CN108763824A - 一种基于数据对称分析的混凝土坝新浇仓有效测温光纤精准定位方法 - Google Patents

Abstract

一种基于数据对称分析的混凝土坝新浇仓有效测温光纤精准定位方法，该方法包括以下步骤：步骤1：光纤埋设施工及数据的获取；步骤2：基于步骤1获取的光纤原始数据，进行初步识别和筛选；步骤3：数据的对称分析；步骤4：确定有效测温光纤测点数量、有效测温光纤感温玻璃芯位置的区间长度与光纤埋设空间位置的对应关系，并对新浇仓有效测点进行编号，实现混凝土坝新浇仓有效测温光纤的精准定位。本发明提供的一种基于数据对称分析的混凝土坝新浇仓有效测温光纤精准定位方法，可以解决单根光纤连续监测多仓混凝土温度时存在的定位不准确的问题，实现混凝土坝新浇仓有效测温光纤的精准定位。

Description

一种基于数据对称分析的混凝土坝新浇仓有效测温光纤精准 定位方法

技术领域

本发明涉及混凝土坝施工技术领域，尤其是一种基于数据对称分析的混凝土坝新浇仓有效测温光纤精准定位方法。

背景技术

光纤是一种连续线性温度传感介质，测温系统会按照设定时间间隔不断获取单根长度3～4km光纤沿程的所有温度数据。监测位置定位是确保准确获取指定部位真实温度数据的基础。传统的光纤定位一般采用速冷剂喷涂法，利用温度突变曲线迅速捕捉测温区间段。该方法仅适用于对速冷剂制冷效果比较敏感的裸纤。然而，混凝土坝工程施工现场环境极其复杂，未加铠装保护的裸纤无法满足抗拉抗折抗打断等要求，必须采用铠装光纤。因此，这种方法无法有效推广应用于混凝土坝工程实践中。

在以往的混凝土坝工程中，由于单仓光纤埋设长度较短，一般将浇筑仓内埋设的小段光纤测温数据的平均值作为该仓混凝土温度实测值，不考虑单个测点的精准定位问题。然而，我国在建某特高混凝土坝工程中光纤布设范围和长度由以往的单仓局部双股埋设10m左右扩大至最大通仓双股埋设180m左右，分布式光纤在混凝土坝工程中的布设范围成倍增加，且国内首次实现了单个浇筑仓通仓埋设光纤，以实时跟踪大坝全生命周期混凝土真实温度变化过程，提高混凝土坝建设和管理水平。传统的短距离测温数据平均化处理的方式已经无法满足坝体精准测温需求。如何正确识别埋入单个浇筑仓内的有效测温段并实现测点位置的精准定位，是获取精确可靠原始温度监测数据的关键，目前尚无成熟理论。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于数据对称分析的混凝土坝新浇仓有效测温光纤精准定位方法，可以解决单根光纤连续监测多仓混凝土温度时存在的定位不准确的问题，实现混凝土坝新浇仓有效测温光纤的精准定位。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于数据对称分析的混凝土坝新浇仓有效测温光纤精准定位方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：光纤埋设施工及数据的获取：采用双股绑扎埋设施工工艺，按照光纤埋设设计方案，在混凝土坝新浇仓内埋设分布式光纤，并在埋设过程中记录本仓有效测温光纤段关键测点的大小米标值，利用分布式光纤温度传感(DTS)系统实时采集单根光纤沿程原始温度监测数据，选取新浇仓收仓后24小时内任意时刻点的光纤测温原始数据作为该仓有效测温光纤精准定位的数据源；

步骤2：基于步骤1获取的光纤原始数据，进行初步识别和筛选，得到筛选后的数据；

步骤3：数据的对称分析：

步骤3-1：在步骤2得到的筛选后的数据的基础上，确定待分析数据区间上有N(N＝2n-1或2n)个温度测点，其中，n为正整数，将这些数据在同一数轴上表示，确定N组数据(x_i,y_i)(i＝1,2,3,...,N)的第一虚拟对称中心，其中x_i表示第i个测点，y_i表示第i个测点的温度值，并将第一虚拟对称中心右侧的实测温度数据通过对称翻转的方式移动至左侧，得到两组同侧温度数据；

