基坑自動(dòng)化監(jiān)測(cè)異常數(shù)據(jù)識(shí)別方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種基坑自動(dòng)化監(jiān)測(cè)異常數(shù)據(jù)識(shí)別方法，包括：在基坑現(xiàn)場(chǎng)安裝溫度計(jì)、雨量計(jì)、大氣壓強(qiáng)計(jì)；求取采集時(shí)刻之間的差值作為鋼筋計(jì)所在位置溫度與基坑環(huán)境溫度之間的延時(shí)時(shí)間Delay；根據(jù)上一輪采集結(jié)果并結(jié)合本輪采集的參數(shù)對(duì)本輪監(jiān)測(cè)值進(jìn)行預(yù)測(cè)；針對(duì)每一個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，若本輪采集的監(jiān)測(cè)值在預(yù)測(cè)值的0.9-1.1倍區(qū)間內(nèi)，確認(rèn)為正常值，否則判定為異常值；若本輪判定為正常值，則對(duì)預(yù)測(cè)的均值進(jìn)行迭代更新。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：通過(guò)預(yù)測(cè)基坑開(kāi)挖及環(huán)境狀態(tài)參數(shù)的變化對(duì)監(jiān)測(cè)值的影響，來(lái)確定監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的下一采集時(shí)刻預(yù)測(cè)采集值，并通過(guò)比對(duì)預(yù)測(cè)值及實(shí)際值來(lái)判定實(shí)際值是否異常，得出真實(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在整個(gè)基坑開(kāi)挖的預(yù)警過(guò)程中起到重要的作用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基坑自動(dòng)化監(jiān)測(cè)異常數(shù)據(jù)識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理的方法，尤其涉及一種自動(dòng)化監(jiān)測(cè)異常數(shù)據(jù)識(shí)別方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基坑是在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)位置按基底標(biāo)高和基礎(chǔ)平面尺寸所開(kāi)挖的土坑。開(kāi)挖前應(yīng)根據(jù)地質(zhì)水文資料，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)附近建筑物情況，決定開(kāi)挖方案，并作好防水排水工作。大型基坑采用縱樁和橫樁形成擋土墻的方法，防護(hù)外側(cè)土層坍入，縱樁和橫樁均是灌裝混凝土的鋼筋，并且在基坑旁邊設(shè)置水井，不停抽水，防止基坑內(nèi)水位上升?；娱_(kāi)挖過(guò)程中需要監(jiān)測(cè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，對(duì)可能產(chǎn)生的不利狀況提供預(yù)警。
[0003]常規(guī)基坑工程監(jiān)測(cè)手段不僅耗費(fèi)大量人力，而且數(shù)據(jù)采集周期、精度和分析處理機(jī)制和管理方法，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)科學(xué)的管理與決策需求。隨著地鐵工程的發(fā)展，地下車(chē)站深大基坑工程日益增多，催生了更多新一代傳感、傳輸和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理技術(shù)在基坑工程中的研究應(yīng)用；穩(wěn)定、成熟、可靠的電子信息技術(shù)在土建工程中的推廣應(yīng)用，為基坑的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)基礎(chǔ)。
[0004]基坑自動(dòng)化監(jiān)測(cè)通常需要采集鋼筋計(jì)頻率、測(cè)斜儀傾角、水位計(jì)壓強(qiáng)讀數(shù)及單點(diǎn)沉降計(jì)的沉降數(shù)據(jù)，鋼筋計(jì)頻率設(shè)置在要采集數(shù)據(jù)的鋼筋內(nèi)，測(cè)斜儀一般埋置在基坑擋墻的測(cè)斜管內(nèi)，水位計(jì)放置在降水井內(nèi)，位移計(jì)放置在基坑周邊沉降的土體上。擋土墻數(shù)據(jù)在自動(dòng)化采集及傳輸時(shí)會(huì)由于周邊電磁環(huán)境、傳輸干擾而發(fā)生變化產(chǎn)生異常數(shù)據(jù)；作為基坑監(jiān)測(cè)后期分析與預(yù)警的關(guān)鍵性資源之一的數(shù)據(jù)，其監(jiān)測(cè)質(zhì)量問(wèn)題尤其是異常數(shù)據(jù)的出現(xiàn)對(duì)后期能數(shù)據(jù)分析的結(jié)果產(chǎn)生越來(lái)越重要的影響。
