一種基于增量判別的水電工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)粗差處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于增量判別的水電工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)粗差處理方法，屬于水電工程安全監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。該方法對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)求取兩相鄰測值的增量形成新的增量數(shù)據(jù)序列，在對(duì)該增量序列依次進(jìn)行萊茵達(dá)準(zhǔn)則判別，若滿足增量序列測值和下一增量序列測值符合萊茵達(dá)準(zhǔn)則、下下一增量序列測值不符合萊茵達(dá)準(zhǔn)則的條件，則判斷該增量序列測值所對(duì)應(yīng)的原始測值為尖點(diǎn)異常值，應(yīng)予以剔除并重新插值補(bǔ)充。本方法方法可有效識(shí)別并剔除尖點(diǎn)異常值，解決傳統(tǒng)人工識(shí)別效率低下易錯(cuò)的問題，并提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本，為監(jiān)測報(bào)表等后續(xù)工作提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
【專利說明】
-種基于増量判別的水電工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)粗差處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于水電工程安全監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于增量判別的水電工程 安全監(jiān)測數(shù)據(jù)粗差處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來我國水電發(fā)展尤為迅速，一大批水電樞紐已完建開始投入運(yùn)行，由于水電 工程規(guī)模龐大，關(guān)系到庫區(qū)和下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全，因而無論是在建設(shè)期還是運(yùn)行期，都 需定期評(píng)估大巧的運(yùn)行性態(tài)。生產(chǎn)實(shí)際中，由于環(huán)境擾動(dòng)、信號(hào)干擾、測量誤差等各種原因 導(dǎo)致大巧安全監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，為了有效識(shí)別并剔除異常值W便為下一步的建筑物預(yù)警 及報(bào)表生成提供依據(jù)，因而有必要研究一種可W針對(duì)水電工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)粗差處理的方 法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于增量判別的水電工程安 全監(jiān)測數(shù)據(jù)粗差處理方法，W有效識(shí)別并剔除異常值，為后續(xù)工作提供扎實(shí)基礎(chǔ)。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0005] -種基于增量判別的水電工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)粗差處理方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟（1)，對(duì)于工程安全監(jiān)測中的某一測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)序列xi，X2,…，xn(n>10)， 依次求取兩相鄰測值的增量A Xi = XW-XiU = 1，2,…，n-1)，得到增量數(shù)據(jù)序列A XI，A X2 , ... , A Xn-I;
[0007] 步驟（2 )，求取增量數(shù)據(jù)序列的平均值
和標(biāo)準(zhǔn)差
，并對(duì)增量數(shù)據(jù)A Xi依次進(jìn)行萊茵達(dá)準(zhǔn)則判別（亦稱30準(zhǔn)則），具體判
別萬法如h :
[000引a.若增量數(shù)據(jù)序列值A(chǔ) Xi不滿 ，則進(jìn)行下一增 量數(shù)據(jù)序列值的檢查；
[0009] b.若增量數(shù)據(jù)序列值A(chǔ) Xi滿足 i下一增量數(shù)據(jù) 序列值A(chǔ) Xi+地滿足該不等式，且下下一測值A(chǔ) XW不滿足該不等式，則增量序列測值A(chǔ) Xi 所對(duì)應(yīng)的原測值Xi + l為尖點(diǎn)異常測值，予W剔除，并將在原測值位置替換成新測值
[0010] C .若增量數(shù)據(jù)序列值A(chǔ) Xi滿足
