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1、毕 业 设 计 论 文题目：变形监测数据分析与质量控制 系 别： 测绘与城市空间信息系专 业： 测绘工程姓 名： 学 号： 指导教师： 河南城建学院2012年 5 月 16日成绩评定成绩评定说明一、答辩前每个学生都要将自己的毕业设计（论文）在指定的时间内交给指导教师和评阅教师，由指导教师和评阅教师审阅，写出评语并评分。二、答辩工作结束后，答辩小组应举行专门会议按学校统一的评分标准和评分办法，在参考指导教师和评阅教师评定结果的基础上，评定每个学生的成绩。系对专业答辩小组提出的优秀和不及格的毕业设计（论文），要组织系级答辩,最终确定成绩，并向学生公布。三、各专业学生的最后成绩应符合正态分布规律。四
2、、具体评分标准和办法见河南城建学院毕业设计（论文）工作管理规程。五、答辩小组评分包括两部分：（1）学生答辩情况的得分和评阅教师评分；（2）指导教师对学生毕业设计（论文）的评分毕业设计（论文）成绩评定班级 姓名 学号综合成绩： 分（折合等级 ）答辩小组组长签字 年 月 日指导教师评定意见一、评语： 二、评分：（1）理工科评分表评分项目工作态度与纪律（10分）毕业设计（论文）完成任务情况与水平（40分）数据处理、文字表达（10分）基础理论和基本技能（20分）创新能力（20分）合 计（100分）评分（2）文科评分表评分项目文献阅读与文献综述（20分）外文翻译（10分）论文撰写质量（40分）学习态度（
3、10分）论证能力与创新（20分）合 计（100分）评分指导教师签字： 年 月 日评阅教师评定意见一、评语：二、评分：评分项目规范化程度（10分）数据处理、文字表达（10分）质 量（正确性、条理性、创造性、实用性）（40分）成果的技术水平（科学性、系统性）（40分）合计（100分）评分评阅教师签字： 年 月 日 答辩小组评定意见一、评语：二、评分：评分项目完成任务情况（20分）毕业设计（论文）质量（40分）表达情况（15分）回答问题情况（25分）合计（100分）评分答辩小组成员签字： 年 月 日 毕业答辩说明1、答辩前，答辩小组成员应详细审阅每个答辩学生的毕业设计（论文），为答辩做好准备，并根据
4、毕业设计（论文）质量标准给出实际得分。2、严肃认真组织答辩，公平、公正地给出答辩成绩。3、指导教师应参加所指导学生的答辩，但在评定其成绩时宜回避。4、答辩中要有专人作好答辩记录。摘 要本文的主要内容介绍了变形监测数据分析与质量控制,变形监测现在主要运用的方法是大地测量方法.摄影测量方法.物理学传感器方法以及GPS技术。这些技术为变形监测注入了新的活力，让变形监测变得更加简单、准确。变形监测介绍了变形监测点及位置的选取和变形监测控制网,变形监测的数据预处理的方法有逻辑检验法、监控模型检验法、关联分析检验法。单个粗差的定位方法和多个粗差的定位方法,单个粗差定位方法主要有莱因达准则法、ESD统计检验
5、、狄克松检验。本文的研究在变形监测数据分析与质量控制方面有了比较详细的介绍，变形监测数据分析与质量控制有着很重要的意义。关键词：变形监测 ，变形监测控制网 ，变形监测数据分析，变形监测数据质量控制AbstractThis article introduces the main contents of deformation monitoring and data analyzing and data quality controlling, deformation monitoring, introduced deformation monitoring points and the loca
