24242424242424242424стр. 22 из 24стр. 22 из 24
ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА ВЫСОТНЫХ И ПЛАНОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ И ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Поставленная цель достигнута за счет решения следующих основных задач:
1. На основе разработок составить блок программы для анализа высотных деформаций;
2. Составить блок программы для анализа плановых деформаций.
Методы исследований
Теоретические методы: метод наименьших квадратов.
Экспериментальные методы: анализ высотных и плановых деформаций методом использования составленных блок программ с целью их апробирования.
Научная новизна
Новыми научными результатами можно считать разработку алгоритма и два составленные блока программ для анализа высотных деформаций, а также для анализа плановых деформаций по GPS - измерениям.
Практическая ценность работы
1. На моделях и реальных данных по выполнению высокоточных нивелирных работ на одном строящемся объекте с использованием составленной автором программы проведен анализ высотных деформаций.
2. На моделях и условных координатах с помощью программы для анализа плановых деформаций по GPS - измерениям получены реальные результаты.
Результаты, выносимые на защиту
1.Результаты анализа высотных деформаций по данным нивелирования II класса, полученные с использованием составленной программы.
2. Результаты, полученные при апробации программы для анализа плановых деформаций по GPS - измерениям.
Публикации и апробация работы
По теме диссертации депонированы 2 научные статьи. Опубликована 1 научная статья. Результаты работы доложены на научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых МИИГАиК ( Москва, 8-9 апреля 2004 г.).
Структура диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Материал диссертации изложен на 127 страницах, включает 19 рисунков и 22 таблицы. Список литературы содержит 76 наименований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении сформулирована проблема, обоснована ее актуальность, поставлена цель, определены задачи диссертационной работы и коротко изложено основное содержание каждой главы диссертации.
Первая глава «Общие сведения о высотных и плановых деформациях инженерных сооружений и земной поверхности» посвящена обзору литературы. Из литературных источников следует, что определение деформаций инженерных сооружений является очень важной задачей, и по своей структуре величины деформаций играют доминирующую роль при строительстве и эксплуатации любых сооружений. Этой задачей занимаются постоянно, и методы определения величин деформаций постоянно совершенствуются.
Основными методами при измерении осадок и деформаций инженерных сооружений являются геодезические. Они позволяют определять не только относительные перемещения точек, но также их абсолютную величину по отношению к практически неподвижным знакам геодезической основы.
К геодезическим методам определения осадок и деформаций инженерных сооружений относятся:
1) геометрическое нивелирование I и II классов;
2) гидростатическое нивелирование;
З) тригонометрическое нивелирование;
4) створные методы;
5) триангуляция;
6) современный метод с использованием спутниковых аппаратур.
Проведем короткий анализ отдельно для каждого из этих методов:
Метод гидростатического нивелирования позволяет определить превышения с высокой точностью, порядка 0,01 мм, производить наблюдения между точками при наличии препятствий между ними. Однако, он может использоваться лишь в стационарных помещениях с хорошими метеорологическими условиями. Это является существенным недостатком.
Метод тригонометрического нивелирования применяется для определения вертикальных смещений отдаленных, открытых и труднодоступных точек сооружения.
Метод триангуляции - удобный метод для определения линейных смещений.
Геодезический метод с использованием спутниковых технологий в настоящее время может быть использован для определения деформаций, как на обширных территориях, так и на локальных участках. Важной особенностью спутниковых определений является их оперативность и синхронность выполнения измерений, и это обстоятельство дает возможность определить деформации на всем исследуемом участке одновременно с той точностью, с которой может дать используемая спутниковая аппаратура и методика обработки спутниковых измерений.
Створные методы наблюдения - под створными измерениями понимают совокупность действий по определению положения одной или нескольких точек относительно прямой линии, задающей створ.