但下一測值A(chǔ) XW不滿足該不等式，則進(jìn)行下一增量數(shù)據(jù)序列值的檢查；
[0011] 按照W上判別方法依次對(duì)所有增量數(shù)據(jù)序列值進(jìn)行判別，得到新的監(jiān)測數(shù)據(jù)序 列。
[0012] 通過對(duì)測值兩相鄰增量形成的新序列進(jìn)行萊茵達(dá)法則判別，根據(jù)判別結(jié)果確定某 測值是否為異常值，從而達(dá)到對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)粗差處理的目的。對(duì)測值而言，所述的測點(diǎn)可W是 測縫計(jì)、應(yīng)變計(jì)、多點(diǎn)位移計(jì)、測斜儀、壓應(yīng)力計(jì)等的監(jiān)測數(shù)據(jù)，但不僅限于上述監(jiān)測儀器。 [OOU]監(jiān)測數(shù)據(jù)為測縫計(jì)、應(yīng)變計(jì)、多點(diǎn)位移計(jì)、測斜儀或壓應(yīng)力計(jì)監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)。
[0014] 常規(guī)30準(zhǔn)則為針對(duì)若干次獨(dú)立等精度測量結(jié)果X1，X2,…，Xn計(jì)算其算術(shù)平均值
，若測量結(jié)果剩余誤差|x, - ^大于3倍標(biāo)準(zhǔn)誤差，良
則表示該測量結(jié)果為異常數(shù)據(jù)，由于常規(guī)30準(zhǔn)則基于測值屬于正態(tài)分布類型，而從實(shí)際情 況來看，常規(guī)30準(zhǔn)則判斷相關(guān)聯(lián)性差，容易導(dǎo)致誤判，誤判率較高。
[0015] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果為：
[0016] 本發(fā)明通過建立一種基于增量判別的水電工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)粗差處理方法，有效 識(shí)別并剔除了水電工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)中的尖點(diǎn)異常值，解決了傳統(tǒng)人工識(shí)別效率低下易錯(cuò) 的問題，為監(jiān)測數(shù)據(jù)的后續(xù)處理提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
[0017] 本發(fā)明針對(duì)海量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，只需輸入時(shí)間即可自適應(yīng)捜索最匹配的原始記錄， 并對(duì)原始記錄進(jìn)行粗差處理，識(shí)別并剔除尖點(diǎn)異常值，本發(fā)明方法將大大提高水電工程在 施工期、運(yùn)行期內(nèi)的安全監(jiān)測數(shù)據(jù)粗差的識(shí)別效率，并極大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了生產(chǎn)成 本，為監(jiān)測報(bào)表等后續(xù)工作提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，對(duì)于中國西部完建、在建、擬建萬余座水 庫大巧，本發(fā)明的市場需求和經(jīng)濟(jì)效益均較為顯著。
[0018] 使用傳統(tǒng)人工方法對(duì)100萬條測縫計(jì)開合度數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Excel進(jìn)行粗差處理大致 需要1人工日，而使用前述方法編制計(jì)算機(jī)程序后，處理相同數(shù)據(jù)僅需要93秒，加上后續(xù)人 工檢驗(yàn)也只需0.2人工日，提高生產(chǎn)效率80% W上，且處理準(zhǔn)確性也大大提高，降低誤判率 80% W上。由于大巧施工期及運(yùn)行期每天都會(huì)有大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)產(chǎn)生，每周都需要對(duì)數(shù)據(jù) 進(jìn)行粗差處理，按每次減少工作量80%估計(jì)，按每人工日400元計(jì)，對(duì)一座水電站而言，每月 節(jié)省生產(chǎn)成本1280元，年節(jié)約成本15360元。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例中測縫計(jì)開合度測值過程線。
[0020] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中經(jīng)過粗差處理后的測縫計(jì)測值過程線。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0022] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下列實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限定本發(fā) 明的范圍。實(shí)施例中未注明具體技術(shù)或條件者，按照本領(lǐng)域內(nèi)的文獻(xiàn)所描述的技術(shù)或條件 或者按照產(chǎn)品說明書進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可W通過購買獲得的 常規(guī)產(chǎn)品。
