ICEEMD-ICA准则进行数据处理，即将变形数据分解为趋势项和随机项，再通过ISFLA-RVM-GRNN模型实现其组合预测。最后，再引入若干传统预测模型进行类似预测，通过预测结果对比，验证本文组合预测思路的合理性。实例分析表明：ICEEMD-ICA准则能实现基坑变形数据的合理分解，其分解能力要优于传统分解模型，且在5个监测点的预测结果中，ISFLA-RVM-GRNN模型的预测精度较高，预测结果的平均相对误差间于1.97%～2.07%。经外推预测，得基坑变形趋于稳定方向发展。同时，通过不同模型预测结果的对比性验证，得出ISFLA-RVM-GRNN模型相较传统预测模型具有更优的预测效果，验证了其构建思路是合理有效的。     

Hankel矩阵滤波在微地震数据处理中的应用

针对微地震信号能量弱、信噪比偏低的问题,将基于Hankel矩阵的滤波算法引入微地震信号处理中,用于衰减微地震信号中的随机噪音,提高微地震事件波至时间的拾取精度;采用Akaike信息准则(AIC)自动选取信号特征值,能适用于微地震事件的实时自动处理。与常规滤波方法相比,该方法在压制噪音的同时保护了微地震信号,其有效性和实用性在模型数据和实际微地震数据测试中得到了验证。     

Monitoring Koyulhisar landslide using rapid static GPS: a strategy to remove biases from vertical velocities

GPS is frequently used in the monitoring of natural hazards and other geophysical phenomena. Landslide monitoring is one such area in which various GPS methods are tested and various systematic error sources are introduced. In previous studies, one error source introduced on rapid static GPS was the effect of large height differences in GPS positions. In this study, we further investigate how GPS velocities/slip rates are affected by large station height differences when rapid static surveying is used. In order to demonstrate the influences, we used static GPS measurements from the Koyulhisar landslide in central Turkey. Comparison of rapid static GPS solutions with static GPS solutions using BERNESE 5.0 indicates that systematic biases occur in the estimated rapid static GPS deformation rates when the station height difference is large between baseline points. The effect is more significant on the vertical component, whereas it is negligible on the horizontal components. When reducing the height difference between the reference station and the rover stations, rapid static solutions from 15-min sessions show high correlation and similar deformation rates with static positioning solutions.