6、tion of the selection and deformation monitoring network, deformation monitoring, data pretreatment methods are single gross error in the positioning method and multiple gross error of positioning methods, and finally introduced a GPS data pre-processing example of a more comprehensive interpretatio
7、n of the deformation monitoring of the data pre-processing. At the same time, this study in the deformation monitoring and data analyzing and data quality controlling may also have important significance. Keywords：deformation monitoring，deformation monitoring network , deformation data analysing, de
8、formation data quality controlling目 录1绪论11.1变形监测数据分析的研究意义11.2变形监测数据分析的研究现状12.变形监测数据分析中数据的获取方法32.1大地测量方法32.2摄影测量方法42.3物理学传感器方法42.4 GPS技术53变形监测数据处理与质量控制63.1变形监测数据的特点63.2异常数据的分类73.3变形监测数据粗差的定位与剔除73.3.1单个粗差的定位方法93.3.2多个粗差的定位方法104.GPS监测数据处理与质量控制124.1数据的采集124.2数据的误差来源124.2.1与卫星有关的误差124.2.2与接收机有关的误差134.3 预
9、处理方法135工程实例分析175.1工程概况175.2基坑变形监测的内容与实施175.2.1支护体系土体位移监测175.2.2边坡水平位移监测175.2.3支护体系顶部沉降观测175.3变形监测异常数据分析与粗差处理175.3.1数据探测法175.3.2稳健估计176.结论19参考文献20致 谢211绪论1.1变形监测数据分析的研究意义变形是指变形体在各种影响因素的作用下,其形状大小及位置在时空域中的变化。自然界存在各种形式的变形，如地壳形变、滑坡、采矿塌陷、隧道收敛、高层建筑的摆动以 及大坝变形等。就地学和工程领域中的变形来说，当变形量不超过一定范围时，不会造成危害,而当变形量超过变形体所能
10、承受的允许范围时，则往往会带来严重的灾难。隧道塌方、岩崩、滑坡、溃坝和桥梁的垮塌等等，都是典型的变形破坏现象。这些灾害的发生严重地危害人类的生命财产的安全，世界各国每年都因此而遭受巨大的损失。 监测数据是一组有序的离散型随机数据，是一串随时间变化而又相互关联的动态数据序列，监测数据作为安全监控分析的基础，它的质量与可靠性至关重要，直接影响安全监控分析的结果。如不能有效去除数据中的噪声与粗差，可能会使预报失真，造成灾难性的后果。而监测数据处理的目的就是要恰当地处理变形监测所得到的数据，最大限度地减少测量误差的影响以便给出一个尽可能精确的结果，通过分析，寻找出监测体变形的时空分布情况及其发展规律，