步骤3-2：采用曲线拟合方法处理翻转后的两组温度数据，计算两组数据拟合曲线偏差量的平方和e₁，并将其作为监测数据对称度误差评价指标；

步骤3-3：在数轴上将第一虚拟对称中心分别向左和向右平移一个测点位，得到第二虚拟对称中心和第三虚拟对称中心；

步骤3-4：按照步骤3-1的方法，分别以第二对称中心和第三对称中心为对称轴，进行数据的对称翻转，并剔除翻转后首或尾多余的一个测点；

步骤3-5：按照步骤3-2的方法，分别完成两次平移操作后两组温度数据的曲线拟合，计算两组数据拟合曲线偏差量的平方和e₂与e₃；

步骤3-6：比较e₁、e₂和e₃，确定两组数据曲线拟合偏差量平方和的最小值，由此确定有效测温数据的对称中心，计算公式为：

e＝min(e₁,e₂,e₃) (1)；

步骤4：结合新浇仓有效测温光纤段关键测点米标记录值和该仓光纤实际埋设长度，确定有效测温光纤测点数量、有效测温光纤感温玻璃芯位置的区间长度与光纤埋设空间位置的对应关系，并对新浇仓有效测点进行编号，实现混凝土坝新浇仓有效测温光纤的精准定位。

优选地，步骤1中，利用单根长度3～4km的铠装分布式光纤监测混凝土坝单坝段连续浇筑的几十仓混凝土的温度，根据光纤的空间位置，将其分为：由监测房至仓面光纤安置房的引线光纤、安置房内待埋设光纤、浇筑仓内引线光纤、有效测温光纤和浇筑仓之间的垂直向引线光纤。

优选地，步骤1中，采用双股绑扎埋设施工工艺在混凝土坝新浇仓内埋设分布式光纤：将单根长度3～4km的铠装光纤卷成300～500m不等的小卷后，放置于待埋设坝段仓面光纤安置房内，并将主测头从安置房内引至施工现场监测房内，通过尾纤与分布式光纤温度传感系统的侧温主机相连；结合坝体浇筑施工进度，严格按照设计光纤埋设方案，在备仓阶段，从仓面光纤安置房内整理出拟浇仓预埋光纤，并将其每隔0.5m用扎丝双股绑扎，绑扎过程中要求严格对准光纤铠装保护套上的大小米标值，并在该仓浇筑至待埋坯层后，采用铁叉控位结合人工振捣的方式将双股光纤埋入设计坯层指定深度处，同时，记录本仓有效测温光纤段关键测点的大小米标值。

优选地，步骤2对原始数据进行初步识别和筛选的原则为：

(1)在埋设的光纤米标区间扩大范围内，选取低于常温数据的有效测温光纤感温玻璃芯位置的区间长度测温区间段；

(2)埋入混凝土内部的光纤测温区间段起点和终点的温度数据差距在1℃以内；

(3)光纤测温区间段起点和终点均在上升通道内，通常选择上升通道内的第一个点。

优选地，步骤3中，利用曲线拟合方法进行温度数据对称分析的方法为：

①采用m次多项式分别拟合翻转处理后的两组数据，拟合曲线p_m(x)和p_m(x')分别表示为：

式中，x和x'分别为变量；p_m(x)为第一虚拟对称中心左侧测点温度数据的m次多项式拟合曲线；a₀～a_m为m次多项式拟合曲线的系数；p_m(x')为第一虚拟对称中心右侧翻转处理后测点温度数据的m次多项式拟合曲线，a'₀～a'_m为m次多项式拟合曲线的系数；x^m和x'^m为变量的m次方；a_j和a'_j分别为求和公式中多项式拟合曲线的系数；x^j和x'^j分别为求和公式中多项式拟合曲线变量的j次方。