[0023] 表1是本發(fā)明實(shí)施例中某水電站22#巧段某測點(diǎn)（C4-A22-J-17)的部分監(jiān)測數(shù)據(jù) 表。
[0024] 表2是本發(fā)明實(shí)施例中增量序列值及其偏差值表。
[0025] 表3是本發(fā)明實(shí)施例中經(jīng)過粗差處理后的測值表。
[0026] 本發(fā)明的具體實(shí)例如下，
[0027] (A)針對(duì)給定的時(shí)間范圍，自適應(yīng)捜索并導(dǎo)出數(shù)據(jù)庫中最接近給定時(shí)間范圍的原 始記錄；
[0028] 某水電站2?!巧段某測點(diǎn)（C4-A22-J-17)的部分監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1所示。W下需要導(dǎo) 出2013年10月5日7:00~2013年10月26日9:00的數(shù)據(jù)。
[0029] 表1某水電站2?巧段某測點(diǎn)編號(hào)為C4-A22-J-17的部分監(jiān)測數(shù)據(jù)
[0030]
[003。 捜索表1的原始數(shù)據(jù)，與給定時(shí)間段2013年10月5日7:00~2013年10月26日9:00最 匹配的數(shù)據(jù)為序號(hào)2~25的數(shù)據(jù)，將其導(dǎo)出，繪制如圖1所示的測值過程線。
[0032] (B)針對(duì)給出的數(shù)據(jù)序列xi，X2,…，xn(n>10)依次進(jìn)行判斷，分別計(jì)算相鄰兩測值 的增量 A Xi = Xi+1-Xi(i = 1，2，…，n-1)，得到增量數(shù)據(jù)序列 A Xi，A X2，…，A Xn-I，即（X2-X1)， (X3-X2)，…，（Xi-Xi-I)，…，（Xn-Xn-I)，求取該增量序列的平均{1
和標(biāo)準(zhǔn)偏差
[0033] 對(duì)表1中的序號(hào)2~25的數(shù)據(jù)形成新測值序列xi，X2,…，xn(n = 24)依次求取相鄰兩 測值的增量A xi = Xi+：L-Xi(i = l，2,…，n-l)，形成新的增量數(shù)據(jù)序列A XI，A X2，。'，A xn-i(n = 24)如下：
[0034] -0.01，0.01，-0.01，-0.01，0.02,0,0,0,0.03，-0.04,0,41.57，-41.55，-0.02， 0?03，0，-〇?Ol，0，0?03，-〇?03，0，-〇?02，0?02〇
[0035] 上述增量數(shù)據(jù)的平均值巧
[0036] H術(shù)說吾獄報(bào)席別的3倍掠準(zhǔn)偏差責(zé)
[0037] (C)對(duì)該增量序列的每個(gè)測值依次進(jìn)行萊茵達(dá)準(zhǔn)則判別（亦稱30準(zhǔn)則），即
，式中A Xi為當(dāng)前測值；
[0038] 具體判別方法如下：
[0039] a.若增量數(shù)據(jù)序列值A(chǔ) Xi不滿 ，則進(jìn)行下一增 量數(shù)據(jù)序列值的檢查；
[0040] b.若增量數(shù)據(jù)序列值A(chǔ) Xi滿盾 i下一增量數(shù)據(jù) 序列值A(chǔ) Xi+地滿足該不等式，且下下一測值A(chǔ) XW不滿足該不等式，則增量序列測值A(chǔ) Xi 所對(duì)應(yīng)的原測值Xi + l為尖點(diǎn)異常測值，予W剔除，并將在原測值位置替換成新測值
[0041 ] C.若增量數(shù)據(jù)序列值A(chǔ) Xi滿^
,但下一測值A(chǔ) XW不滿足該不等式，則進(jìn)行下一增量數(shù)據(jù)序列值的檢查；
[0042] 按照W上判別方法依次對(duì)所有增量數(shù)據(jù)序列值進(jìn)行判別，得到新的監(jiān)測數(shù)據(jù)序 列。
[0043] 依次計(jì)算上述增量序列中每個(gè)測值及其偏差值- A￥|，如表2所示。
[0044] 表2增量數(shù)據(jù)序列值及相應(yīng)的偏差值表
[0045]
[0046] (D)通過比較每行
k小可知，連續(xù)兩序列值41.57 和-41.55偏差值超過了 3倍標(biāo)準(zhǔn)差，緊后序列值-0.02未超過上述標(biāo)準(zhǔn)，屬于前述判別方 法中的b情況，屬于尖點(diǎn)異常數(shù)據(jù)，應(yīng)剔除原始測值序列Xi中的第14行數(shù)據(jù)，即表1中 2 0 1 3 / 1 0/ 1 6 8 : 00所對(duì)應(yīng)的測值42mm。并將在原測值位置替換成新測值
[0047] 測值-41.55雖滿足偏差超過3倍標(biāo)準(zhǔn)差，但其緊后測值-0.02不滿足，則不屬于前 述b情況，屬于前述C情況，不予剔除。
