基坑自動化監(jiān)測異常數(shù)據(jù)識別方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基坑自動化監(jiān)測異常數(shù)據(jù)識別方法，包括：在基坑現(xiàn)場安裝溫度計、雨量計、大氣壓強(qiáng)計；求取采集時刻之間的差值作為鋼筋計所在位置溫度與基坑環(huán)境溫度之間的延時時間Delay；根據(jù)上一輪采集結(jié)果并結(jié)合本輪采集的參數(shù)對本輪監(jiān)測值進(jìn)行預(yù)測；針對每一個監(jiān)測項目，若本輪采集的監(jiān)測值在預(yù)測值的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，則對預(yù)測的均值進(jìn)行迭代更新。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：通過預(yù)測基坑開挖及環(huán)境狀態(tài)參數(shù)的變化對監(jiān)測值的影響，來確定監(jiān)測項目的下一采集時刻預(yù)測采集值，并通過比對預(yù)測值及實際值來判定實際值是否異常，得出真實的監(jiān)測數(shù)據(jù)，在整個基坑開挖的預(yù)警過程中起到重要的作用。
【專利說明】基坑自動化監(jiān)測異常數(shù)據(jù)識別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理的方法，尤其涉及一種自動化監(jiān)測異常數(shù)據(jù)識別方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基坑是在基礎(chǔ)設(shè)計位置按基底標(biāo)高和基礎(chǔ)平面尺寸所開挖的土坑。開挖前應(yīng)根據(jù)地質(zhì)水文資料，結(jié)合現(xiàn)場附近建筑物情況，決定開挖方案，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_挖過程中需要監(jiān)測各項數(shù)據(jù)，對可能產(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，為基坑的自動化監(jiān)測提供了強(qiáng)有力的技術(shù)基礎(chǔ)。
[0004]基坑自動化監(jiān)測通常需要采集鋼筋計頻率、測斜儀傾角、水位計壓強(qiáng)讀數(shù)及單點(diǎn)沉降計的沉降數(shù)據(jù)，鋼筋計頻率設(shè)置在要采集數(shù)據(jù)的鋼筋內(nèi)，測斜儀一般埋置在基坑擋墻的測斜管內(nèi)，水位計放置在降水井內(nèi)，位移計放置在基坑周邊沉降的土體上。擋土墻數(shù)據(jù)在自動化采集及傳輸時會由于周邊電磁環(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)測質(zhì)量問題尤其是異常數(shù)據(jù)的出現(xiàn)對后期能數(shù)據(jù)分析的結(jié)果產(chǎn)生越來越重要的影響。
[0005]基坑監(jiān)測中的異常數(shù)據(jù)是監(jiān)測數(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)包括兩種類型，第一種是真實異常數(shù)據(jù)，包含著從應(yīng)用角度看非常有意義的知識；第二種是噪音異常數(shù)據(jù)，是采集、傳輸或存儲過程中的錯誤引起的，會誤導(dǎo)分析的結(jié)果。目前對于異常數(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，但會丟失有意義的信息；二是保留，保留所有異常數(shù)據(jù)，不會丟失任何信息，但分析結(jié)果會受到異常數(shù)據(jù)的誤導(dǎo)。
[0006]在基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)分析中，數(shù)據(jù)的質(zhì)量問題越來越突出，監(jiān)測數(shù)據(jù)是整個預(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)測數(shù)據(jù)分析中獲得清潔可靠的數(shù)據(jù)是一項困難的工作，其成本也很高，大約要花費(fèi)項目中50%到70%的資源。