②在任意测点x_i和x′_i处，p_m(x)和p_m(x')与实测数据之间均存在一定偏差，偏差R_i和R′_i可分别表示为：

式中，p_m(x)为第一虚拟对称中心左侧测点数据的m次多项式拟合曲线，y_i为第一虚拟对称中心左侧实测数据，R_i为第一虚拟对称中心左侧测点拟合数据与实测数据的偏差；p_m(x')为第一虚拟对称中心右侧翻转处理后测点数据的m次多项式拟合曲线，y′_i为第一虚拟对称中心右侧翻转处理后的实测数据，R′_i为第一虚拟对称中心右侧翻转处理后测点拟合数据与实测数据的偏差。

③基于最小二乘法原理，两组数据拟合曲线的偏差平方和Φ与Φ'分别表示为：

式中各参数含义均参考公式(1)、(2)和(3)中的详细描述。

④同时，计算翻转处理后两组数据拟合曲线偏差量的平方和e₁，将其作为监测数据对称度误差评价指标，计算公式如下：

式中各参数含义同上。

⑤完成上述一次翻转和一次曲线拟合后，分别将第一虚拟对称中心向左和右平移一个测点位，得到第二虚拟对称中心和第三虚拟对称中心；按照上述同样的方式进行翻转，并剔除翻转后首或尾多余的一个测点，基于上述曲线拟合计算原理，确定左、右平移一个测点位后两组数据拟合曲线偏差量的平方和e₂与e₃，计算公式分别如下：

式中，为将对称中心左移一位后，第二虚拟对称中心左侧测点数据的(m-1)次多项式拟合曲线；为对称中心左移一位后，第二虚拟对称中心右侧翻转处理后测点数据的(m-1)次多项式拟合曲线；为将对称中心右移一位后，第三虚拟对称中心左侧测点数据的(m-1)次多项式拟合曲线；为对称中心右移一位后，第三虚拟对称中心右侧翻转处理后测点数据的(m-1)次多项式拟合曲线；其他参数含义同上。

本发明提供一种基于数据对称分析的混凝土坝新浇仓有效测温光纤精准定位方法。针对单根光纤连续监测多仓混凝土温度时存在的定位不准确的问题，结合双股绑扎埋设施工工艺下光纤测温数据的结构特征，建立了基于翻转、平移和曲线拟合的数据对称分析数学模型，结合新浇仓光纤布设方案、米标记录信息、平均浇筑温度、收仓后24h内光纤测温原始数据及现场实测气温等，实现了混凝土坝新浇仓有效测温光纤的精准定位，可为坝体混凝土温度状态分析、安全性评价等研究工作的开展提供精确可靠的原始温度实测数据。实例分析表明，利用该方法能够准确确定有效测温光纤测点数量、有效测温光纤感温玻璃芯位置的区间长度(Length)与监测位置的对应关系，获取的混凝土坝浇筑仓有效测温数据准确可靠。所述方法可以解决单根光纤连续监测多仓混凝土温度时存在的定位不准确的问题，对获取精确可靠光纤测温原始数据具有重大意义。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例一步骤3中提出的基于翻转、平移及曲线拟合的数据对称分析数学模型示意图，此时数据量为奇数；

图2为本发明实施例一步骤3中提出的基于翻转、平移及曲线拟合的数据对称分析数学模型示意图，此时数据量为偶数；

图3为本发明实施例一步骤1中列举的光纤双股绑扎埋设平面示意图；

图4本发明实施例一步骤1中列举的连续浇筑的两仓混凝土内光纤双股绑扎埋设三维示意图；

图5为本发明图3中新浇仓光纤埋设平面示意图；

图6为本发明实施例二的光纤与点温度计埋设方案示意图；

图7为本发明实施例二的数据预处理示意图，

图8为本发明实施例二的数据对称分析处理示意图，

图9为本发明实施例二的典型测点光纤测温与点温度计测温过程曲线对比图，

图10为本发明实施例二的典型测点21天龄期内光纤与点温度计测温绝对差值分布图。

具体实施方式

实施例一

一种基于数据对称分析的混凝土坝新浇仓有效测温光纤精准定位方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：光纤埋设施工及数据的获取：采用双股绑扎埋设施工工艺，按照光纤埋设设计方案，在混凝土坝新浇仓内埋设分布式光纤，并在埋设过程中记录本仓有效测温光纤段关键测点的大小米标值，利用分布式光纤温度传感(DTS)系统实时采集单根光纤沿程原始温度监测数据，选取新浇仓收仓后24小时内任意时刻点的光纤测温原始数据作为该仓有效测温光纤精准定位的数据源；