11、掌握变形量与各种内外因素的关系，确定出监测体变形是否属于正常变形范围以内，防止变形向影响建筑物安全的方向发展. 所以说监测数据的预处理是整个监测系统能否发挥作用的保障，没有有效的数据处理方法与手段， 就难以充分发挥监测数据的作用，也就不能为管理人员提供准确、可靠的分析预报结果。可见，变形监测数据的合理及准确处理极为重要。1.2变形监测数据分析的研究现状变形监测主要是采用常规大地测量和某些特殊测量技术。常规大地测量是采用经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪等常规测量仪器测定点的变形值,它是目前变形监测的主要手段。其优点是:(1)能够提供变形体整体的变形状态,监测面积大,可以有效地监测、 确定变形体的变
12、形范围和绝对位移量;(2)观测量通过组成网的形式可以进行测量结果的校核和精度评定;(3)适用于不同的监测精度要求、不同形式的变形体和不同的外界条件;缺点是外业工作量大,布点受地形条件影响,不易实现自动化监测。在大多数国家中,传统的常规大地测量方法仍然是人类进行工程建筑物变形监测的主要手段。而且在一些有关的技术领域内,其他技术尚无法替代传统的常规大地测量方法。精密水准测量目前仍然是精度例如在工程建筑物的沉降方面最高、成果最可靠且简便易行的方法。所以传统的测量方法,在国民经济建设中仍有巨大的作用。特殊测量手段包括应变测量、准直测量和倾斜测量,它具有测量过程简单、可监测变形体内部的变形、容易实现自动
13、化监测等优点,但通常只能提供局部的和相对的变形信息。地面测量技术发展方向的代表是测量机器人,其在工程测量和三维工业测量以及变形监测等领域正越来越广泛地得到应用。比如在小浪底、二滩、贵州普定等大坝外部变形监测中的应用,其试验成果明显优于常规方法。近10年来,近景摄影测量在隧道、桥梁、大坝、滑坡、结构工程及高层建筑变形监测等方面得到了应用,其监测精度可达到毫米级。与其它变形监测技术相比较,近景摄影测量的优点是:可在瞬间精确记录下被摄物体的信息及点位关系。在变形监测方面,与传统方法相比较,GPS技术不仅具有精度高、速度快、操作简便等优点,而且利用GPS和计算机技术、数据通信技术及数据处理与分析技术进
14、行集成,可实现从数据采集、传输、管理到变形分析及预报的自动化,达到远程在线实时监控的目的.其特点主要有:(1)测站间无需通视;(2)可同时提供监测点的三维位移信息;(3)全天候监测;(4)监测精度高;(5)操作简便易于实现监测自动化;(6)GPS大地高可用于垂直位移监测。 近些年来随着GPS卫星定位技术的发展和精度的提高,使GPS技术在变形监测方面得到了广泛的应用,特别是在板块运动、地表沉降、大坝自动化监测、陆海垂直运动监测、滑坡监测等方面,获得了令人满意的结果和精度,为管理和决策提供了重要的依据。随着技术的进步,GPS技术在变形监测方面将有更长远的发展。2.变形监测数据分析中数据的获取方法观
15、测对象的变形过程一般都是动态过程，只不过有的变形速度很快，有的则很慢。通常是通过对被研究对象的不同离散时刻点进行观测，这时把对象作静态系统看待， 然后由多个时刻的观测结果，再来研究其运动的动态过程。变形监测数据获取的方法的选择取决于变形体的特征、变形监测的目的、变形大小和变形速度等因素.在全球性变形监测方面，空间大地测量是最基本且最适用的技术，它主要包括全球定位系统 (GPS) 、甚长基线射电干涉测量 (VLBD、卫星激光测距(SLR)、激光测月技术 (LLR) 以及卫星重力探测技术(卫星测高、卫星跟踪卫星和卫星重力梯度测量)等技术手段。 在区域性变形监测方面，GPS已成为主要的技术手段。近1
16、0年发展起来的空间对地观测遥感新技术 合成孔径雷达干涉测量，在监测地震变形、火山地表移动、冰川漂移、地面沉降、山体滑坡等方面，其试验成果的精度可达cm或mm级，表现出了很强的技术优势，但精密水准测量依然是高精度高程信息获取的主要方法。在工程和局部性变形监测方面，地面常规测量技术、地面摄影测量技术、特殊和专用的测量手段，以及以GPS为主的空间定位技术等均得到了较好的应用。根据对象的不同，变形测量数据的获取方法大体上可分为下列几类。2.1大地测量方法在这类方法中，视被观测对象的形状、范围以及测量精度等要求的不同，测定平面位置的变形有三角网、三边网、边角网、导线网、激光准直测量及交会等各种测量方法:
17、测定沉降变形有精密水准测量、连通管测量(静水压力水准测量)等;由于高精度全站仪的出现，使这种变形测量方法成为一种最有效、直观的方法，并主要用于对地表的变形测量。如地震监测、边坡监测，也可用于公路大型构筑物的测量，如水坝、码头等。全站仪是一种集测角、测距于一体的测量仪器，并在仪器内固化了一些应用软件，实现自动记录和处理数据，并可以与计算机通讯，功能完备，性价比高，操作简单，备受测量界人士的青睐，特别是在通视、中短距离时测量具有突出的优势。全站仪作为数据采集的重要工具，应用于边界测量、现场布控、地形测量、施工测量和区域勘察等方面，可以大大提高了测量工作效率，减轻了测量人员的内、外业工作强度，采集的
18、数据可靠性高，应用前景广阔。随着计算机技术、空间技术、信息处理技术的发展与广泛应用， 全站仪的研发也有了长足的进步，特别是在中央处理单元(CPU)、内置软件上，并且出现了高精度智能型全站仪，即所谓的“ 测量机器人”，它能够自动跟踪测量目标，自动测量，自动记录数据。利用测量机器人进行工程建筑物的自 动化变形监测，一般可根据实际情况采用两种方式:一种是固定全自动持续监测方式:一种是移动周期性网观测方式。2.2摄影测量方法摄影测量方法包括地面单张相片摄影测量、地面立体摄影测量、航空摄影测量等。单相片摄影测量只能测定平行于摄影机承片框平面上的变形。地面立体摄影测量则可测定物体空间位置的移动和变形，这两
19、种方法最适于近距离单体建筑物的变形测量。由于计算机的广泛应用，使非地形解析摄影测量方法有了很大发展，因此在近景摄影变形测量中不但可用带有框标与定向设备的测量摄影机，而且可广泛使用非量测用普通摄影机，这就为摄影测量方法在变形测量中的应用开辟了更广阔的前景，如数字化摄影测量和实时摄影测量系统的应用。航空摄影测量一般只适于大面积的地表变形测量。1974 - 1978年在西德鲁尔煤矿区为了研究地下开采引起的大面积地表移动，曾进行了飞行高度375米，像比例为1:2500的航空摄影， 通过1:1000图，试验得出横坐标误差土1. 2 cm ，纵坐标误差土3.o cm ，位置误差士3.2 cm，高程误差士5
20、.8cm摄影测量方法具有很多优点，如:可于同一时刻对建 (构)筑物和对象(如边坡面)的很大范围进行观测，并可测定任意数量的点，其中包括不能直接测量的点，外业工作量少，效率高;能够将观测得到的全部资料贮存，并可随时恢复其空间模型;而且对观测快速变形具有其他方法所不可及的优点。摄影测量作为一种遥感式数据采集方法，虽然具有很多优点，但在实际应用中也受到一些条件限制。(1)设备过于专业化、价格昂贵; (2)所需工作环境在工程中往往难以满足， 如地下空区测量难于设置摄站;(3)数据处理技术复杂;(4)数据处理周期长、信息反馈慢等原因，因而该法难于推广。为首选的自动化测量技术设备。摄影测量方法适用范围包括
21、如下几个方面:(1)变形测量，包括房屋、桥梁、井筒、井架、隧道及各种工业构筑物和地下工程的变形测量;(2)文物考古中发掘现场测绘等; (3)露天矿、隧道断面验收测量，物料(如煤堆)体积测量，露天边坡及取土场稳态监测;(4)塌陷区测量;(5)交通事故和刑事案件现场的测绘:(6)复杂机械零件的测绘;(7)森林调查，测定树位、树径、树冠、树高等。2.3物理学传感器方法所谓传感器就是将观测对象的各种物理量(如位移、应变、温度、应力等)转变为电信号以便进行测定的器件，如光纤传感监测技术、智能弦式数码应变计等。它是变形测量中的一种行之有效的方法，能监测到变形体内部变形和受力状况，它的最大优点是能自动化、远
