淺析安全監(jiān)測(cè)資料整理與數(shù)據(jù)處理的基本方法

郭海倫

摘要： 本文作者主要介紹了監(jiān)測(cè)資料的整理與數(shù)據(jù)處理對(duì)安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的重要性，以及結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)介紹了安全監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)資料的整理與數(shù)據(jù)處理的方法。

Abstract： This article mainly introduces the importance of monitoring data collation and data processing for safety monitoring projects， and introduces the methods of collation and data processing of safety monitoring and monitoring data in combination with the author's experience.

關(guān)鍵詞： 安全監(jiān)測(cè)；資料整理；數(shù)據(jù)處理

Key words： safety monitoring；data collation；data processing

中圖分類(lèi)號(hào)：P413 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）16-0262-02

0 引言

安全監(jiān)測(cè)資料的整理與數(shù)據(jù)處理是安全監(jiān)測(cè)工作中既基礎(chǔ)又十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)質(zhì)量控制的好壞直接影響到能否對(duì)建筑物和邊坡在工程施工、運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定安全狀況作出正確的掌握與評(píng)價(jià)。為此，筆者結(jié)合自身近幾年從事水電站安全監(jiān)測(cè)工作的經(jīng)驗(yàn)，提出安全監(jiān)測(cè)資料整理與數(shù)據(jù)處理的基本方法。

1 監(jiān)測(cè)資料的整理與數(shù)據(jù)處理的原則和工作流程

1.1 監(jiān)測(cè)資料的整理與數(shù)據(jù)處理需堅(jiān)持的原則

①堅(jiān)持“四隨”原則，即隨觀(guān)測(cè)、隨記錄、隨計(jì)算、隨校核；②堅(jiān)持“實(shí)用性”和“先進(jìn)性”并重的原則；③堅(jiān)持“慎重”和“及時(shí)”的原則。

1.2 監(jiān)測(cè)資料整理和數(shù)據(jù)處理基本工作流程

①采集原始數(shù)據(jù)，搜集相關(guān)資料；②在計(jì)算機(jī)中輸入資料；③數(shù)據(jù)檢驗(yàn)和誤差分析；④按技術(shù)規(guī)范規(guī)程要求進(jìn)行物理量計(jì)算；⑤按技術(shù)規(guī)范規(guī)程要求進(jìn)行填表、繪圖；⑥監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理；⑦資料驗(yàn)收入庫(kù)、存儲(chǔ)。

2 監(jiān)測(cè)資料的整理

監(jiān)測(cè)資料的整理主要是指每次監(jiān)測(cè)后日常資料的整理，通常其日常工作包括記錄原始數(shù)據(jù)、檢驗(yàn)和監(jiān)測(cè)物理量的換算以及填表、繪圖、初步分析和異常值判別等。監(jiān)測(cè)物理量的換算公式和有關(guān)表格的填寫(xiě)應(yīng)符合規(guī)程規(guī)范的要求。

2.1 原始監(jiān)測(cè)資料的收集

監(jiān)測(cè)資料的搜集由多個(gè)環(huán)節(jié)組成，包括采集檢測(cè)數(shù)據(jù)、實(shí)施并記錄人工巡視檢查等內(nèi)容，具體如下：①詳細(xì)記錄觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，真實(shí)的環(huán)境觀(guān)測(cè)描述，及其它相關(guān)的環(huán)境資料，比如水文、氣象等；②現(xiàn)場(chǎng)巡視檢查資料；③監(jiān)測(cè)儀器附近的施工資料；④監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備及安裝的考證資料，施工記錄儀器說(shuō)明及率定資料；⑤有關(guān)的工程類(lèi)比資料，規(guī)程規(guī)范及有關(guān)文件等；⑥設(shè)計(jì)、計(jì)算分析，模型試驗(yàn)、前期監(jiān)測(cè)工作提出的成果報(bào)告、技術(shù)警戒值、安全判據(jù)及其它技術(shù)指標(biāo)和文件資料；⑦監(jiān)測(cè)工程有關(guān)的設(shè)計(jì)資料。為便于查詢(xún)應(yīng)用，應(yīng)對(duì)搜集到的相關(guān)資料進(jìn)行必要處理，包括登錄、分類(lèi)、歸檔和保管。