例如可如图3～图5一样进行埋设，图3中监测房1位于上游面边坡平台，其内放置DTS系统及其他配套设备2，引线光纤3一端连接DTS系统及其他配套设备2，并引至浇筑仓面4，其内测温光纤段5双股绑扎埋设在混凝土内，引出线置于仓面光纤安置房6，并存放大量连续埋设用光纤7(待埋设光纤)；

图4和图5中，已浇仓8中埋设有双股光纤8-1，新浇仓9中埋设有双股光纤9-1，图3中O-O₁-O-A-B-C-D段为埋入新浇仓混凝土内的双股光纤，O为上一浇筑仓光纤出仓面点，O₁为新浇仓光纤出仓面点，同理，下一浇筑仓光纤从此点开始向上引线至仓内光纤埋设高程并完成该仓光纤的双股绑扎埋设施工，如此循环，实现单坝段单根光纤连续监测多仓混凝土的目标。以图中新浇仓为例，O-O₁为新浇仓沿横缝面钢筋垂直向引线段，O-A为垂直向引线段与有效测温段的连接段，即仓内埋设光纤引线段，A-B-C-D为有效测温光纤段，这两段光纤均采用双股绑扎埋设施工工艺，实际监测位置大小米标绑扎在一起，每一个测点对应两个米标。因此，同一个空间位置点上可以获取两组混凝土内部温度数据，DTS原始测温数据中体现为这一部分以Length为横坐标，温度值关于某一个Length值对应的轴具有对称性。在埋设施工中，施工人员准确记录有效测温段光纤关键点大小米标值。

步骤2：基于步骤1获取的光纤原始数据，进行初步识别和筛选，得到筛选后的数据；

步骤3：数据的对称分析：

步骤3-1：在步骤2得到的筛选后的数据的基础上，确定待分析数据区间上有N(N＝2n-1或2n)个温度测点，其中，n为正整数，将这些数据在同一数轴上表示，确定N组数据(x_i,y_i)(i＝1,2,3,...,N)的第一虚拟对称中心，其中x_i表示第i个测点，y_i表示第i个测点的温度值，并将第一虚拟对称中心右侧的实测温度数据通过对称翻转的方式移动至左侧，得到两组同侧温度数据；

步骤3-2：采用曲线拟合方法处理翻转后的两组温度数据，计算两组数据拟合曲线偏差量的平方和e₁，并将其作为监测数据对称度误差评价指标；

步骤3-3：在数轴上将第一虚拟对称中心分别向左和向右平移一个测点位，得到第二虚拟对称中心和第三虚拟对称中心；

步骤3-4：按照步骤3-1的方法，分别以第二对称中心和第三对称中心为对称轴，进行数据的对称翻转，并剔除翻转后首或尾多余的一个测点；

步骤3-5：按照步骤3-2的方法，分别完成两次平移操作后两组温度数据的曲线拟合，计算两组数据拟合曲线偏差量的平方和e₂与e₃；

步骤3-6：比较e₁、e₂和e₃，确定两组数据曲线拟合偏差量平方和的最小值，由此确定有效测温数据的对称中心，计算公式为：

e＝min(e₁,e₂,e₃) (1)；

得到的数据对称分析数学模型如图1和图2所示，数据量存在奇、偶数特征。

步骤4：结合新浇仓有效测温光纤段关键测点米标记录值和该仓光纤实际埋设长度，确定有效测温光纤测点数量、有效测温光纤感温玻璃芯位置的区间长度与光纤埋设空间位置的对应关系，并对新浇仓有效测点进行编号，实现混凝土坝新浇仓有效测温光纤的精准定位。