[0005]基坑監(jiān)測(cè)中的異常數(shù)據(jù)是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集中與常規(guī)數(shù)據(jù)不同的數(shù)據(jù)，它們不符合慣常的數(shù)據(jù)模式，其產(chǎn)生機(jī)制與大多數(shù)數(shù)據(jù)不同。異常數(shù)據(jù)包括兩種類(lèi)型，第一種是真實(shí)異常數(shù)據(jù)，包含著從應(yīng)用角度看非常有意義的知識(shí)；第二種是噪音異常數(shù)據(jù)，是采集、傳輸或存儲(chǔ)過(guò)程中的錯(cuò)誤引起的，會(huì)誤導(dǎo)分析的結(jié)果。目前對(duì)于異常數(shù)據(jù)的態(tài)度主要有兩種，一是拒絕，從數(shù)據(jù)集中刪除全部異常數(shù)據(jù)，優(yōu)點(diǎn)是可以減少異常數(shù)據(jù)的誤導(dǎo)作用，但會(huì)丟失有意義的信息；二是保留，保留所有異常數(shù)據(jù)，不會(huì)丟失任何信息，但分析結(jié)果會(huì)受到異常數(shù)據(jù)的誤導(dǎo)。
[0006]在基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析中，數(shù)據(jù)的質(zhì)量問(wèn)題越來(lái)越突出，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是整個(gè)預(yù)警系統(tǒng)的關(guān)鍵性資源，有高質(zhì)量的數(shù)據(jù)才能更好地進(jìn)行預(yù)警決策分析。而在大規(guī)模監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析中獲得清潔可靠的數(shù)據(jù)是一項(xiàng)困難的工作，其成本也很高，大約要花費(fèi)項(xiàng)目中50%到70%的資源。
[0007]實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中獲取的數(shù)據(jù)有許多質(zhì)量問(wèn)題。首先，多種原因會(huì)產(chǎn)生異常數(shù)據(jù)，產(chǎn)生異常數(shù)據(jù)的原因通常包括:
[0008]1、傳感器故障或傳感器短時(shí)異常，導(dǎo)致傳感器輸出信號(hào)不能正確反映采集量的真實(shí)狀態(tài)；
[0009]2、整個(gè)采集系統(tǒng)接地不良或電壓不穩(wěn)導(dǎo)致傳感器數(shù)據(jù)采集存在誤差或錯(cuò)誤而造成假數(shù)據(jù)；
[0010]3、無(wú)線(xiàn)采集器在采集接入及處理傳感器數(shù)據(jù)時(shí)存在邏輯錯(cuò)誤或誤差，導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)異常；
[0011]4、無(wú)線(xiàn)傳輸過(guò)程中無(wú)線(xiàn)信號(hào)受到現(xiàn)場(chǎng)大功率設(shè)備或強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾，導(dǎo)致輸出傳輸過(guò)程中發(fā)生異常。
[0012]將異常數(shù)據(jù)從真實(shí)數(shù)據(jù)中區(qū)分出來(lái)非常困難，雖然有些異常數(shù)據(jù)可能是測(cè)量和記錄過(guò)程中的錯(cuò)誤引起的，但有些異常數(shù)據(jù)卻代表著真實(shí)的監(jiān)測(cè)量的狀態(tài)，蘊(yùn)涵著從預(yù)警角度看非常有意義的知識(shí)。目前針對(duì)監(jiān)測(cè)過(guò)程中產(chǎn)生的異常數(shù)據(jù)，通常采用均值偏離方法進(jìn)行處理，其本質(zhì)是依據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象狀態(tài)在一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生突變，通過(guò)求取一段時(shí)間窗內(nèi)的采集值均值，再通過(guò)與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，所超過(guò)設(shè)定的閾值則判定采集值異常。此方法可以識(shí)別部分異常數(shù)據(jù)，但由于閾值的設(shè)置難以把握，過(guò)大的閾值容易過(guò)濾到真實(shí)的采集值，過(guò)小的閾值不容易去除異常數(shù)據(jù)，導(dǎo)致實(shí)際處理效果依賴(lài)于閾值設(shè)置的經(jīng)驗(yàn)值，難以量化處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種準(zhǔn)確的識(shí)別基坑自動(dòng)化監(jiān)測(cè)異常數(shù)據(jù)的方法。