22、距离操纵和连续记录。2.4 GPS技术GPS作为一种全新的现代空间定位技术，已逐渐在越来越多的领域得到应用。自从20世纪80年代以来，尤其是进入90年代后，GPS卫星定位和导航技术与现代通信技术相结合，在空间定位技术方面引起了革命性的变化。用GPS同时测定三维坐标的方法将测绘定位技术从陆地和近海扩展到整个海洋和外层空间，从静态扩展到动态，从单点定位扩展到局部与广域差分，从事后处理扩展到实时(准实时)定位与导航，绝对和相对精度扩展到，米级、厘米级乃毫米级，从而大大拓宽了它的应用范围和在各行各业中的作用。GPS 用于短距离变形监测的精度可达毫米级，从而为公路大型构筑物(如大坝、桥梁、大型厂房等)及
23、滑坡崩塌等高精度变形监测提供了一种新的手段。早在1988年9月，美国工程兵测绘研究所就已经将GPS用于大坝的形变监测，研制了一种利用GPS载波相位观测值近似实时监测的连续监测系统CDMS。在我国，清江隔河岩大坝外观GPS监测系统也是一次成功的应用。 GPS用于变形监测的作业主要方法有经典静态测量方法和动态测量方法。经典静态测量方法用于缓慢变形场合，如地壳板块运动，城市地表沉降等。对于缓慢变形场合，常用静态基线解算方法。对于动态变形监测常用OTF ( on The Fly ) 方法或模糊度函数法求解整周模糊度. 有关的研究表明:将GPS用于动态变形监测的水平精度不低于常规方法，但高程分量比常规方
24、法低，不过其效率是常规方法无法比拟的。在目前的GPS变形监测系统中，一般都是利用双频GPS接收机，采用IGS的精密星历和高质量的数据处理软件，根据电离层组合来进行差分计算，得出高精度的变形监测成果。由于受到各种条件的限制(稳定的数据链路、复杂的软件系统以及昂贵的硬件设备等)，目前的GPS系统一般为非实时的监测系统，并且利用多历元的观测数据进行解算和后处理。随着GPS 硬、软件的发展，测量精度的提高，GPS变形监测系统越来越向数据采集自动化、内外业处理一体化的方向发展。变形监测的技术和方法正在由传统的单一监测模式向点、线、面立体交叉的空间模式发展。在实际的变形监测中，根据变形监测的目的、变形体的
25、实际情况不同，常常是大地测量方法、摄影测量方法、物理学传感器方法和GPS技术等测量技术共存与互补，利用它们各自优势，共同完成监测数据的采集。比如采用GPS和高精度全站仪进行平面控制网测量，进行联合平差。利用精密水准测量资料和GPS测量成果，以较高精度来确定测点的高程。3变形监测数据处理与质量控制监测数据是一组有序的离散型随机数据，是一串随时间变化而又相互关联的动态数据序列，监测数据作为安全监控分析的基础，它的质量与可靠性至关重要，直接影响安全监控分析的结果。如不能有效去除数据中的噪声与粗差，可能会使预报失真，造成灾难性的后果。而监测数据处理的目的就是要恰当地处理变形监测所得到的数据，最大限度地
26、减少测量误差的影响以便给出一个尽可能精确的结果，通过分析，寻找出监测体变形的时空分布情况及其发展规律，掌握变形量与各种内外因素的关系，确定出监测体变形是否属于正常变形范围以内，防止变形向影响建筑物安全的方向发展.所以说监测数据的预处理是整个监测系统能否发挥作用的保障，没有有效的数据处理方法与手段，就难以充分发挥监测数据的作用，也就不能为管理人员提供准确、可靠的分析预报结果。可见，变形监测数据的合理及准确处理极为重要。3.1变形监测数据的特点监测数据是所有监控工作的基础。以前，由于获取数据手段和技术落后，使得数据的获取工作非常困难，即使获取少量的数据也需要大量的人力、物力及时间。但随着现代测绘仪