Метод геометрического нивелирования является наиболее распространенным из геодезических методов измерения осадок. Основными его достоинствами являются высокая точность и простота в производстве работ, позволяющая проводить измерения для любого количества грунтовых реперов и стенных марок в любых погодных условиях. Условия, при которых выполняются наблюдения за деформациями сооружений, существенно отличаются от полевых условий при производстве государственного нивелирования. Специфика измерений в том, что точки на сооружении расположены на расстоянии от 5 до 25 метров друг от друга, поэтому применяют нивелирование короткими плечами. Кроме того, общая длина хода при нивелировании редко достигает I км. В этом случае теряет смысл средняя квадратическая ошибка превышения на I км хода, которая принималась как средняя квадратическая ошибка единицы веса при государственном нивелировании. Поэтому, для целей правильного установления весов измеренных элементов, возникла необходимость принять за среднюю квадратическую ошибку единицы веса другую, более подходящую величину. Наиболее удобно принять за среднюю квадратическую ошибку единицы веса среднюю квадратическую ошибку превышения, полученного на станции как среднее арифметическое из превышений, вычисленных по основной и дополнительной шкалам реек, при одном горизонте инструмента, в ходе одного направления с определенной длиной луча визирования, то есть превышения
=. (1)
Вопросы точности определения превышений в зависимости от длины визирного луча и числа измеренных на станции превышений, а следовательно, вопрос установления весов превышений - это отдельный вопрос. Здесь же кратко опишем общую схему определения осадок и деформаций сооружений с помощью метода геометрического нивелирования, которая состоит из следующих этапов:
1. Создание геодезической сети, состоящей из точек, закрепленных на сооружении (осадочных марок) и исходных реперов высотной основы (одного или нескольких);
2. Периодическое измерение превышений между точками сети методом высокоточного геометрического нивелирования;
З. Оптимальное оценивание параметров осадок и деформаций сооружений по результатам измерений;
4. Анализ результатов обработки и интерпретация.
С появлением новых технических возможностей определения положения пунктов, как в плане так и по высоте, появилась возможность, сохраняя старые данные присоединять к ним новые массивы данных. Такую задачу может решить рекуррентный метод уравнивания.
Во второй главе «Математические основы для обработки геодезических измерений при наблюдении деформаций» описаны способы уравнивания геодезических сетей, на основе которых автор выполнял свои исследования. Это рекуррентный и параметрический способы уравнивания. Подробности в книге Ю.И. Маркузе, Е.Г. Бойко, В.В. Голубев «Вычисление и уравнивание геодезических сетей».
Третья глава «Анализ вертикальных деформаций инженерных деформаций». В этой главе автором выполнен анализ вертикальных деформаций инженерных сооружений. Для выполнения этой задачи использован эффективный алгоритм для анализа деформаций методом последовательного объединения циклов, разработанный проф. Маркузе Ю.И.. Идея этого метода заключается в том, что на основании имеющихся данных по анализу деформаций добавляют новые данные и после обработки и последовательного объединения циклов получают новую информацию о деформации инженерного сооружения.
В основу алгоритма положена матрица
, (2)
Результаты эксперимента, проведенного при апробации данного алгоритма
На основе геодезических данных по выполнению геометрического нивелирования ?? класса на ряде объектов, подвергающихся деформациям, c целью апробирования составленной программы были обработаны семь циклов наблюдений нивелирной сети, с интервалами в три месяца.
В первом цикле представлена информация по четырнадцати реперным точкам, включая исходный Rp-29090 с высотой 150.00м, рис № 1. Следует отметить, что репер Rp-29090 был выбран таким образом, чтобы имел стабильное положение по высоте. Если определяются относительные деформации, то безошибочные репера не нужны, и в качестве исходного репера для уравнивания принимается любой репер, но с постоянной отметкой во всех циклах.
Рис. 1
В первом цикле в задачу входило: на основе результатов высокоточного нивелирования с использованием программы обработать все результаты и оценить точность полученных уравненных высот всех реперов. Для этого в качестве исходной информации были введены название проекта и измеренные превышения между точками, при этом было учтено, что они неравноточные. После этого программой выполняется ряд вычислений и решений, начиная с применения рекуррентного способа вычисления, и в результате получен контроль грубых ошибок измерений с одним исходным пунктом и при уравнивании параметрическим способом получены окончательные результаты уравнивания. Полученные уравненные программой высоты точек Н (м), а также СКО(Н) в мм, представлены в таблице 1, а диагональные элементы обратной матрицы следующие:1)0.0, 2)0.929, 3)0.929,4)1.714, 5)1.714 , 6)2.357; 7)2.357; 8)2.857; 9)2.857; 10)3.214; 11)3.214; 12)3.429; 13)3.429; 14)3.500.
