| 单词 | 现代变形监测数据的动态处理 |
| 释义 | 【现代变形监测数据的动态处理】 拼译：the dynamic data processing of modern deformatiion detection 在科学观测和科学实验中，参数测量已成为重要内容。大量测量实践证明，对某一客观现象进行多次重复观测，每次观测结果不尽相同，并且不能事先预断，具有偶然性、随机性。 参数测量一般都要重复进行多次。由于测量结果具有随机性，使得测量误差成为一个随机变量，其中包括仪器、环境、人员、数据计算、理论模型在内的随机因素。因此参数测量的主要任务，是根据带有误差的有限的观测数据推断出待定参数的最佳值，它关系到能否从大量观测数据中得到有可靠性和应用价值的信息。观测数据处理即参数的最佳估计值，应是能使残差平方和即目标函数达到最小的那些值，这就是最小二乘原理。最初处理观测数据的最小二乘法，即经典最小二乘法，则指参数与观测量成线性关系，观测量的诸观测值之间相互独立条件下的最小二乘法；随着参数测量扩大，即有些观测值间彼此相关，出现了相关测量最小二乘法(是指在观测值相关情况下，必须考虑相关性对参数拟合的影响)，其处理方法是在选取观测值的数据时考虑相关项，然后进行加权最小二乘处理。在变形监测动态观测系统中，观测量和变形参数都是随时间变化而变化的动态数据。以往在处理这类数据时，一般仍沿用经典最小二乘法，即用静态方法处理。当前，世界各国越来越重视地壳运动(包括矿山开采引起的地表运动)的监测和研究，监测对象已扩展到机理不甚清楚的地壳形变，对监测形变的准确度提出了更高要求，因此，监测数据的处理需要顾及观测对象是运动的，以及观测时间、外界环境变化状态因素对观测量是有影响的，以能得出正确的形变参数和形变结果。否则，时间变化和外界环境状态变化的影响将全部叠加到观测误差上，而导致监测结果的畸变，甚至把超过某一限值但却是因在不同时刻、不同外界环境状态观测的合理数值误当作超限值予以剔除，从而严重妨碍地壳移动信息的有效提取。由此可见，在变形监测这类动态观测系统中，必须采用顾及时间参数和外界状态参数的动态最小二乘法处理动态观测值。1987年陶华学立了国家自然科学基金项目“动态最小二乘法理论研究”，1991年完成并经部级鉴定。该动态最小二乘法在经典最小二乘法中加上了时间变化项和考虑外界环境因素对观测值的影响，可对不同时刻和不同环境状态下的复测值进行动态处理，其中主要包括瞬时、瞬态的动态数据处理以及瞬时、同态的动态数据处理。瞬时、瞬态的动态数据处理及相应的数学模型，包括求观测量和未知参数的瞬时、瞬态的最或是值及其精度估算。目前的研究提出了如下处理方法和数学模型：第一是观测量瞬时、瞬态的直接动态处理。由于地壳表面移动监测在野外进行，无疑将受到许多环境因素(状态参数)的影响，如地表温度、降雨及蒸发、气压、地下温度、地湿度、地下水位等，都会直接或间接反映到观测值中，它们既有趋势性，又有周期性；既有一定的规律性，又有偶然性，总体可视为非随机性。另一方面，同一测点上各环境状态因素对观测值的影响也随时间变化而变化。这就需要将不同时刻、不同环境状态因素下得到的几次观测值归算到某一时刻和此时刻对应的环境状态因素(瞬态)下的观测值。为此，需建立每一时刻的观测值与该观测时刻的环境状态因素间的函数式，利用广义多元线性回归原理建立其函数关系式。导出观测值瞬时、瞬态包括各环境状态因素的动态误差方程式，进而可求得观测值瞬时、瞬态的最或是值，并估算其精度。第二是未知参数量的瞬时、瞬态的间接动态处理。动态观测系统的未知参数包括坐标未知参数和运动参数。一个变形监测系统往往是在不同时刻、不同环境状态下进行多期重复观测。为此，首先对每一期确定一个标准时刻和标准时刻对应的外界环境状态因素参数值，将同期在不同时刻、不同状态下由上面介绍求得的每个观测量的瞬时、瞬态最或是值进一步归算为该期标准时刻的瞬时、瞬态的观测值估值，以此估值作为虚拟的新观测值，列出动态误差方程式，求解可得标准时刻的瞬时、瞬态的未知参数。标准时刻的选定可根据需要确定。第三是未知参数量的瞬时、瞬态的条件动态处理。与瞬时、瞬态间接动态处理不同的只是根据虚拟的新观测值组成条件方程式，求解后也可得标准时刻的瞬时、瞬态的未知参数值及其精度估值。这种处理方法可合理展示各形变点的时空演变过程。瞬时、同态的动态数据处理，当只考虑时间参数而忽略环境状态参数(变化不大时)进行观测量数据处理时，此乃瞬时、同态的动态数据处理，可以合理展示各形变点的时空演变过程。现有如下几种动态处理方法：第一是瞬时、同态的间接动态处理，首先用一定转换函数式，将不同时刻的观测量转换成标准时刻的观测量，根据观测时刻的环境状态参数值和标准时刻的虚拟观测值列出动态误差方程，求解得各期标准时刻的瞬时、同态的未知参数值及其精度估值。第二是瞬时、同态的条件动态处理，与瞬时、同态间接动态处理不同的只是用标准时刻的虚拟观测值列出动态条件方程式，解出标准时刻的瞬时、同态的未知参数值及其精度估值。考虑到变形观测值中一般还可能含有系统误差，而处理变形观测数据时需要用有关起始(已知)数据。但起始数据往往也含有误差，因此，在前面所述方法的基础上又提出了顾及起始数据误差和系统误差影响的动态数据处理方法及模型，也就是在瞬时、瞬态和瞬时、同态的动态数据处理模型中引入这两种误差项，通过数据处理可减小它对移动参数的影响。在有的监测系统中，往往布设两个等级的监测网。这就需要考虑一个监测系统不同等级监测网观测数据的整体动态处理。这也有两种处理方法：一是整体间接动态处理，关键是列出包含两个等级网观测值和参数值的整体动态误差方程式，求解可得出两个等级网点相应的未知参数值。二是整体条件动态处理，关键是列出包含两个等级网观测数据的整体动态条件方程式，求解可求得两个等级网点相应的未知参数值。此外，在动态数据处理中还从运动观点出发，提出一种顾及时间参数的动态最小二乘法的递推计算格式，以估算形变点的运动参数(含移动量、移动速度和移动加速度)，以减少不必要的重复计算，并避免在计算中存贮大量的观测数据。这一方法，主要是建立一个模型阶数逐渐增加的动态最小二乘法递推计算模型。实际计算结果表明，这种递推方法的精度很高，也省时，还可节省内存空间。随着科学技术的发展，运用动态最小二乘法处理动态观测数据还将不断发展、完善，主要是建立动态最小二乘四维时空模型，建立均匀形变场和非均匀形变场、同时顾及各种影响因素的动态最小二乘法模型。【参考文献】：1 Tao huaxue，Zhang Lianpeng．The Study on the Theory of Dynamic Adjustment，AVN，19912 Tao Huaxue．The 3rd-Dynamic Model for Crustal Deformation konitoring，FIG，1991，193 Tao Huaxue，Appllcation of Dynamic least Seares to Dynamic Monitoring system 8th Congress，International Society for Mine Surveying，1991，94 陶华学．煤炭学报，1991，45 陶华学，五淑玲．勘察科学技术，1991，3(山东矿业学院博士生导师陶华学教授撰) |
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