27、器及测绘方法的发展，数据获取的手段和方法也更加多样化、自动化。与传统获取的监测数据比较，现代监测数据主要有以下几个特点:(1)数据获取自动化:随着测绘仪器的发展，全站仪、GPS 等现代化测量仪器的应用，使得测量数据的获取更加简单、便捷，基本实现了数据的半自动化、自动化采集。(2)数据处理的实时或准实时化:现代一些测绘仪器可以实时获取大量的监测数据，通过相应的软件实现数据的实时或准实时的处理，就可以较真实地反映建筑物在某一时刻的真实运营状态，对事故的预报效率明显提高。(3)监测数据海量化:由于安全监测数据获取的自动化水平逐步提高，一般的监测数据量都比较庞大，靠传统的数据处理手段已经很难完成监测数
28、据处理工作。随着计算机的发展，数据处理技术与方法也有了很大发展，基本上脱离了手工处理数据的时代。由于现代监控数据的自动化、实时化、海量化的特点，使得传统的数据处理技术与方法不能完全满足数据处理的要求，因此必须研究适合于现代监控数据特点的处理方法，对数据进行合理的分析与处理，为建筑物的安全运营提供可靠的保障。3.2异常数据的分类在精密监测工作中，一些学者通过对大量数据的研究和分析发现，由于对监测条件要求更高，有时会产生5%-10%的异常数据，这种现象是正常且不可避免的。在安全监控中，观测值的异常包含两个方面:第一种是指在观测中，由于观测者的不仔细，或者环境条件突变、仪器不稳定等因素，使观测误差不
29、符合某种统计分布的规律，这类异常数据称为粗差。总体上而言，尽管粗差出现的机会相对较小，但是由于量值较大，所以它的不良作用是十分显著的。以含有粗差的监测值来进行安全预报，必将对预报的结果产生一定程度的歪曲和失真。因此，对于监测成果的粗差处理是十分重要的。第二种异常是指由于被观测体本身的显著变化，使观测结果不符合被观测体正常的变化规律，使观测结果产生异常，这类异常数据称为异常值。异常值不是测量原因产生的，它对安全测控工作极为重要，通过对异常值的准确判断和分析，可获得监测体的不安全信号并引起监控人员的注意，采取预防措施，因此这类异常值特别重要应予保留。粗差和异常值同为异常数据，从数据外观上来看，两者
30、均表现为在数值上与正常监测数据相比有较大的差异。很多处理粗差或异常值的方法并没有明显的区分界限，可以通用，这就产生了不能区分粗差和异常值的问题。若主观地将异常值判定为粗差而剔除，这样虽然可得到一组分散性较小的数据，但这是虚假的，与实际情况并不一致的数据，也就失去了安全监测的作用和意义。只有从粗差和异常值的本质区别入手，才能找到区别粗差和异常值的有效方法。粗差和异常值最本质的区别是:粗差在数值上具有偶然性和孤立性的特点，在相邻监测数据中通常是以单个不连续的形式出现，含有粗差的数据序列在数理统计表现为污染正态分布。而异常值则具有多个数值上接近的测值连续出现的特点，在均值位置摆幅增大，并且形成一定的
31、趋势性。这种趋势性在多次监测中，表现为同一测点从时间的关联性来分析其在变化趋势是否具有一致性，即分析任一测点本次原始实测值与前一次(或前几次)原始实测值的变化关系。而在一次监测中，这种趋势性实际就是从空间的关联性出发来检查一些有内在物理联系的效应量之间的相关性，即将某点本测次某一效应量的原始实测值与邻近部位(条件基本一致)各测点的本测次同类效应量或有关效应量的相应原始实测值进行较，视其是否符合它们之间应有的力学关系。3.3变形监测数据粗差的定位与剔除在测量过程中，由于外界环境、人为因素等多方面的影响，会使得测量结果中都不可避免地含有误差。按照误差的性质及产生原因可将其分为偶然误差、系统误差和粗
32、差三大类。偶然误差是由一些偶然的、不确定的因素引起的，因此偶然误差在测量工作中是不可避免的，在数据处理中，能有效地消除其影响。系统误差是由于测量仪器自身的原因、气象条件和测量基准的变化等原因造成的，例如:全站仪测距的固定误差、全站仪测距时的温度、气压改正等。系统误差具有累积作用，会对之后的测量值也造成影响，但系统误差一般来说都有一定的规律性，通过一定的观测程序或改正的办法可以得到消除或减弱。而在测量工作中，由于一些原因，如仪器、观测人员的不注意，或环境条件的突变等，会使观测数据存在粗差。这种误差的分布，将不服从通常观测误差的分布,粗差是一种大量级的观测误差，它是测量上的错误，毫无规律性可言，造