Таким образом заканчивается обработка результатов измерений в первом цикле, а на диске информация будет сохраняться в файлах moz-1.Rz и moz-1.pvv. Полученные результаты, как при контроле грубых ошибок, так и при уравнивании параметрическим способом, а также СКО (Н) позволяют сделать вывод о том, что результаты выполненного высокоточного геометрического нивелирования имеют высокое качество. Результаты обработки данных в первом цикле представлены в таблице 1.
Табл. 1
№ марки |
имямарки |
Н( m) |
С.К.О (Н)(mm) |
|
1 |
Rр29 |
150.0000 |
0.0 |
|
2 |
Р9 |
148.2825 |
0.7 |
|
3 |
Р6 |
148.2614 |
0.7 |
|
4 |
Р10 |
146.9954 |
0.9 |
|
5 |
Р5 |
146.9789 |
0.9 |
|
6 |
Р11 |
146.7839 |
1.1 |
|
7 |
Р3 |
146.7374 |
1.1 |
|
8 |
Р13 |
147.1644 |
1.2 |
|
9 |
Р2 |
147.0958 |
1.2 |
|
10 |
m9 |
148.6389 |
1.3 |
|
11 |
m11 |
148.6949 |
1.3 |
|
12 |
m15 |
148.0635 |
1.3 |
|
13 |
m16 |
147.6339 |
1.3 |
|
14 |
m10 |
148.6528 |
1.3 |
|
№марки |
Имямарки |
Н(m) |
СКО (Н)(mm) |
D (H)(mm) |
СКО(D)(mm) |
|
1 |
Rp29 |
150.0000 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
|
2 |
P9 |
148.2824 |
0.5 |
0.0 |
0.9 |
|
3 |
P6 |
148.2614 |
0.5 |
0.0 |
0.9 |
|
4 |
P10 |
146.9951 |
0.6 |
0.0 |
1.2 |
|
5 |
P5 |
146.9783 |
0.6 |
0.0 |
1.2 |
|
6 |
P11 |
146.7836 |
0.8 |
0.0 |
1.5 |
|
7 |
P3 |
146.7368 |
0.8 |
0.0 |
1.5 |
|
8 |
P13 |
147.1642 |
0.8 |
0.0 |
1.6 |
|
9 |
P2 |
147.0949 |
0.8 |
0.0 |
1.6 |
|
10 |
m9 |
148.6327 |
1.0 |
-6.1 |
1.7 |
|
11 |
m11 |
148.6889 |
1.0 |
-6.0 |
1.7 |
|
12 |
m15 |
148.0573 |
1.0 |
-5.9 |
1.8 |
|
13 |
m16 |
147.6283 |
1.0 |
- 6.4 |
1.8 |
|
14 |
m10 |
148.6523 |
0.9 |
0.0 |
1.8 |
|
№марки |
Имямарки |
Н( м) |
СКО(Н)(мм) |
DEF(H)( мм) |
СКО(D)(мм) |
SUM(D)( мм) |
D-1(мм) |
СКО(D)(мм) |
|
1 |
Rp29 |
150.0000 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
|
2 |
P9 |
148.2822 |
0.4 |
0.0 |
0.8 |
0.0 |
0.0 |
0.8 |
|
3 |
P6 |
148.2620 |
0.4 |
0.0 |
0.8 |
0.0 |
0.0 |
0.8 |
|
4 |
P10 |
146.9957 |
0.5 |
0.0 |
1.1 |
0.0 |
0.0 |
1.1 |
|
5 |
P5 |
146.9787 |
0.5 |
0.0 |
1.1 |
0.0 |
0.0 |
1.1 |
|
6 |
P11 |
146.7839 |
0.6 |
0.0 |
1.3 |
0.0 |
0.0 |
1.3 |
|
7 |
P3 |
146.7366 |
0.6 |
0.0 |
1.3 |
0.0 |
0.0 |
1.3 |
|
8 |
P13 |
147.1639 |
0.7 |
0.0 |
1.4 |
0.0 |
0.0 |
1.4 |
|
9 |
P2 |
147.0949 |
0.7 |
0.0 |
1.4 |
0.0 |
0.0 |
1.4 |
|
10 |
