變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理

前言

《變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理》教材自2002年出版以來，經(jīng)兄弟院校和武漢大學測繪工程本科專業(yè)多年的教學實踐，證明該教材的課程體系較好，教學內(nèi)容是符合教學規(guī)律的，因此，第二版保留了原教材的結(jié)構(gòu)體系。為適應(yīng)當代科學技術(shù)的發(fā)展和人才培養(yǎng)教學改革的要求，有必要對原教材作一定的修改，修改的主要內(nèi)容有：1.第3章增加了地面三維激光掃描技術(shù)的內(nèi)容；2.第6章補充了適當?shù)乃憷约訌妼ψ冃畏治鼋７椒ǖ睦斫猓?.對第5章5.1節(jié)和5.2節(jié)的內(nèi)容，重新進行了編寫；4.對教材5.3.3節(jié)的算例進行了重新調(diào)整；5.對教材在教學過程中所反映的個別問題進行了全面修改。本教材修訂工作由黃聲享組織，集體討論，分工負責。編寫工作的分工為：黃聲享（第1章、第2章、第4章，第5章的5.4節(jié)及第6章的6.4～6.6節(jié)）；尹暉（第3章、第6章的6.1～6.3節(jié)）；蔣征（第5章的5.1～5.3節(jié)、第7章）。全書由黃聲享負責統(tǒng)稿工作。本教材是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材建設(shè)項目，在課程教學和生產(chǎn)實踐中，一些師生和技術(shù)管理人員為教材內(nèi)容提出了寶貴修改意見，謹此致謝。限于我們的水平，書中不當之處懇請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)闡述了變形監(jiān)測及其數(shù)據(jù)處理與分析建模的基本理論和方法，注重理論的實際應(yīng)用，反映了變形監(jiān)測領(lǐng)域中的最新研究成果。全書共分七章，內(nèi)容包括：變形監(jiān)測的基本內(nèi)容及現(xiàn)代發(fā)展；數(shù)理統(tǒng)計的有關(guān)理論；變形監(jiān)測技術(shù)；變形監(jiān)測資料的預處理；變形監(jiān)測參考系及其穩(wěn)定性分析；變形分析與建模的基本理論和方法；變形的確定性模型和混合模型等。    本書可作為高等學校測繪工程專業(yè)的本科生教材，并可供相關(guān)專業(yè)的科研、教學與工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章  引論  1.1  變形監(jiān)測的內(nèi)容、目的與意義    1.1.1  變形監(jiān)測的基本概念    1.1.2  變形監(jiān)測的內(nèi)容    1.1.3  變形監(jiān)測的目的和意義  1.2  變形監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展  1.3  變形分析的內(nèi)涵及其研究進展    1.3.1  變形的時空特征分析及其建模方法    1.3.2  變形物理解釋的進展    1.3.3  變形分析研究的發(fā)展趨勢  思考題1第2章  數(shù)理統(tǒng)計的有關(guān)理論  2.1  隨機變量及其概率分布    2.1.1  隨機變量的基本概念    2.1.2  隨機變量的概率分布    2.1.3  數(shù)理統(tǒng)計中幾個常用的抽樣分布  2.2  假設(shè)檢驗原理與方法    2.2.1  假設(shè)檢驗的基本思想    2.2.2  檢驗方法  2.3  隨機過程及其特征    2.3.1  研究隨機過程理論的實際意義    2.3.2  隨機過程的基本概念    2.3.3  隨機過程的特征量    2.3.4  隨機過程特征量的實際估計  思考題2第3章  變形監(jiān)測技術(shù)  3.1  變形監(jiān)測技術(shù)    3.1.1  地面監(jiān)測方法與測量機器人    3.1.2  地面攝影測量方法    3.1.3  GPS變形監(jiān)測及自動化系統(tǒng)    3.1.4  二維瀚光掃描技術(shù)及應(yīng)用    3.1.5  特殊的測量手段  3.2  變形監(jiān)測方案    3.2.1  監(jiān)測內(nèi)容    3.2.2  監(jiān)測方法、儀器和監(jiān)測精度的確定    