2.2 變形監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)網(wǎng)資料建庫(kù)與整理

2.2.1 原始數(shù)據(jù)庫(kù) ACCESS 2000，或SQL2000是變形監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)網(wǎng)的原始數(shù)據(jù)庫(kù)。主要內(nèi)容包括儀器檢驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)、原始觀(guān)測(cè)資料庫(kù)、平差成果數(shù)據(jù)庫(kù)等。數(shù)據(jù)庫(kù)中的項(xiàng)目包含聯(lián)測(cè)網(wǎng)、平面位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)的首次建網(wǎng)和各期復(fù)測(cè)、垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)的首次建網(wǎng)和各期復(fù)測(cè)。

2.2.2 資料整理 變形監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)網(wǎng)的資料整理內(nèi)容主要包括五個(gè)方面：一是觀(guān)測(cè)儀器設(shè)備的檢驗(yàn)資料等；二是關(guān)于變形監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)網(wǎng)的有關(guān)會(huì)議資料、函件等；三是設(shè)計(jì)資料、控制點(diǎn)埋設(shè)及驗(yàn)收資料、損壞恢復(fù)等相關(guān)資料；四是觀(guān)測(cè)原始資料及平差計(jì)算和變形分析資料等；五是每次復(fù)測(cè)后的變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的技術(shù)總結(jié)報(bào)告。

2.3 位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)資料整理

2.3.1 原始數(shù)據(jù)庫(kù) 位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)庫(kù)采用ACCESS 2000，為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)表有 “工程項(xiàng)目屬性表”、“控制點(diǎn)成果表”、“邊長(zhǎng)方向觀(guān)測(cè)信息表”、“邊長(zhǎng)方向觀(guān)測(cè)成果表”、“測(cè)段高差觀(guān)測(cè)值”、“測(cè)段高差成果表”、“邊長(zhǎng)觀(guān)測(cè)記錄表”、“邊長(zhǎng)化算參數(shù)表”。

2.3.2 方法庫(kù) 位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理與變形分析的方法庫(kù)除與變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的相同外，在數(shù)據(jù)處理方面增加極坐標(biāo)差分法，在變形分析上增加擬合法等。

2.3.3 資料整理 位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的資料整理內(nèi)容主要包括五個(gè)方面：一是觀(guān)測(cè)原始資料及平差計(jì)算和變形分析資料等；二是觀(guān)測(cè)儀器設(shè)備的說(shuō)明書(shū)、檢驗(yàn)資料等；三是設(shè)計(jì)資料、測(cè)點(diǎn)埋設(shè)及驗(yàn)收資料等相關(guān)資料；四是關(guān)于邊坡表面變形監(jiān)測(cè)的有關(guān)會(huì)議資料、函件等；五是每次復(fù)測(cè)后的邊坡表面變形監(jiān)測(cè)的技術(shù)總結(jié)報(bào)告。

2.4 監(jiān)測(cè)資料的檢驗(yàn)和誤差處理

2.4.1 原始資料的檢驗(yàn) 采用邏輯分析方法檢驗(yàn)原始觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)是否具有可靠性，檢驗(yàn)作業(yè)方法是否符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。觀(guān)測(cè)儀器性性能是否存在異常，是否能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。監(jiān)測(cè)記錄是否完全可靠。各項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)物理意義是否科學(xué)，是否具有說(shuō)服力，檢驗(yàn)結(jié)果是否在限差以?xún)?nèi)。觀(guān)測(cè)資料是否符合對(duì)稱(chēng)性、連續(xù)性、相關(guān)性及一致性等原則。