m9 |
148.6267 |
0.9 |
-5.7 |
1.5 |
-11.2 |
-11.3 |
1.5 |
|
11 |
m11 |
148.6827 |
0.9 |
-5.9 |
1.5 |
-12.6 |
-12.9 |
1.5 |
|
12 |
m15 |
148.0517 |
1.0 |
-5.9 |
1.6 |
-10.9 |
-11.2 |
1.6 |
|
13 |
m16 |
147.6217 |
1.0 |
-6.7 |
1.6 |
-13.0 |
-12.7 |
1.6 |
|
14 |
m10 |
148.6465 |
1.0 |
-6.1 |
1.6 |
-6.1 |
-5.9 |
1.6 |
|
№ марки |
Имя марки |
Н, 2 (m) |
С.К.О.(Н,2) (mm) |
Н,1(m) |
С.К.О.(Н,1)(mm) |
D(Н)(mm) |
С.К.О.(D)(mm) |
|
1 |
Rp29 |
150.0000 |
0.0 |
150.0000 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
|
2 |
p9 |
148.2822 |
0.7 |
148.2825 |
0.7 |
- 0.3 |
1.0 |
|
3 |
p6 |
148.2613 |
0.7 |
148.2614 |
0.7 |
- 0.1 |
1.0 |
|
4 |
p10 |
146.9951 |
0.9 |
146.9954 |
0.9 |
- 0.3 |
1.2 |
|
5 |
p5 |
149.9786 |
0.9 |
146.9789 |
0.9 |
- 0.3 |
1.2 |
|
6 |
p11 |
146.7835 |
1.1 |
146.7839 |
1.1 |
- 0.4 |
1.5 |
|
7 |
p3 |
146.7369 |
1.1 |
146.7374 |
1.1 |
- 0.5 |
1.5 |
|
8 |
p13 |
147.1647 |
1.2 |
147.1644 |
1.2 |
0.3 |
1.7 |
|
9 |
p2 |
147.0965 |
1.2 |
147.0958 |
1.2 |
0.7 |
1.7 |
|
10 |
m9 |
148.6311 |
1.3 |
148.6389 |
1.3 |
- 7.8 |
1.8 |
|
11 |
m11 |
148.6860 |
1.3 |
148.6939 |
1.3 |
- 7.9 |
1.8 |
|
12 |
m15 |
148.0569 |
1.3 |
148.0635 |
1.3 |
- 6.6 |
1.8 |
|
13 |
m16 |
147.6265 |
1.3 |
147.6339 |
1.3 |
- 7.4 |
1.8 |
|
14 |
m10 |
148.6533 |
1.3 |
148.6528 |
1.3 |
0.5 |
1.8 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
№ марки |
Имя марки |
D (H) ммпрограмма |
D (H) ммсмоделированные |
Разности столбцов3-4 |
|
1 |
m9 |
- 6.1 |
- 6.0 |
-0.1 |
|
2 |
m11 |
- 6.0 |
- 6.0 |
0.0 |
|
3 |
m15 |
- 5.9 |
- 6.0 |
+0.1 |
|
4 |
m16 |
- 6.4 |
- 6.0 |
-0.4 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
№ марки |
Имя марки |
D (H) ммТрадиц.мметод |
D (H) ммсмоделированные |
Разности столбцов 3- 4 |
|
1 |
m9 |
- 7.8 |
- 6.0 |
-1.8 |
|
2 |
m11 |
- 7.9 |
- 6.0 |
-1.9 |
|
3 |
m15 |
- 6.6 |
- 6.0 |
- 0.6 |
|
4 |
m16 |
- 7.4 |
- 6.0 |
-1.4 |
|
Табл. 7
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
№ марки |
Имя марки |
D(H) ммпрограмма |
D (H) ммсмоделированные |
Разности столбцов 3-4 |
|
1 |
m9 |
- 12.8 |
- 12.0 |
-0. 8 |
|
2 |
m11 |
- 24.6 |
- 24.0 |
-0.6 |
|
3 |
m15 |
- 10.9 |
- 12.0 |
+1.1 |
|
4 |
m16 |
- 11.9 |
- 12.0 |
+0.1 |
|
5 |
Р3 |
- 12.1 |
- 12.0 |
- 0.1 |
|
6 |
Р12 |
- 6.2 |
- 6.0 |
- 0.2 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