[0014]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題的:一種基坑自動(dòng)化監(jiān)測(cè)異常數(shù)據(jù)識(shí)別方法，包括下述步驟:
[0015]步驟1:在基坑現(xiàn)場(chǎng)安裝溫度計(jì)、雨量計(jì)、大氣壓強(qiáng)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)基坑現(xiàn)場(chǎng)溫度、大氣壓強(qiáng)及降雨量的采集，采集頻率同監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的采集頻率。；
[0016]步驟2:根據(jù)前一采集日的溫度變化曲線(xiàn)及鋼筋計(jì)的頻率輸出變化曲線(xiàn)，找出兩條曲線(xiàn)中的最高點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的采集時(shí)刻，求取采集時(shí)刻之間的差值作為鋼筋計(jì)所在位置溫度與基坑環(huán)境溫度之間的延時(shí)時(shí)間Delay ；
[0017]步驟3:根據(jù)上一輪采集結(jié)果并結(jié)合本輪采集的溫度值、大氣壓強(qiáng)及采集周期內(nèi)的降雨量對(duì)本輪監(jiān)測(cè)值進(jìn)行預(yù)測(cè)；
[0018]步驟4:針對(duì)每一個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，若本輪采集的監(jiān)測(cè)值在預(yù)測(cè)值的0.9-1.1倍區(qū)間內(nèi)，確認(rèn)為正常值，否則判定為異常值；
[0019]步驟5:針對(duì)每一個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，若本輪判定為正常值，則對(duì)預(yù)測(cè)的均值進(jìn)行迭代更新。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:通過(guò)預(yù)測(cè)基坑開(kāi)挖及環(huán)境狀態(tài)參數(shù)的變化對(duì)監(jiān)測(cè)值的影響，來(lái)確定監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的下一采集時(shí)刻預(yù)測(cè)采集值，并通過(guò)比對(duì)預(yù)測(cè)采集值及實(shí)際采集值來(lái)判定實(shí)際采集值是否異常，得出真實(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在整個(gè)基坑開(kāi)挖的預(yù)警過(guò)程中起到重要的作用。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明基坑自動(dòng)化監(jiān)測(cè)異常數(shù)據(jù)識(shí)別方法的水位計(jì)的實(shí)測(cè)量和降水量的關(guān)系曲線(xiàn)圖。
[0022]圖2為鋼筋計(jì)支撐力實(shí)測(cè)值和預(yù)測(cè)值數(shù)據(jù)曲線(xiàn)圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0024]1、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目
[0025]異常數(shù)據(jù)來(lái)源的采集對(duì)象包括鋼筋計(jì)頻率、測(cè)斜儀傾角、水位計(jì)壓強(qiáng)及單點(diǎn)位移計(jì)的位移。
[0026]2、異常數(shù)據(jù)定義
[0027]本文方法定義的異常數(shù)據(jù)包括兩類(lèi)，并針對(duì)該兩類(lèi)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別。
[0028]真實(shí)異常數(shù)據(jù):有意義的能反映監(jiān)測(cè)對(duì)象狀態(tài)的部分異常數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單地將其排除會(huì)丟失有用的信息，導(dǎo)致后期預(yù)警數(shù)據(jù)分析的結(jié)果不精確或不正確。
[0029]噪音異常數(shù)據(jù):采集、傳輸或存儲(chǔ)過(guò)程中的錯(cuò)誤引起的那部分異常數(shù)據(jù)，這種異常數(shù)據(jù)會(huì)導(dǎo)致基坑預(yù)警分析的結(jié)果出現(xiàn)偏差或錯(cuò)誤。
[0030]3、基于基坑監(jiān)測(cè)知識(shí)的異常數(shù)據(jù)識(shí)別方法
[0031]3.1方法路線(xiàn)