利用連續(xù)性，檢查各種觀(guān)測(cè)資料在荷載環(huán)境及其他外界環(huán)境為改變的情況下，數(shù)據(jù)的連續(xù)變化特征。

從時(shí)間概念角度出發(fā)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，可采取分析連續(xù)積累的資料變化趨勢(shì)是否存在一致性方式，例如：①相鄰兩次測(cè)值之間的差值是否與原因量變化相適應(yīng)；②本次測(cè)值與某相應(yīng)原因量之間是否和前幾次情況相符；③任一點(diǎn)相鄰兩點(diǎn)或幾點(diǎn)的觀(guān)測(cè)值是否存在變化關(guān)系。分析一致性和連續(xù)性的主要手段是繪制“時(shí)間～效應(yīng)量”過(guò)程線(xiàn)，及其它相關(guān)的原因量與效應(yīng)量圖等。為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)的目的，可從空間概念出發(fā)，檢查一些有內(nèi)在物理意義聯(lián)系的效應(yīng)量之間的相關(guān)關(guān)系，即分析原始測(cè)值變化與建筑物及基礎(chǔ)的特點(diǎn)是否相適應(yīng)，比如對(duì)比分析采用各種不同方法測(cè)量的同一效應(yīng)量，分析其是否符合客觀(guān)規(guī)律等。

2.4.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn) 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)主要是檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否具有合理的物理意義，是否存在超過(guò)儀器限值和物理限值的情況，檢驗(yàn)結(jié)果是否存在公信力。

真誤差是指觀(guān)測(cè)值與真值之差，它很大程度上反映了測(cè)值系列的可靠性。通常情況下，觀(guān)測(cè)值的真誤差是未知的。因此，真誤差通常用觀(guān)測(cè)值的殘差代替，編制相應(yīng)的誤差分析程序，對(duì)比分析典型觀(guān)測(cè)資料，就此評(píng)價(jià)各監(jiān)測(cè)量的可靠性和精度。

2.4.3 誤差分析和處理 通常情況下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)誤差包括以下幾種：過(guò)失誤差。該誤差通常是由人為因素導(dǎo)致的，具體表現(xiàn)在數(shù)據(jù)上是錯(cuò)誤的或者超限差，其原因通常是監(jiān)測(cè)人員弄錯(cuò)儀器編號(hào)、輸錯(cuò)參數(shù)、記錄錯(cuò)誤等造成的，面對(duì)這種錯(cuò)誤，直接剔除相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)或返測(cè)。偶然誤差。該誤差是由偶然因素導(dǎo)致的，具有一定的隨機(jī)的，但總體上還是符合正態(tài)分布的，因此采用常規(guī)誤差分析理論正確處理即可。系統(tǒng)誤差。該誤差產(chǎn)生的原因主要是監(jiān)測(cè)母體的變化導(dǎo)致的，這類(lèi)誤差通常是一常數(shù)或?yàn)榘匆欢ㄒ?guī)律變化的量，處理方式是通過(guò)校正儀器消除。

①粗差的判識(shí)和處理。粗大誤差即為粗差，一般來(lái)自偶然誤差或過(guò)失誤差。處理粗差的關(guān)鍵在于識(shí)別粗差，常用的識(shí)別和剔除粗差的方法有兩種，分別是人工判斷和統(tǒng)計(jì)分析。②人工判斷法。人工判斷是指對(duì)比歷史的或相鄰的安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，或者分析所測(cè)數(shù)據(jù)是否具有物理意義，從而判斷數(shù)據(jù)是否合理。為良好的完成人工判斷，相關(guān)人員應(yīng)將該測(cè)點(diǎn)過(guò)往的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及相關(guān)資料帶到現(xiàn)場(chǎng)，便于安全監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)校核、計(jì)算安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在利用計(jì)算機(jī)處理時(shí)，為便于安全監(jiān)測(cè)資料的人工采集時(shí)有所參照，計(jì)算機(jī)管理軟件提供對(duì)所有安全監(jiān)測(cè)儀器上次安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的一覽表。利用監(jiān)測(cè)資料管理分析軟件功能演示如圖1所示。