33、成监测结果的歪曲、参数估计的不准确及所建预报模型的失真，从而对后续的变形分析和解释带来困难，甚至得出错误结论。因此在数据预处理阶段我们必须对观测数据进行处理，找出粗差并剔除。粗差能严重影响数据处理的结果，并干扰对建筑物的监控和安全评价，因此，有效地识别并剔除粗差，是数据分析处理的基础，对建筑物的安全监控具有重要的意义。下面就目前常用的几种检验方法作一概要介绍:(1) 逻辑检验法：被监测物体的测值一般应有一个逻辑合理范围，当观测值超出其逻辑合理范围时，认为测值含有粗差，并判断该次测值无效。(2 )监控模型检验法：桥梁、大坝等水工建筑物经一定时间的变形监测后，可得到一系列监测量的测值，据此，可建立
34、预报数学模型。目前常用的数学模型有统计模型、确定性模型和混合模型，由于各模型的建立方法有一定的差异，其预报效果亦不相同，但三类预报模型的基本形式是基本相同的，目前，以统计模型使用最为普遍。运营 期 的 桥梁索塔变形主要是由于气温、日照、风力以及车流量荷载等因素共同影响的结果。设被监测量的预报模型为: (3.1) 式中:C为车流量因子;T为温度因子:u为风速因子;t为时效因子。并设 该 模 型的模型标准差为5，则根据预报原理，该监测量的预报值可表示为: (3.2) 式中: 为观测时的车流量、温度、风速、时效性。当观测值文与预报值之差大于KS时，则认为测值异常。即: (3.3)式中:k为系数，它与
35、置信水平及样本数m有关。(3)关联分析检验法：在安全监测中为监测某一工程部位的安全情况，一般要布置许多测点，由于测点布置在同一建筑体上，因此，各测点的测值之间存在某种联系，即如果建筑物工作状态正常，则测数据一般应处于正常状态，而当建筑物的结构发生变化时，则相关测点的监测数据都应发生相应变化。相反，如果某一测点的测值发生异常，而其相关测点的测值正常，则认为建筑物的结构正常，监测系统可能发生了异常或监测数据含有粗差。因此，可以利用这种相关性，来相互检核各塔段监测数据的可靠性。3.3.1单个粗差的定位方法粗差的探测是数据处理的一个重要内容。设是正态总体)的一个随机样本，是该样本的顺序统计量。检验粗差
36、的一般方法是：原假设:观测值中不存在粗差，则对于所组成的某种统计量，找出临界值，使P()=。若 ，就认为存在粗差;若r(n，a)时，即表明最大值(或最小值)异常。相对于ESD统计检验，狄克松检验中根据不同的n值，选用极差或似极差等来估计。此外，当n10时，考察最大值与第三大值的间距来判断是否异常，对避免多个粗差的污染，提高检验功效有一定的作用。3.3.2多个粗差的定位方法上述的 ESD 统计检验及狄克松检验作为单个粗差探测的方法，通常能达到较好的效果，但如有多个粗差时，若采用接连实施单个粗差检验的方法，则效果很差。特别是在均值同侧出现多个粗差时，容易产生粗差的“遮蔽”现象。这主要是因为在检验统
37、计量中，应用了总体的位置参数估计和尺度参数估计，而这些估计的统计量本身抵抗粗差“污染”的能力很差，因此常产生检验的失败。样本分位值法能实现多个粗差的检验，而且计算方法简便，抵抗粗差.“污染”的能力较强，通常均能取得较好效果。该方法的基本原理如下:设，为X的独立同分布样本，而，为它的顺序统计量。如果，且总体方差未知(可采用样本观测值对作估计)，对多个粗差作检验时，样本分位值检验的统计量如下: (3.9) (3.10)或 (3.11) 式中，,是右侧、左侧及两侧的粗差检验统计量，由于采用 作为总体位置参数的估计，以 作为尺度参数估计，因此具有较好的抗异常污染的能力。这是容易理解的，因为粗差通常位于