[0007]實際監(jiān)測過程中獲取的數(shù)據(jù)有許多質(zhì)量問題。首先，多種原因會產(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異常，導(dǎo)致傳感器輸出信號不能正確反映采集量的真實狀態(tài)；
[0009]2、整個采集系統(tǒng)接地不良或電壓不穩(wěn)導(dǎo)致傳感器數(shù)據(jù)采集存在誤差或錯誤而造成假數(shù)據(jù)；
[0010]3、無線采集器在采集接入及處理傳感器數(shù)據(jù)時存在邏輯錯誤或誤差，導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)異常；
[0011]4、無線傳輸過程中無線信號受到現(xiàn)場大功率設(shè)備或強(qiáng)電磁場的干擾，導(dǎo)致輸出傳輸過程中發(fā)生異常。
[0012]將異常數(shù)據(jù)從真實數(shù)據(jù)中區(qū)分出來非常困難，雖然有些異常數(shù)據(jù)可能是測量和記錄過程中的錯誤引起的，但有些異常數(shù)據(jù)卻代表著真實的監(jiān)測量的狀態(tài)，蘊(yùn)涵著從預(yù)警角度看非常有意義的知識。目前針對監(jiān)測過程中產(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)測對象狀態(tài)在一段時間內(nèi)不會發(fā)生突變，通過求取一段時間窗內(nèi)的采集值均值，再通過與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，所超過設(shè)定的閾值則判定采集值異常。此方法可以識別部分異常數(shù)據(jù)，但由于閾值的設(shè)置難以把握，過大的閾值容易過濾到真實的采集值，過小的閾值不容易去除異常數(shù)據(jù)，導(dǎo)致實際處理效果依賴于閾值設(shè)置的經(jīng)驗值，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)問題在于提供一種準(zhǔn)確的識別基坑自動化監(jiān)測異常數(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)問題的:一種基坑自動化監(jiān)測異常數(shù)據(jù)識別方法，包括下述步驟:
[0015]步驟1:在基坑現(xiàn)場安裝溫度計、雨量計、大氣壓強(qiáng)計，并實現(xiàn)基坑現(xiàn)場溫度、大氣壓強(qiáng)及降雨量的采集，采集頻率同監(jiān)測項目的采集頻率。；
[0016]步驟2:根據(jù)前一采集日的溫度變化曲線及鋼筋計的頻率輸出變化曲線，找出兩條曲線中的最高點(diǎn)及其對應(yīng)的采集時刻，求取采集時刻之間的差值作為鋼筋計所在位置溫度與基坑環(huán)境溫度之間的延時時間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)的降雨量對本輪監(jiān)測值進(jìn)行預(yù)測；
[0018]步驟4:針對每一個監(jiān)測項目，若本輪采集的監(jiān)測值在預(yù)測值的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:針對每一個監(jiān)測項目，若本輪判定為正常值，則對預(yù)測的均值進(jìn)行迭代更新。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:通過預(yù)測基坑開挖及環(huán)境狀態(tài)參數(shù)的變化對監(jiān)測值的影響，來確定監(jiān)測項目的下一采集時刻預(yù)測采集值，并通過比對預(yù)測采集值及實際采集值來判定實際采集值是否異常，得出真實的監(jiān)測數(shù)據(jù)，在整個基坑開挖的預(yù)警過程中起到重要的作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明基坑自動化監(jiān)測異常數(shù)據(jù)識別方法的水位計的實測量和降水量的關(guān)系曲線圖。