3.2.3  監(jiān)測部位和測點布置的確定    3.2.4  變形監(jiān)測頻率的確定    3.2.5  綜合變形監(jiān)測系統(tǒng)  3.3  變形監(jiān)測網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計    3.3.1  控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計問題的分類及解法    3.3.2  控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的質(zhì)量標準    3.3.3  變形監(jiān)測網(wǎng)機助法優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)  思考題3第4章  變形監(jiān)測資料的預處理  4.1  監(jiān)測資料檢核的意義與方法  4.2  用一元線性回歸進行資料的檢核  4.3  監(jiān)測網(wǎng)觀測資料的數(shù)據(jù)篩選及算例    4.3.1  數(shù)據(jù)篩選原理    4.3.2  算例  4.4  監(jiān)測資料奇異值的檢驗與插補    4.4.1  監(jiān)測自動化系統(tǒng)中觀測數(shù)據(jù)序列的奇異值檢驗    4.4.2  監(jiān)測資料的插補  4.5  小波變換用于信噪分離    4.5.1  引言    4.5.2  小波變換的基本理論及方法    4.5.3  小波變換在變形分析中的應(yīng)用  4.6  變形監(jiān)測成果的整理    4.6.1  工作基點位移對變形值的影響    4.6.2  觀測資料的整編    4.6.3  變形值的統(tǒng)計規(guī)律及其成因分析  4.7  監(jiān)測資料管理  思考題4第5章  變形監(jiān)測網(wǎng)的參考系和參考點的穩(wěn)定性分析  5.1  絕對網(wǎng)和相對網(wǎng)  5.2  監(jiān)測網(wǎng)的參考系    5.2.1  自由網(wǎng)的約束平差解法    5.2.2  自由網(wǎng)的參考系方程    5.2.3  秩虧自由網(wǎng)平差參考系與擬穩(wěn)平差參考系的特點    5.2.4  不同參考系之間平差結(jié)果的轉(zhuǎn)換    5.2.5  參考系的選擇對位移計算的影響  5.3  平均間隙法    5.3.1  整體檢驗    5.3.2  不穩(wěn)定點搜索    5.3.3  算例  5.4  GPS變形監(jiān)測網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理    5.4.1  GPS監(jiān)測網(wǎng)的經(jīng)典自由網(wǎng)平差    5.4.2  GPS監(jiān)測網(wǎng)的秩虧自由網(wǎng)平差    5.4.3  GPS監(jiān)測網(wǎng)的擬穩(wěn)平差    5.4.4  GPS監(jiān)測網(wǎng)變形分析基準的統(tǒng)一  思考題5第6章  變形分析與建模的基本理論與方法  6.1  回歸分析法    6.1.1  曲線擬合    6.1.2  多元線性回歸分析    6.1.3  逐步回歸計算  6.2  時間序列分析模型    6.2.1  概述    6.2.2  ARMA模型建立的一般步驟    6.2.3 A RMA的Box建模方法    6.2.4  DDS建模法簡介    6.2.5  三種建模方法的分析與比較  6.3  灰色系統(tǒng)分析模型    6.3.1  概述    6.3.2  灰色系統(tǒng)理論的基本概念    6.3.3  灰色關(guān)聯(lián)分析    6.3.4  GM（1，N）模型    6.3.5  GM（1，1）模型  6.4  Kalman濾波模型    6.4.1  Kalman濾波的基本原理與公式    6.4.2  變形監(jiān)測自動化系統(tǒng)中Kalman濾波的應(yīng)用    6.4.3  遞推式Kalman濾波的應(yīng)用實例  6.5  人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型    6.5.1  人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本概念    