[0032]在本方法中定義監(jiān)測(cè)值的變化由三部分構(gòu)成:基坑開(kāi)挖對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目帶來(lái)的影響，環(huán)境狀態(tài)參數(shù)變化給監(jiān)測(cè)項(xiàng)目帶來(lái)的影響以及噪聲干擾給監(jiān)測(cè)帶來(lái)的異常影響。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的最終監(jiān)測(cè)值是上述三部分的綜合體現(xiàn)。
[0033]本方法通過(guò)預(yù)測(cè)基坑開(kāi)挖及環(huán)境狀態(tài)參數(shù)的變化對(duì)監(jiān)測(cè)值的影響，來(lái)確定監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的下一采集時(shí)刻預(yù)測(cè)采集值，并通過(guò)比對(duì)預(yù)測(cè)采集值及實(shí)際采集值判定實(shí)際采集值是否異常。
[0034]3.2監(jiān)測(cè)值預(yù)測(cè)
[0035]記監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)值為Y，基坑開(kāi)挖狀態(tài)為α，環(huán)境參數(shù)狀態(tài)為Θ，采集、傳輸及存儲(chǔ)環(huán)節(jié)的噪聲為β，則Y = f(a, θ, β)，函數(shù)f表征監(jiān)測(cè)值是三個(gè)狀態(tài)參數(shù)的綜合反映。
[0036]其中根據(jù)基坑力學(xué)計(jì)算模型，基坑開(kāi)挖狀態(tài)a對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目是一個(gè)線(xiàn)性、緩慢的影響，在一段時(shí)間內(nèi)趨于穩(wěn)定。
[0037]而環(huán)境參數(shù)狀態(tài)Θ對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的影響依據(jù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目類(lèi)型的不同而差異較大，具體影響關(guān)系見(jiàn)下表1:
[0038]表I環(huán)境狀態(tài)參數(shù)與監(jiān)測(cè)項(xiàng)目之間的關(guān)系
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種基坑自動(dòng)化監(jiān)測(cè)異常數(shù)據(jù)識(shí)別方法，其特征在于:包括下述步驟: 步驟1:在基坑現(xiàn)場(chǎng)安裝溫度計(jì)、雨量計(jì)、大氣壓強(qiáng)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)基坑現(xiàn)場(chǎng)溫度、大氣壓強(qiáng)及降雨量的采集，采集頻率同監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的采集頻率； 步驟2:根據(jù)前一采集日的溫度變化曲線(xiàn)及鋼筋計(jì)的頻率輸出變化曲線(xiàn)，找出兩條曲線(xiàn)中的最高點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的采集時(shí)刻，求取采集時(shí)刻之間的差值作為鋼筋計(jì)所在位置溫度與基坑環(huán)境溫度之間的延時(shí)時(shí)間； 步驟3:根據(jù)上一輪采集結(jié)果并結(jié)合本輪采集的溫度值、大氣壓強(qiáng)及采集周期內(nèi)的降雨量對(duì)本輪監(jiān)測(cè)值進(jìn)行預(yù)測(cè)； 步驟4:針對(duì)每一個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，若本輪采集的監(jiān)測(cè)值在預(yù)測(cè)值的0.9-1.1倍區(qū)間內(nèi)，確認(rèn)為正常值，否則判定為異常值； 步驟5:針對(duì)每一個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，若本輪判定為正常值，則對(duì)預(yù)測(cè)的均值進(jìn)行迭代更新。
2.如權(quán)利要求1所述的基坑自動(dòng)化監(jiān)測(cè)異常數(shù)據(jù)識(shí)別方法，其特征在于: 所述步驟3具體為: 異常數(shù)據(jù)來(lái)源的采集對(duì)象包括鋼筋計(jì)頻率、測(cè)斜儀傾角、水位計(jì)壓強(qiáng)及單點(diǎn)位移計(jì)的位移，首先定義監(jiān)測(cè)值的變化由三部分構(gòu)成:基坑開(kāi)挖對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目帶來(lái)的影響，環(huán)境狀態(tài)參數(shù)變化給監(jiān)測(cè)項(xiàng)目帶來(lái)的影響以及噪聲干擾給監(jiān)測(cè)帶來(lái)的異常影響，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的最終監(jiān)測(cè)值是上述三部分的綜合體現(xiàn)，記監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)值為Y，基坑開(kāi)挖狀態(tài)為α，環(huán)境參數(shù)狀態(tài)為Θ，采集、傳輸及存儲(chǔ)環(huán)節(jié)的噪聲為β，則y = f(a, θ , β)，函數(shù)f表征監(jiān)測(cè)值是三個(gè)狀態(tài)參數(shù)的綜合反映，將監(jiān)測(cè)值Y分解為a，θ，β三個(gè)影響參數(shù)的獨(dú)立作用之和，Y =A ( a ) +B ( Θ ) +C ( β )，其中函數(shù)A表示基坑開(kāi)挖狀態(tài)a對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的影響，函數(shù)B表示環(huán)境狀態(tài)參數(shù)Θ對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的影響，函數(shù)C表示采集、傳輸及存儲(chǔ)過(guò)程中噪聲產(chǎn)生的誤差，不作為對(duì)監(jiān)測(cè)值的預(yù)測(cè)； A(a)的在t+Ι時(shí)刻的預(yù)測(cè)值U(A(a)，t+l)的定義如下:U(A(a)，t+l)=wU(A(a),t) + (l-w)I(A(a),t), I(A(a)，t)為t采集時(shí)刻的采集值被判定為背景值時(shí)修正過(guò)的采集值與預(yù)測(cè)值之間的變化，即:I(A(a)，t) = Y_U(A(a)，t)，系數(shù)w的值根據(jù)采集時(shí)間間隔來(lái)確定，背景值判定規(guī)則如下，其中d為監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的方差，一般取值為監(jiān)測(cè)項(xiàng)目前24小時(shí)判定為背景值的監(jiān)測(cè)值的方差，G+(A(‘i) =._±_§4^-?.?^.5^ifG(A(a),t+l)>0.8, t時(shí)刻采集值A(chǔ)( a)為背景值； 環(huán)境狀態(tài)參數(shù)對(duì)地下水位壓強(qiáng)值預(yù)測(cè)的影響:定義t時(shí)刻至t+Ι時(shí)刻采集周期內(nèi)的降水量為T(mén)，大氣壓強(qiáng)為P，則t+Ι采集時(shí)刻的監(jiān)測(cè)值相比于t時(shí)刻的采集時(shí)刻的采集值的變化量預(yù)測(cè)值為:Β(Θ) =B (ρ, τ ) = p(t+l)-p(t) + p g τ ； 環(huán)境狀態(tài)參數(shù)對(duì)鋼筋計(jì)頻率預(yù)測(cè)的影響:根據(jù)前一監(jiān)測(cè)日頻率輸出的最高點(diǎn)與環(huán)境溫度的最高點(diǎn)之間的時(shí)間差作為鋼筋計(jì)所處位置環(huán)境溫度與整個(gè)基坑環(huán)境溫度之間的滯后響應(yīng)時(shí)間Delay，定義在t+Ι采集時(shí)刻的監(jiān)測(cè)值相比于t時(shí)刻的采集時(shí)刻的采集值的變化量預(yù)測(cè)值為:B ( Θ ) = B ( Λ T) = b (Tt+1-Tt) = b (Tt+1_Delay-Tt_Delay)，其中 b 為鋼筋計(jì)的溫度修訂系數(shù)，取前一個(gè)采集工作日數(shù)據(jù)的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的線(xiàn)性系數(shù)，單位kN/°C，Tt+1與Tt分另Ij為在t+Ι采集時(shí)刻與在t采集時(shí)刻鋼筋計(jì)所在的局部溫度，Tt+1_Delay與Tt_May巧分別為在t+Ι采集時(shí)刻與在t采集時(shí)刻基坑外部的環(huán)境溫度； 測(cè)斜儀傾角、單點(diǎn)位移計(jì)受環(huán)境狀態(tài)參數(shù)的影響較小，忽略不計(jì)； 綜上，本方法針對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目t+Ι采集時(shí)刻的預(yù)測(cè)值為: 1)水位壓強(qiáng)
Ye = U (A ( a ), t+1) +p (t+1) -p (t) + P g τ 2)鋼筋計(jì)頻率
Ye = U(A(a),t+l)+b(Tt+1_Delay-T
t—Delay)



3)測(cè)斜儀傾角、單點(diǎn)位移計(jì)
Ye = U (A ( a ), t+1)。
3.如權(quán)利要求2所述的基坑自動(dòng)化監(jiān)測(cè)異常數(shù)據(jù)識(shí)別方法，其特征在于: 系數(shù)w的值根據(jù)采集時(shí)間間隔來(lái)取O~I中間的小數(shù)，采集時(shí)間間隔越短，w取值越大。
【文檔編號(hào)】E02D1/00GK103953024SQ201410196639
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】何宏盛, 劉武生, 張杰勝, 張宏斌, 周健寶 申請(qǐng)人:中鐵四局集團(tuán)第一工程有限公司