№ марки |
Имя марки |
D(H) ммТрадиц.мметод |
D(H) ммсмоделированные |
Разности столбцов 3-4 |
|
1 |
m9 |
- 1 9.1 |
- 12.0 |
-7.1 |
|
2 |
m11 |
- 33.3 |
- 24.0 |
-9.3 |
|
3 |
m15 |
- 16.8 |
- 12.0 |
- 4.8 |
|
4 |
m16 |
- 18.9 |
- 12.0 |
-6.9 |
|
5 |
Р3 |
-21.0 |
- 12.0 |
-9.0 |
|
6 |
Р12 |
-9.0 |
- 6.0 |
-3.0 |
|
Достоверность работоспособности программы для анализа плановых деформаций по GPS- измерениям.
С целью проверки работоспособности составленной программы, в четвертой главе выполнен детальный анализ полученных результатов. Обработаны четыре цикла тех же данных проекта, но «традиционным методом». Здесь под «традиционным методом» понимается метод, когда деформации определенных точек определяют по формуле:
; , (9)
где - горизонтальное перемещение ( определяемая деформация),
и - координаты второго и первого циклов.
Средние квадратические ошибки определения этих координат находят следующим образом: и , (10)
где - средняя квадратическая ошибка определения деформации;
; - СКО определения деформаций текущего и предыдущего циклов.
Тогда: и . (11)
Результаты обработки данных «традиционным методом» ІІ цикла:
Табл. 9
№ |
Имя марки |
Х у ?? цикла |
СКО х,у(м) |
Х у ? цикла |
СКО х,у(м) |
D х,у(м) |
СКО (D)(м) |
|
1 |
moz-1 |
6180000.000 7400000.000 |
0.000 0.000 |
6180000.000 7400000.000 |
0.000 0.000 |
0.000 0.000 |
0.000 0.000 |
|
2 |
moz-2 |
6180866.265 7400000.003 |
0.003 0.002 |
6180866.261 7399999.998 |
0.002 0.001 |
0.004 0.005 |
0.004 0.002 |
|
3 |
moz-3 |
6180866.248 7400999.987 |
0.003 0.002 |
6180866.257 7400999.999 |
0.002 0.001 |
-0.009 -0.012 |
0.004 0.002 |
|
4 |
moz-4 |
6180866.260 7401999.997 |
0.004 0.003 |
6180866.258 7401999.999 |
0.003 0.002 |
0.002 -0.002 |
0.005 0.004 |
|
5 |
moz-5 |
6179999.981 7401999.982 |
0.004 0.003 |
6180000.000 7401999.998 |
0.003 0.002 |
-0.019 -0.016 |
0.005 0.004 |
|
6 |
moz-6 |
6180000.003 7401000.002 |
0.003 0.002 |
6179999.996 7400999.997 |
0.002 0.001 |
0.007 0.005 |
0.004 0.002 |
|
Таблица № 9 в столбцах 3 и 4 содержит уравненные координаты реперов и СКО их определения во втором цикле. Аналогичная информация первого цикла содержится в столбцах 5 и 6. Последние два столбца заполнены деформациями второго цикла и СКО определения этих деформаций.