作圖法也是一種有效的人工判斷方法，它通過(guò)監(jiān)控模型擬合曲線(xiàn)或者繪制安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)過(guò)程線(xiàn)，可分析出粗差點(diǎn)可能是哪些。

③統(tǒng)計(jì)回歸法。采用回歸方程對(duì)以往的安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸計(jì)算，若測(cè)的測(cè)值差在合理范圍內(nèi)，可繼續(xù)采用，若其測(cè)值差為2～3倍標(biāo)準(zhǔn)差，可認(rèn)為該測(cè)值誤差較大，需用回歸計(jì)算結(jié)果代替這個(gè)測(cè)值，將原測(cè)值替換掉。

若經(jīng)檢查檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)不符合客觀(guān)規(guī)律，應(yīng)對(duì)其采取重測(cè)措施；若監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在較大的系統(tǒng)誤差時(shí)，應(yīng)及時(shí)分析形成原因并找到應(yīng)對(duì)方案。

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理

對(duì)原始安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的復(fù)制件的處理即為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理，其主要內(nèi)容包括缺值的補(bǔ)差、平差、誤差的修改、平滑和修勻等，利用監(jiān)測(cè)資料管理分析軟件完成。切記不可直接對(duì)原始安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，要求處理的每個(gè)步驟都記錄下來(lái)，并最終形成一個(gè)相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的平差

在實(shí)際監(jiān)測(cè)中各類(lèi)狀況繁多，其監(jiān)測(cè)結(jié)果難免存在隨機(jī)誤差，此時(shí)需要進(jìn)行多余安全監(jiān)測(cè)。針對(duì)存在隨機(jī)誤差的安全監(jiān)測(cè)值，應(yīng)采取有效措施將它們之間的不符值消除掉，計(jì)算出未知量的最可靠值，同時(shí)評(píng)定測(cè)量結(jié)果的精度，此為安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的平差。平差安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的方法有很多，比如直接平差法、矩陣平差、間接平差、條件平差或兩組平差等，每種平差方法各有利弊，應(yīng)依據(jù)實(shí)際情況合理選取平差方法。

3.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的補(bǔ)插

若由于某種原因?qū)е鲁霈F(xiàn)了漏測(cè)，或者由于某種原因出現(xiàn)了雖然監(jiān)測(cè)了但是沒(méi)有監(jiān)測(cè)測(cè)值，針對(duì)上述情況應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充上合理的值，此即為安全監(jiān)測(cè)資料的補(bǔ)插。補(bǔ)插通常采取的是數(shù)學(xué)插值方法，比如樣條函數(shù)插值、多項(xiàng)式插值等。

3.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的修勻

若由于某種偶然因素的影響，安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表現(xiàn)出不同以往的起伏，應(yīng)將這組數(shù)據(jù)進(jìn)行修勻處理，將偶然因素的影響消除掉，盡量將數(shù)據(jù)的真實(shí)變化規(guī)律體現(xiàn)出來(lái)。修勻并不是必要步驟，它只出現(xiàn)在繪圖或者計(jì)算等環(huán)節(jié)。在進(jìn)行修勻處理前應(yīng)保留原始數(shù)據(jù)，同時(shí)保留修勻后的數(shù)據(jù)，但切記將兩者分開(kāi)存放。

4 結(jié)語(yǔ)

在安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，監(jiān)測(cè)資料的整理及數(shù)據(jù)的處理做到系統(tǒng)性、科學(xué)性、合理性、對(duì)監(jiān)測(cè)工作具有舉足輕重的作用。筆者深信監(jiān)測(cè)資料的整理及數(shù)據(jù)處理方法也會(huì)隨著科技手段的不斷進(jìn)步和發(fā)展，而不斷打破傳統(tǒng)的方法，最終實(shí)現(xiàn)減少人工干預(yù)程度、降低技術(shù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)效率和經(jīng)濟(jì)效益的目的。

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