6.5.2  BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及算法    6.5.3  BP模型在滑坡及沉降預測中的應(yīng)用  6.6  頻譜分析及其應(yīng)用    6.6.1  線性系統(tǒng)原理    6.6.2  頻譜分析法    6.6.3  頻譜分析算例    6.6.4  最小二乘響應(yīng)分析  思考題6第7章  變形的確定性模型和混合模型  7.1  彈性力學的有關(guān)內(nèi)容簡介    7.1.1  位移、應(yīng)變、應(yīng)力    7.1.2  彈性力學的基本方程    7.1.3  邊界條件    7.1.4  彈性力學問題的求解  7.2  有限元法的基本概念    7.2.1  有限元網(wǎng)格和有限單元    7.2.2  有限元模擬范圍    7.2.3  平面問題有限元求解方法  7.3  大壩位移確定性模型的建立    7.3.1  水壓分量fH（t）    7.3.2  溫度分量fT（t）    7.3.3  時效分量fθ（t）    7.3.4  確定性模型的一般表達式    7.3.5  參數(shù)估計  7.4  混合模型的表達式  7.5  確定性模型和混合模型的應(yīng)用實例    7.5.1  位移確定性模型應(yīng)用實例    7.5.2  變形混合模型的應(yīng)用實例  7.6  反分析理論及其應(yīng)用    7.6.1  反演分析法及其應(yīng)用    7.6.2  反饋分析法  思考題7參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：變形是自然界普遍存在的現(xiàn)象，它是指變形體在各種荷載作用下，其形狀、大小及位置在時間域和空間域中的變化。變形體的變形在一定范圍內(nèi)被認為是允許的，如果超出允許值，則可能引發(fā)災害。自然界的變形危害現(xiàn)象很普遍，如地震、滑坡、巖崩、地表沉陷、火山爆發(fā)、潰壩、橋梁與建筑物的倒塌等。所謂變形監(jiān)測，就是利用測量與專用儀器和方法對變形體的變形現(xiàn)象進行監(jiān)視觀測的工作。其任務(wù)是確定在各種荷載和外力作用下，變形體的形狀、大小及位置變化的空間狀態(tài)和時間特征。變形監(jiān)測工作是人們通過變形現(xiàn)象獲得科學認識、檢驗理論和假設(shè)的必要手段。變形體的范疇可以大到整個地球，小到一個工程建（構(gòu)）筑物的塊體，它包括自然和人工的構(gòu)筑物。根據(jù)變形體的研究范圍，可將變形監(jiān)測研究對象劃分為這樣3類：（1）全球性變形研究，如監(jiān)測全球板塊運動、地極移動、地球自轉(zhuǎn)速率變化、地潮等；（2）區(qū)域性變形研究，如地殼形變監(jiān)測、城市地面沉降等；（3）工程和局部性變形研究，如監(jiān)測工程建筑物的三維變形、滑坡體的滑動、地下開采引起的地表移動和下沉等。在精密工程測量中，最具有代表性的變形體有大壩、橋梁、礦區(qū)、高層（聳）建筑物、防護堤、邊坡、隧道、地鐵、地表沉降等。1.1.2變形監(jiān)測的內(nèi)容變形監(jiān)測的內(nèi)容，應(yīng)根據(jù)變形體的性質(zhì)與地基情況來定。要求有明確的針對性，既要有重點，又要作全面考慮，以便能正確地反映出變形體的變化情況，達到監(jiān)視變形體的安全、了解其變形規(guī)律的目的。例如：，（1）工業(yè)與民用建筑物：主要包括基礎(chǔ)的沉陷觀測與建筑物本身的變形觀測。就其基礎(chǔ)而言，主要觀測內(nèi)容是建筑物的均勻沉陷與不均勻沉陷。對于建筑物本身來說，則主要是觀測傾斜與裂縫。對于高層和高聳建筑物，還應(yīng)對其動態(tài)變形（主要為振動的幅值、頻率和扭轉(zhuǎn)）進行觀測。對于工業(yè)企業(yè)、科學試驗設(shè)施與軍事設(shè)施中的各種工藝設(shè)備、導軌等，其主要觀測內(nèi)容是水平位移和垂直位移。

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《變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理(第2版)》：高等學校測繪工程系列教材，普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材

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