[0022]圖2為鋼筋計支撐力實測值和預(yù)測值數(shù)據(jù)曲線圖?！揪唧w實施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0024]1、監(jiān)測項目
[0025]異常數(shù)據(jù)來源的采集對象包括鋼筋計頻率、測斜儀傾角、水位計壓強(qiáng)及單點(diǎn)位移計的位移。
[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，并針對該兩類異常數(shù)據(jù)進(jìn)行識別。
[0028]真實異常數(shù)據(jù):有意義的能反映監(jiān)測對象狀態(tài)的部分異常數(shù)據(jù)，簡單地將其排除會丟失有用的信息，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、傳輸或存儲過程中的錯誤引起的那部分異常數(shù)據(jù)，這種異常數(shù)據(jù)會導(dǎo)致基坑預(yù)警分析的結(jié)果出現(xiàn)偏差或錯誤。
[0030]3、基于基坑監(jiān)測知識的異常數(shù)據(jù)識別方法
[0031]3.1方法路線
[0032]在本方法中定義監(jiān)測值的變化由三部分構(gòu)成:基坑開挖對監(jiān)測項目帶來的影響，環(huán)境狀態(tài)參數(shù)變化給監(jiān)測項目帶來的影響以及噪聲干擾給監(jiān)測帶來的異常影響。監(jiān)測項目的最終監(jiān)測值是上述三部分的綜合體現(xiàn)。
[0033]本方法通過預(yù)測基坑開挖及環(huán)境狀態(tài)參數(shù)的變化對監(jiān)測值的影響，來確定監(jiān)測項目的下一采集時刻預(yù)測采集值，并通過比對預(yù)測采集值及實際采集值判定實際采集值是否異常。
[0034]3.2監(jiān)測值預(yù)測
[0035]記監(jiān)測項目的監(jiān)測值為Y，基坑開挖狀態(tài)為α，環(huán)境參數(shù)狀態(tài)為Θ，采集、傳輸及存儲環(huán)節(jié)的噪聲為β，則Y = f(a, θ, β)，函數(shù)f表征監(jiān)測值是三個狀態(tài)參數(shù)的綜合反映。
[0036]其中根據(jù)基坑力學(xué)計算模型，基坑開挖狀態(tài)a對監(jiān)測項目是一個線性、緩慢的影響，在一段時間內(nèi)趨于穩(wěn)定。
[0037]而環(huán)境參數(shù)狀態(tài)Θ對監(jiān)測項目的影響依據(jù)監(jiān)測項目類型的不同而差異較大，具體影響關(guān)系見下表1:
[0038]表I環(huán)境狀態(tài)參數(shù)與監(jiān)測項目之間的關(guān)系
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種基坑自動化監(jiān)測異常數(shù)據(jù)識別方法，其特征在于:包括下述步驟: 步驟1:在基坑現(xiàn)場安裝溫度計、雨量計、大氣壓強(qiáng)計，并實現(xiàn)基坑現(xiàn)場溫度、大氣壓強(qiáng)及降雨量的采集，采集頻率同監(jiān)測項目的采集頻率； 步驟2:根據(jù)前一采集日的溫度變化曲線及鋼筋計的頻率輸出變化曲線，找出兩條曲線中的最高點(diǎn)及其對應(yīng)的采集時刻，求取采集時刻之間的差值作為鋼筋計所在位置溫度與基坑環(huán)境溫度之間的延時時間； 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)的降雨量對本輪監(jiān)測值進(jìn)行預(yù)測； 步驟4:針對每一個監(jiān)測項目，若本輪采集的監(jiān)測值在預(yù)測值的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:針對每一個監(jiān)測項目，若本輪判定為正常值，則對預(yù)測的均值進(jìn)行迭代更新。