[0048] 化)經(jīng)過粗差處理后的測縫計(jì)測值數(shù)據(jù)如表3所示，其開合度過程線如圖2所示。
[0049] 表3經(jīng)過粗差處理后的測值數(shù)據(jù)
[(K)加 ]
[0051]對(duì)大巧安全監(jiān)測而言，每種儀器的監(jiān)測數(shù)據(jù)（測縫計(jì)、應(yīng)變計(jì)、多點(diǎn)位移計(jì)、測斜 儀、壓應(yīng)力計(jì)等等)在生成報(bào)表之前都需要對(duì)其進(jìn)行粗差處理，篩選出明顯的異常值方能進(jìn) 行下一步工作。而大巧安全監(jiān)測規(guī)范要求大巧安全監(jiān)測周報(bào)、月報(bào)W及年報(bào)均需要對(duì)該時(shí) 間段內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行粗差處理、整編后方可用于生成報(bào)表。前述針對(duì)測縫計(jì)開合度的監(jiān) 測數(shù)據(jù)進(jìn)行粗差處理僅用于說明該方法的步驟，并不局限于測縫計(jì)。因而本發(fā)明的處理方 法可對(duì)大巧施工期和運(yùn)行期的大巧安全監(jiān)測發(fā)揮重要作用。
[0052] 使用傳統(tǒng)人工方法對(duì)100萬條測縫計(jì)開合度數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Excel進(jìn)行粗差處理大致 需要1人工日，而使用前述方法編制計(jì)算機(jī)程序后，處理相同數(shù)據(jù)僅需要93秒，加上后續(xù)人 工檢驗(yàn)也只需0.2人工日，提高生產(chǎn)效率80% W上，且處理準(zhǔn)確性也大大提高，降低誤判率 80% W上。由于大巧施工期及運(yùn)行期每天都會(huì)有大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)產(chǎn)生，每周都需要對(duì)數(shù)據(jù) 進(jìn)行粗差處理，按每次減少工作量80%估計(jì)，按每人工日400元計(jì)，對(duì)一座水電站而言，每月 節(jié)省生產(chǎn)成本1280元，年節(jié)約成本15360元。
[0053] W上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，運(yùn)些變 化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于增量判別的水電工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)粗差處理方法，其特征在于，包括如下 步驟：步驟（1)，對(duì)于工程安全監(jiān)測中的某一測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)序列X1，X2,-SXn(H)IO),依次 求取兩相鄰測值的增量Δ Xi = xi+1-Xi(i = l，2,…，n-l)，得到增量數(shù)據(jù)序列Δ X1, Δ X2，···， A Xn-I ； 步驟(2)，求取增量數(shù)據(jù)序列的平均_然 后對(duì)增量數(shù)據(jù)A X1依次進(jìn)行萊茵達(dá)準(zhǔn)則判別;具體判別方法如下： a. 若增量數(shù)據(jù)序列值△ X1不滿>，則進(jìn)行下一增量數(shù) 據(jù)序列值的檢查；值Δ Xl+1也滿足該不等式，且下下一測值△ Xl+2不滿足該不等式，則增量序列測值△ Xl所對(duì) 應(yīng)的原測值Xl + 1為尖點(diǎn)異常測值，予以剔除，并將在原測值位置替換成新測值 b. 若增量數(shù)據(jù)序列值△ Xi滿， ，且下一增量數(shù)據(jù)序列c .若增量數(shù)據(jù)序列值Δ Xi滿足 ，但下一測值Δ xi+1f 滿足該不等式，則進(jìn)行下一增量數(shù)fe/予列俚的恨宜； 按照以上判別方法依次對(duì)所有增量數(shù)據(jù)序列值進(jìn)行判別，得到新的監(jiān)測數(shù)據(jù)序列。2. 根據(jù)權(quán)利要求1基于增量判別的水電工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)粗差處理方法，其特征在于， 監(jiān)測數(shù)據(jù)為測縫計(jì)、應(yīng)變計(jì)、多點(diǎn)位移計(jì)、測斜儀或壓應(yīng)力計(jì)監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G06Q50/06GK106022966SQ201610372702
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】張宗亮, 艾永平, 易魁, 陳亞軍, 趙志勇, 王永祥, 張文學(xué), 魯俊兵, 邱小弟, 張禮兵, 陳豪, 李然, 張鵬, 胡靈芝, 張帥, 廖貴能, 彭欣欣, 龐博慧, 陳鴻杰
【申請(qǐng)人】中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司, 華能瀾滄江水電股份有限公司