Далее, составлены несколько таблиц для сравнения вычисленных разными методами деформаций с теми величинами, которые вводились при их моделировании. Проанализируем результаты обработки данных второго цикла:
Табл. 11
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
№ марки |
Имя марки |
D(х,у)(мм) программа |
D(х,у) (мм) смоделированные |
Разности столбцов 3-4 |
|
1 |
moz-3 |
Х = -0.0154 У =- 0.0099 |
Х = -0.015 У = -0.0100 |
Х = -0.0004 У = 0.0001 |
|
2 |
moz-5 |
Х = -0.0162 У = -0.0117 |
Х = -0.0170 У = - 0.0120 |
Х = 0.0008 У = 0.0003 |
|
В этой таблице в столбце 3 отражены деформации, полученные при использовании программы. В четвертом столбце величины деформаций, которые вводились для деформирования точек, имена которых содержатся в столбце 2. Последний столбец заполнен разностью между смоделированными и вычисленными программой деформациями.
В таблице № 12 отражена информация аналогичная той, которая содержится в таблице № 11, но обработанная «традиционным методом».
Табл. 12
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
№ марки |
Имя марки |
D(х,у) мм) Трад. метод |
D(х,у) (мм) Смоделирован-ные |
Разности столбцов 3-4 |
|
1 |
moz-3 |
Х = -0.009 У =- 0.012 |
Х = -0.015 У = -0.010 |
Х = +0.006 У = -0.002 |
|
2 |
moz-5 |
Х = -0.019 У = -0.016 |
Х = -0.017 У = - 0.012 |
Х = -0.002 У = -0.004 |
|
Анализ этих двух таблиц показывает, что вычисленные деформации с использованием составленной программы ближе по величине к смоделированным. При обработке тех же данных «традиционным методом» разность между смоделированными и вычисленными деформациями значительно отличается от полученных по программе.
Таким образом, анализ данных по всем циклам даёт возможность с учётом их объединения получить желаемые результаты, учитывая все реально существующие деформации на данном объекте.
Заключение
1. До сих пор применяемый «традиционный метод» как вычисление разности между предыдущим и текущим циклами менее точный, чем вычисления с использованием алгоритма последовательного объединения циклов.
2. С целью экономии памяти компьютера удалось разделить процесс контроля грубых ошибок, учитывая только необходимые измерения, а для избыточных измерений вычисляются только их свободные члены уравнений поправок, и выполняется контроль грубых ошибок. При этом отпадает необходимость вычислять всю матрицу (5).
3.Объединение циклов выполняется параметрическим способом, при этом порядок матрицы коэффициентов нормальных уравнений определяется только числом пунктов, тогда как применение формулы (5) требует удвоенное число.
4.Экспериментальные исследования, выполненные в данной диссертации, направлены на применение современных геодезических методов для анализа высотных и плановых деформаций инженерных сооружений и земной поверхности.
5.Эти программы особо актуальны для республики Мозамбик, так как из-за периодических наводнений необходимо контролировать состояние всех сооружений, находящихся в зоне наводнений.
Дипломная работа | Формирование устных вычислительных навыков пятиклассников при изучении темы "Десятичные дроби" |
Дипломная работа | Технологии работы социального педагога с многодетной семьей |
Дипломная работа | Человеко-машинный интерфейс, разработка эргономичного интерфейса |
Дипломная работа | Организация туристско-экскурсионной деятельности на т/к "Русский стиль" Солонешенского района Алтайского края |
Дипломная работа | Разработка мероприятий по повышению эффективности коммерческой деятельности предприятия |
Дипломная работа | Совершенствование системы аттестации персонала предприятия на примере офиса продаж ОАО "МТС" |
Дипломная работа | Разработка системы менеджмента качества на предприятии |
Дипломная работа | Организация учета и контроля на предприятиях жилищно-коммунального хозяйства |
Дипломная работа | ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗ ФИНАНСОВОГО СОСТОЯНИЯ ООО «АКТ «ФАРТОВ» |
Дипломная работа | Психическая коммуникация |