2.如權(quán)利要求1所述的基坑自動化監(jiān)測異常數(shù)據(jù)識別方法，其特征在于: 所述步驟3具體為: 異常數(shù)據(jù)來源的采集對象包括鋼筋計頻率、測斜儀傾角、水位計壓強(qiáng)及單點(diǎn)位移計的位移，首先定義監(jiān)測值的變化由三部分構(gòu)成:基坑開挖對監(jiān)測項目帶來的影響，環(huán)境狀態(tài)參數(shù)變化給監(jiān)測項目帶來的影響以及噪聲干擾給監(jiān)測帶來的異常影響，監(jiān)測項目的最終監(jiān)測值是上述三部分的綜合體現(xiàn)，記監(jiān)測項目的監(jiān)測值為Y，基坑開挖狀態(tài)為α，環(huán)境參數(shù)狀態(tài)為Θ，采集、傳輸及存儲環(huán)節(jié)的噪聲為β，則y = f(a, θ , β)，函數(shù)f表征監(jiān)測值是三個狀態(tài)參數(shù)的綜合反映，將監(jiān)測值Y分解為a，θ，β三個影響參數(shù)的獨(dú)立作用之和，Y =A ( a ) +B ( Θ ) +C ( β )，其中函數(shù)A表示基坑開挖狀態(tài)a對監(jiān)測項目的影響，函數(shù)B表示環(huán)境狀態(tài)參數(shù)Θ對監(jiān)測項目的影響，函數(shù)C表示采集、傳輸及存儲過程中噪聲產(chǎn)生的誤差，不作為對監(jiān)測值的預(yù)測； A(a)的在t+Ι時刻的預(yù)測值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采集時刻的采集值被判定為背景值時修正過的采集值與預(yù)測值之間的變化，即:I(A(a)，t) = Y_U(A(a)，t)，系數(shù)w的值根據(jù)采集時間間隔來確定，背景值判定規(guī)則如下，其中d為監(jiān)測項目的方差，一般取值為監(jiān)測項目前24小時判定為背景值的監(jiān)測值的方差，G+(A(‘i) =._±_§4^-?.?^.5^ifG(A(a),t+l)>0.8, t時刻采集值A(chǔ)( a)為背景值； 環(huán)境狀態(tài)參數(shù)對地下水位壓強(qiáng)值預(yù)測的影響:定義t時刻至t+Ι時刻采集周期內(nèi)的降水量為T，大氣壓強(qiáng)為P，則t+Ι采集時刻的監(jiān)測值相比于t時刻的采集時刻的采集值的變化量預(yù)測值為:Β(Θ) =B (ρ, τ ) = p(t+l)-p(t) + p g τ ； 環(huán)境狀態(tài)參數(shù)對鋼筋計頻率預(yù)測的影響:根據(jù)前一監(jiān)測日頻率輸出的最高點(diǎn)與環(huán)境溫度的最高點(diǎn)之間的時間差作為鋼筋計所處位置環(huán)境溫度與整個基坑環(huán)境溫度之間的滯后響應(yīng)時間Delay，定義在t+Ι采集時刻的監(jiān)測值相比于t時刻的采集時刻的采集值的變化量預(yù)測值為:B ( Θ ) = B ( Λ T) = b (Tt+1-Tt) = b (Tt+1_Delay-Tt_Delay)，其中 b 為鋼筋計的溫度修訂系數(shù)，取前一個采集工作日數(shù)據(jù)的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的線性系數(shù)，單位kN/°C，Tt+1與Tt分另Ij為在t+Ι采集時刻與在t采集時刻鋼筋計所在的局部溫度，Tt+1_Delay與Tt_May巧分別為在t+Ι采集時刻與在t采集時刻基坑外部的環(huán)境溫度； 測斜儀傾角、單點(diǎn)位移計受環(huán)境狀態(tài)參數(shù)的影響較小，忽略不計； 綜上，本方法針對監(jiān)測項目t+Ι采集時刻的預(yù)測值為: 1)水位壓強(qiáng)
Ye = U (A ( a ), t+1) +p (t+1) -p (t) + P g τ 2)鋼筋計頻率
Ye = U(A(a),t+l)+b(Tt+1_Delay-T
t—Delay)



3)測斜儀傾角、單點(diǎn)位移計
Ye = U (A ( a ), t+1)。
3.如權(quán)利要求2所述的基坑自動化監(jiān)測異常數(shù)據(jù)識別方法，其特征在于: 系數(shù)w的值根據(jù)采集時間間隔來取O~I中間的小數(shù)，采集時間間隔越短，w取值越大。
【文檔編號】E02D1/00GK103953024SQ201410196639
【公開日】2014年7月30日 申請日期: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 申請人:中鐵四局集團(tuán)第一工程有限公司