一种利用边坡变形数据快速确定监测点移动轨迹的方法与流程

本发明涉及一种确定监测点移动轨迹的方法，特别涉及一种利用边坡变形数据快速确定监测点移动轨迹的方法。

背景技术：
通过GPS监测能够获取边坡上监测点的三维变形序列，进而能够得到监测点的位移轨迹，这不仅有助于直观掌握监测点的历史变形状况，而且对监测点下一阶段位移趋势估计也具有指导作用。但由于卫星导航误差、GPS信号传播误差、接收机误差和解算方法限制等不利因素的影响，监测点的变形结果中往往包含多种噪声，使得较难获取监测点的真实位移轨迹，而位移轨迹不仅是监测点变形的直观反映，往往也能体现监测点下一阶段的运动趋势和状态。尽管滤波方法能够获得监测点位移轨迹，但存在计算量大、算法复杂以及初始参数难以选取等问题，无法满足边坡监测工程中监测点位移轨迹的实时快速估计要求，很难直接用于边坡现场的监测点轨迹计算。

技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用边坡变形数据快速确定监测点移动轨迹的方法，从含有大量噪声的三维变形监测数据中快速确定监测点位置，以满足边坡监测工程中监测点位移轨迹快速估计的要求。本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明提供一种利用边坡变形数据快速确定监测点移动轨迹的方法，包括以下具体步骤：步骤1：设置确定监测点移动轨迹所需的三维变形序列的观测期数为n；步骤2：读取当前观测到的边坡上监测点的三维变形序列，若当前观测期数k≤n，则转至步骤3，否则转至步骤4；步骤3：提取前k期观测到的监测点三维变形序列，根据公式1计算监测点在x,y,z三个方向的变形量的平均值，转入步骤5；其中，分别为监测点在x,y,z三个方向的变形量的平均值，xi,yi,zi分别为第i期观测到的监测点在x,y,z三个方向的变形量；步骤4：提取当前期及其前n-1期共n期的监测点三维变形序列，根据公式2计算监测点在x,y,z三个方向的变形量的平均值，转入步骤5；步骤5：将监测点在x,y,z三个方向的变形量的平均值作为质心的坐标，根据公式3计算监测点与质心之间的距离：其中，di为第i期观测到的监测点与质心之间的欧式距离；步骤6：根据公式4计算监测点的权重：其中，wi为第i期观测到的监测点的权重；步骤7：根据公式5计算监测点当前时刻的坐标：其中，为监测点当前时刻的坐标；步骤8：当观测到新一期监测点的三维变形数据后，重复步骤2至步骤7；将步骤7计算得到的不同时刻的监测点坐标采用光滑曲线连接，最终得到监测点的移动轨迹。作为本发明的进一步优化方案，步骤1中n的取值根据实际计算需要设置。作为本发明的进一步优化方案，步骤8中监测点的移动轨迹采用平滑曲线连接步骤7计算得到的不同时刻的监测点坐标得到。作为本发明的进一步优化方案，步骤1中n的取值为15。作为本发明的进一步优化方案，步骤1中n的取值为20。本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明能够较为准确地获得监测点位移轨迹，且具有计算量较小、算法简单和效率高等优点，能够满足边坡监测工程中监测点位移轨迹的实时快速估计要求，可直接用于边坡现场的监测点轨迹计算。附图说明图1是本发明的方法流程图。图2是未经处理的监测点原始位移轨迹曲线。图3是本发明处理后获得的监测点位移轨迹曲线。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明：四川省汉源县某边坡上共布设了118个GPS点用于监测边坡变形，这些点由28个实时监测点和90个定期监测点构成，实时监测点每天可以得到1组三维变形数据，定期监测点每10天可以得到1组三维变形数据。通过长时间观测，得到了监测点大量三维变形信息，选择变形较大的实时监测点TP142三维变形序列作为实验数据。本发明提供一种利用边坡变形数据快速确定监测点移动轨迹的方法，如图1所示，具体步骤如下：1、配置用于计算监测点位移轨迹的观测数据期数，称为计算期数，一般取n＝15；2、读取当前时刻监测点的三维变形量；确定监测点当前时刻的观测期数k，计算监测点x,y,z三个方向的变形量的平均值，具体方法如下：301，如果观测期数k≤14，则监测点x,y,z三个方向的变形量的平均值为：式中，xi,yi,zi分别为第i期观测到的监测点在x,y,z三个方向的变形量，分别为监测点在x,y,z三个方向的变形量的平均值；302，如果观测期数k≥15，则监测点x,y,z三个方向的变形量的平均值为：4、将计算得到的监测点三个方向的变形量的平均值作为质心的坐标，计算监测点与质心之间的欧式距离；式中，di为第i期观测到的监测点与质心之间的欧式距离；5、将监测点与质心之间距离的倒数作为当前监测点的权重：其中，wi为第i期观测到的监测点的权重；6、根据监测点15期的观测到的变形量及对应权重计算监测点当前时刻的位置；式中，为监测点当前时刻的坐标；7、获得监测点新一期变形数据，重复步骤2至步骤6，得到后续时刻监测点的位置，并采用光滑曲线连接相邻时刻的监测点，最终得到监测点的位移轨迹。遵循上述本发明的技术方案，得到监测点平面上的移动轨迹。其中横轴为监测期间监测点在x方向的移动量，纵轴为监测期间监测点在y方向的移动量，曲线为监测点的移动轨迹。如图2所示，为未经过处理的监测点原始位移轨迹。如图3所示，为本发明获得的监测点移动轨迹。从图2和图3可以看出，本发明获得的监测点移动轨迹与未经处理的监测点原始移动轨迹总体来说较为相似，说明本发明能够较为准确地得到监测点的移动轨迹，但本发明获得的位移轨迹曲线较原始移动轨迹曲线更为光滑，也比原始移动轨迹曲线更为稳定，更能真实的反映监测点的移动变化。以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。