课程：变形分析与预报理论

1. 课程：变形分析与预报理论 授课教师：杨帆 （教授、博士生导师） yangfan1318830@sina.com 辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院 适用专业：大地测量学与测量工程专业学术型硕士 测绘工程专业硕士 学时：40学时（含4学时实验上机），2学分 辽宁工程技术大学

2. 1 绪论 • 一、学习目的和意义 • 二、变形分析与预报理论的发展 • 三、学习的主要内容 • 四、学习这门课的方法 • 五、主要参考文献 辽宁工程技术大学

3. 一、学习目的和意义 • 1、大型工程建设的兴起 大坝 高耸建筑物 跨海大桥 风力发电 高陡边坡 深水港口 城市地铁 高速铁路 核电站 矿山开采 地面沉降 大型试验设备 • 2、工程事故、灾害事件频发 辽宁工程技术大学

4. 一、学习目的和意义 • 3、工程变形事故后的科学问题 变形体受力的作用产生变形，变形超过了极限值就是物体发生倾斜、断裂、坍塌、沉陷、破坏。 通过测量的手段（常规测量方法、非常规的测量方法）获取变形值，分析变形数据，得到变形规律，就可以分析、预测预报到工程建筑体的安全状况。科学、及时、准确、超前预测预报工程体的变形状况，对施工、管理运营都具有十分重要的意义。 • 4、变形监测、分析与预报的意义 变形监测是基础：获得变形信息数据 变形分析是手段：通过理论建模和分析，建立相应的模型 变形预测预报是目的：为工程建设提供变形预报，避免事故 科学意义：为工程设计提供检验数据，反馈工程设计，建立分析预报模型 应用意义：指导施工，发现问题，及时防治工程事故； 保障安全运行，防治事故发生；抗灾预报（地震、泥石流、滑坡） 辽宁工程技术大学

5. 二、变形分析与预报理论的发展 工程概况与环境 • 1、变形监测及数据处理的一般过程 监测的依据（法规、规程、规范） 变形监测任务委托书 监测网设计（监测点布设、网形设计与优化、精度确定、监测方法、监测周期、方案经济比较）、控制基准、实施计划、数据处理成果 设计监测方案 数据检核 采集观测数据 异常数据取舍 数据插补、平滑、拟合 观测数据的预处理 数据滤波 统计模型 监测网平差与参考点稳定性检验 确定性模型 变形分析与预报方法 综合（组合）模型 辽宁工程技术大学

6. 二、变形分析与预报理论的发展 • 2、变形分析的进展 1）变形的几何分析进展 监测网的几何分析：参考点的稳定性分析 监测点的几何分析：监测数据的时间序列分析 卡尔曼滤波：变形的运动方程 小波理论与频谱分析：动态变形特征 力学分析：有限元分析，反演分析 非线性动力学分析：系统论的分析方法 2）变形的物理解释：回归分析—统计意义的物理解释 确定函数法：变形的力学模型 力学参数的反演分析 系统论、控制论和 非线性的动力学分析 辽宁工程技术大学

7. 二、变形分析与预报理论的发展 • 3、变形的预报模型进展 • 1）变形预报理论：力学理论 • 突变与分叉理论 • 混沌理论 • 2）变形预报模型：时间序列理论 • 灰色系统理论 • 小波理论 • 神经网络 • 3）变形预报工具：模糊理论 • 专家系统 • 数据挖掘与知识发现 • 预警系统与监控平台 辽宁工程技术大学

8. 三、学习的主要内容 • （1） 绪论（学习的意义、主要内容、学习方法等） 2学时 • （2） 变形监测分析与预报的基础理论（监测技术与方案设计、监测数据处理、资料分析及成果表达与解释、监测数据处理平差程序设计（实验）） 8学时 • （3） 变形分析的系统科学理论（变形分析与预报系统论原理、变形体系统研究的动力学方法、变形体系统分析模型） 6学时 • （4） 变形模型的拓扑约束识别（聚类分析相似性测度、变形模型的拓扑约束识别） • 2学时 • （5） 变形体的力学分析与变形驱动力反演（力学分析的有限元法、基于弹性力学的变形驱动力反演）2学时 • （6） 自适应的卡尔曼滤波变形分析模型（卡尔曼滤波基本模型及变形分析模型、应用模型） 2学时 • （7） 时序分析和频谱变形分析法（时间序列分析法和频谱分析法理论） 2学时 • （8） 人工智能变形分析预报方法（BP网络算法及改进、BP网络变形预报模型、神经网络专家系统变形预报系统） 4学时 • （9） 小波理论及变形分析模型（小波理论、小波滤波去噪方法、小波多尺度变形分析模型、小波神经网络预测模型、基于MATLAB的变形预报模型程序设计（实验）） • 10学时 • （10） 变形监测分析与预报的发展展望（监测技术、变形分析与预报、工程安全自动化智能监测系统等发展）2学时 辽宁工程技术大学

9. 四、学习这门课的方法 • 1、坚持理论和实际相结合，能解决实际问题。 • 2、将课堂学习、实验上机和自学相结合 • 3、坚持普遍性和特殊性相结合 • 4、将新仪器、新技术、新手段和新的变形分析理论相结合 • 5、坚持学科交叉，吸收其他学科的先进理论 • 6、坚持理论学习与程序实现相结合，开发新的软件系统 • 7、坚持理论学习与科学研究、发表学术论文、学位论文选题相结合。 辽宁工程技术大学

10. 五、主要参考文献 • 变形监测分析与预报课程先用的教材是武汉大学张正禄、黄全义、文鸿雁、邓跃进等编著的《工程的变形监测分析与预报》测绘科技专著，由测绘出版社2007年11月第一次出版，ISBN:978-7-5030-1720-9. • 参考书主要有（1）陶本藻.自由网平差与变形分析，武汉测绘科技大学出版社，2001；（2）黄声享，尹晖，蒋征编著.变形监测数据处理（第二版），武汉大学出版社，2010；（3）侯建国，王腾军编著.变形监测理论与应用，测绘出版社，2008.（4）吴子安.工程建筑物变形观测数据处理,测绘出版社,1984;(5)陈永奇等.变形监测分析与预报,测绘出版社,1985；（6）董春来.MATLAB语言及测绘数据处理应用，西南交通大学出版社，2012. • 扩充性资料包括：（1）期刊类、学位论文等，这些可以在中国知网上下载并学习；（2）专业的测绘编程网站，如测绘网-测绘程序源码等网站；（3）计算程序编程网站--C++编程与MATLAB编程网站等；（4）测绘类精品课教学网站，如武汉大学精品课网站、国家精品课网站等。 辽宁工程技术大学