38、顺序统计量的首、尾两端，舍去首、尾两端可能含有粗差的数据而以中段部分计算总体位置参数及尺度参数的估值，对样本序列进行粗差判别，则避免受到粗差污染的影响，使检验结果更为可靠并适应于对多个粗差共存时的准确判别。对于剔除的粗差，可用一个与前一点数值相等的数据或取前一点与后一点数值的平均值补上，也可以用预测值代替，以保持数据序列的连续性。4.GPS监测数据处理与质量控制近年来,随着全球卫星定位系统GPS( Global Positioning System) 技术的快速发展, GPS 技术得到了广泛应用,特别是在精度要求较高的监测领域,GPS 技术几乎代替了常规监测方法由于GPS 测量是通过接收卫星发
39、射的信号来确定地面点的位置,在信号传播过程中会受到卫星钟的钟差、卫星星历误差、相对论效应、地球自转的影响、电离层折射误差、对流层折射的误差、多路径效应的误差、接收机钟差等多种误差源的影响。变形监测受观测条件的影响,致使卫星失锁或者信号在传播过程中受到影响,势必给GPS 观测值带来误差,从而大大降低GPS 定位精度,难以应用在高精度要求的测量中。进行数据的预处理,能有效消除各种观测噪声,有利于正确确定整周模糊度,以及周跳的探测与修复;从而提高GPS 的定位精度,使其达到毫米甚至亚毫米量级,以便能广泛地应用于各种高精度要求的重大工程中。4.1数据的采集由于一般监测点间距离都较短(1km左右),所以
40、采用单频或双频GPS 接收机均能满足数据采集的要求。在监测的作业过程中,严格按照全球定位系统( GPS) 测量规范( GB/T18314 - 2001) 进行外业观测作业。其中,卫星截止高度角为13;同时观测的有效卫星数大于等于4 颗;有效观测卫星总数大于等于6 颗;观测时段数为1 ;观测时段长度大于等于120 min ;采样间隔15 s ;时段中任一卫星的有效观测时间大于等于15min ;仪器高观测前后各量取一次,取其平均值作为仪器高。4.2数据的误差来源4.2.1与卫星有关的误差（1) 卫星星历误差。由卫星星历所给出的卫星位置与卫星的实际位置之差称为卫星星历误差。星历误差主要由定轨站的数量
41、及其地理分布、观测值的数据及精度、定轨时所用的数学模型和定轨软件的完善等因素有关。 （2) 卫星钟的钟误差。卫星上虽然使用了高精度的原子钟,但它们也不可避免地存在误差,这种误差即包含系统性的误差钟差、钟速和频漂等偏差,也包含随机误差。系统误差远较随机误差的值大,而且可以通过检验和对比来确定并通过模型来加以改正而随机误差只能通过钟的稳定度来描述其统计特性,无法确定其符号和大小。（3) 相对论效应。相对论效应是指由于卫星钟和接收机钟所处的状态运动速度和重力位不同而引起的两台钟之间产生相对钟误差的现象。与信号传播有关的误差电离层延迟电离层含平流层是高度在601000km 的大气层。在太阳紫外线、射线
42、、射线和高能粒子的作用下,该区域内的气体分子和原子将产生电离,形成自由电子和正离子。带电粒子的存在将影响无线电信号的传播,使传播速度发生变化,传播路径产生弯曲,从而使信号在经过该层内所用的时间发生延迟。电离层延迟取决于信号传播路径上的电子含量TEC 和信号的频率f。而TEC又与时间、地点和太阳黑子数等多种因素有关。测码伪距观测值和载波相位观测值所受到的电离层延迟大小相同,但符号相反。对流层延迟对流层是高度在50km 以下的大气层。整个大气层中的绝大部分质量集中在对流层中。GPS卫星信号在对流层中的传播速度V = c/ n。c为真空中的光速,n 为大气折射率,其值取决于气温、气压和相对湿度等因子。此外,信号的传播路径也会发生弯曲。由于上述原因使距离测量值产生的系统性偏差称为对流层延迟。对流层延迟对测码伪距和载波相位观测值的影响是相同的。多路径误差经某些物体表面反射后到达接收机的信号如果与直接来自卫星
