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表
论文题目
兰州理工大学后家属院边坡变形监测
本科生姓名
刘 宝 华
指导老师姓名
党星海，孔令杰
学科、专业
测 绘 工 程
学院名称
兰州理工大学技术工程学院
2011年 4月 11 日
综述（本学科、专业国内外现状及发展趋势）：
我国是地质环境脆弱、地质灾害多发的国家之一，滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等突发性地质灾害的易发区面积约占国土面积的65％。2010年发生的贵州关岭滑坡、甘肃舟曲山洪泥石流、云南贡山泥石流等大型、特大型地质灾害，造成了千余人的死亡和几亿元的经济损失。受汶川大地震影响，加之极端气候事件，以及工程建设引发的地质灾害在相当长的时间内仍将不断上升等因素，地质灾害防治和应急响应工作的形势更加严峻。为此，党的十七届五中全会提出，加快建立地质灾害易发区调查
评价
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体系、监测预警体系、防治体系、应急体系，提高对自然灾害的综合防范和抵御能力，为今后地质灾害防治工作指明了方向。
目前，灾害的监测与防治已越来越受到全社会的普遍关注，然而在变形监测中，监测只是基础，分析和预报尤为重要。其中变形分析的研究内容涉及到变形数据处理与分析，变形物理解释和变形预报的各个方面，通常可将其分为变形的几何分析和变形的物理分析两部分。变形的几何分析是对变形体的形状和大小的变形作几何描述，其任务在于描述变形体变形的空间状态和时间特性。包括观测值的平差处理和质量评定、参考点的稳定性分析、变形模型参数估计等内容。几何分析采用的方法一般是统计检验中的F检验方法，同时，通过绘制一定的变形图表描述建筑物的运营状态。变形物理解释的任务是确定变形体的变形和变形原因之间的关系，解释变形的原因。变形的物理解释常用的方法包括：统计分析法、确定函数法以及混合模型法。因此，变形的基准问题是变形监测数据处理首先必须考虑的问题。首先，监测网的基准定义要满足有多期复测的观测值估计的位移是一种“绝对”的位移或接近“绝对”的位移，所以对于绝对网，必须采用经典平差基准，而且基准是有稳定的参考点给出。再次，监测网也可以采用秩亏自由网平差或拟稳平差法。因此，存在三种可选的基准：经典平差基准；秩亏自由网平差基准；拟稳平差基准。在变形分析与建模中，常用的方法有，回归分析法、时间序列分析模型、灰色系统分析模型、Kalman滤波模型、人工神经网络模型、频谱分析等。其中，回归分析法是通过分析观测的变形（效应量）和外因（原因量）之间的相关性，来建立荷载之间关系的数学模型；时间序列分析是20世纪20年代后期开始出现的一种现代数据处理方法，是系统辨识与系统分析的重要方法之一，是一种动态的数据处理方法；灰色系统理论是有我国原华中理工大学邓聚龙教授在20世纪80年代提出的，它是用来解决信息不完备系统的教学方法，它把控制论的观点和方法延伸到复杂的打系统中，将自动控制与运筹的数学方法结合的一种贫信息建模的方法；Kalman滤波技术是20世纪60年代初有卡尔曼等人提出的一种递推式滤波算法，它广泛运用于大坝的数据处理；人工神经网络是按照人脑工作方式而设计的一种模型，在滑坡及沉降预测的应用；频谱分析是将时域内的观测数据序列通过博立叶级数转换到频域内进行分析。
因此，结合具体的情况选出一个分析方法，是即能满足精度和实时性要求，又能节省监测成本。
本研究课题的主要目的及内容：
主要目的：
我国地质灾害种类多、分布广、活动频繁、危害重，是世界上地质灾害最为严重的国家之一。滑坡灾害是一种发生在山区的、数量多、规模大、危害严重、性质非常复杂而其发生又具有一定规律性的自然地质灾害，它的危害尤为显著。随着经济发展，特别是西部大开发的实施，越来越多的基础建设工程如山区的开发建设、铁路与高速公路建设、水利工程建设、深基坑的开挖及露天矿深部开采所形成的高大边坡等都会遇到滑坡问题，使滑坡灾害更为突出。
因此，利用现有的科技成果，根据人们在自然条件下通过各类灾害监测手段持续开展对滑坡、崩塌、泥石流和地面塌陷等突发性地质灾害的快速监测，了解和掌握不同地质现象和地质灾害的变形规律和变形特征，从而实现对突发性地质灾害的评价、预测和预警是一项必要而且迫切的科学任务。如果能够正确地监测到滑坡变形规律，及时准确地预报滑坡的滑动时间，就可以尽早采取减灾防灾措施和对策，使这类灾害造成的损失减少到最低程度。因此，开展该问题的研究无论是在理论上，还是在工程实践应用上均具有重要意义。
主要内容：
一、首先介绍本文的研究目的、研究背景、国内外对边坡变形监测的发展现状、课题来源及研究意义。分析边坡变形监测，引出本文的研究内容。
二、简介介绍各边坡变形监测数据的变形分析与建模的理论与方法并进行比较，得出结论选择适合边坡变形监测的分析方法。
三、对灰色系统的理论及建模的方法进行系统详细的论述。
四、将灰色理论的GM(1,1)模型运用到兰州理工大学后家属院边坡变形监测的实例中分析与预报，得出边坡变形的结论。
五、基于Matlab软件，对变形监测数据进行处理分析。
预期效果（主要成果，理论意义及实际应用价值）：
预期成果：
1.研究应用灰色理论的GM(1,1)模型分析，同时引入边坡变形监测数据进行检验与预处理，对模型的精度检验。 2.对监测网基准的平差处理及精度的估计。
3.将GM(1,1)模型应用到边坡变形预测中，使边坡变形得到正确的分析与预报，是边坡变形得出有效结论。
4.运用Matlab系统软件，使边坡变形监测解算的结果进行变形分析，满足了实时/准实时监测的需要。
理论意义
研究解决边坡变形的解算技术与预报技术，为以后在监测与预报边坡实发性地质灾害奠定基础。
实际应用价值
能够正确地监测到滑坡变形规律，及时准确地预报滑坡的滑动时间，尽早采取减灾防灾措施和对策，使这类灾害造成的损失减少到最低程度，具有很高的实用价值与经济效益。
物质条件（实验、测试、数据处理手段等）：
1.利用指导老师提供的平差软件进行实验计算，对所布设的控制网进行精度估计。
2. 在兰州理工大学后家属院建立滑坡模拟实验场，建立相应的监测基准点和相应的监测点进行实例验证与分析。
3.利用Matlab软件处理边坡变形监测数据。
本课题的主要难点、解决办法及论文进度
计划
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：
主要难点：
影响边坡变形的因素较多, 模型建立难度较大；利用灰色模型不需要对时间序列变动的趋势类型事先作出判断, 但是其适用于呈现单调趋势变化的时间序列, 如果时间序列中含有非单调趋势变动因素或者周期性变动, 则预测误差较大。
解决办法：
将变形系统看成灰色体系, 采用GM ( 1, 1)模型预报变形，变形监测预报结果能够满足要求；时间序列中尽量避免有非单调趋势变动因素或者周期性变动。
论文进度安排：
2011年3月，
资料
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收集、理论推导
2011年4月，提交开题报告
2011年4月下旬，模型的建立和实验计算
2011年5月，开始论文编写
指导教师意见：
签名： 年 月 日
系（所）意见：
签名： 年 月 日
学院意见：
签名： 年 月 日
浙公网安备 33021202002483