步骤1中，利用单根长度3～4km的铠装分布式光纤监测混凝土坝单坝段连续浇筑的几十仓混凝土的温度，根据光纤的空间位置，将其分为：由监测房至仓面光纤安置房的引线光纤、安置房内待埋设光纤、浇筑仓内引线光纤、有效测温光纤和浇筑仓之间的垂直向引线光纤。

步骤1中，采用双股绑扎埋设施工工艺在混凝土坝新浇仓内埋设分布式光纤：将单根长度3～4km的铠装光纤卷成300～500m不等的小卷后，放置于待埋设坝段仓面光纤安置房内，并将主测头从安置房内引至施工现场监测房内，通过尾纤与分布式光纤温度传感系统的侧温主机相连；结合坝体浇筑施工进度，严格按照设计光纤埋设方案，在备仓阶段，从仓面光纤安置房内整理出拟浇仓预埋光纤，并将其每隔0.5m用扎丝双股绑扎，绑扎过程中要求严格对准光纤铠装保护套上的大小米标值，并在该仓浇筑至待埋坯层后，采用铁叉控位结合人工振捣的方式将双股光纤埋入设计坯层指定深度处，同时，记录本仓有效测温光纤段关键测点的大小米标值。

步骤2对原始数据进行初步识别和筛选的原则为：

(1)在埋设的光纤米标区间扩大范围内，选取低于常温数据的有效测温光纤感温玻璃芯位置的区间长度测温区间段

及

(2)埋入混凝土内部的光纤测温区间段起点和终点的温度数据差距在1℃以内

及

(3)光纤测温区间段起点和终点均在上升通道内，通常选择上升通道内的第一个点。

步骤3中，利用曲线拟合方法进行数据对称分析的方法为：

①采用m次多项式分别拟合翻转处理后的两组数据，拟合曲线p_m(x)和p_m(x')分别表示为：

式中，x和x'分别为变量；p_m(x)为第一虚拟对称中心左侧测点温度数据的m次多项式拟合曲线；a₀～a_m为m次多项式拟合曲线的系数；p_m(x')为第一虚拟对称中心右侧翻转处理后测点温度数据的m次多项式拟合曲线，a'₀～a'_m为m次多项式拟合曲线的系数；x^m和x'^m为变量的m次方；a_j和a'_j分别为求和公式中多项式拟合曲线的系数；x^j和x'^j分别为求和公式中多项式拟合曲线变量的j次方。

②在任意测点x_i和x′_i处，p_m(x)和p_m(x')与实测数据之间均存在一定偏差，偏差R_i和R′_i可分别表示为：

式中，p_m(x)为第一虚拟对称中心左侧测点数据的m次多项式拟合曲线，y_i为第一虚拟对称中心左侧实测数据，R_i为第一虚拟对称中心左侧测点拟合数据与实测数据的偏差；p_m(x')为第一虚拟对称中心右侧翻转处理后测点数据的m次多项式拟合曲线，y′_i为第一虚拟对称中心右侧翻转处理后的实测数据，R′_i为第一虚拟对称中心右侧翻转处理后测点拟合数据与实测数据的偏差。

③基于最小二乘法原理，两组数据拟合曲线的偏差平方和Φ与Φ'分别表示为：

式中各参数含义均参考公式(1)、(2)和(3)中的详细描述。

④同时，计算翻转处理后两组数据拟合曲线偏差量的平方和e₁，将其作为监测数据对称度误差评价指标，计算公式如下：

式中各参数含义同上。

⑤完成上述一次翻转和一次曲线拟合后，分别将第一虚拟对称中心向左和右平移一个测点位，得到第二虚拟对称中心和第三虚拟对称中心；按照上述同样的方式进行翻转，并剔除翻转后首或尾多余的一个测点，基于上述曲线拟合计算原理，确定左、右平移一个测点位后两组数据拟合曲线偏差量的平方和e₂与e₃，计算公式分别如下：

式中，为将对称中心左移一位后，第二虚拟对称中心左侧测点数据的(m-1)次多项式拟合曲线；为对称中心左移一位后，第二虚拟对称中心右侧翻转处理后测点数据的(m-1)次多项式拟合曲线；为将对称中心右移一位后，第三虚拟对称中心左侧测点数据的(m-1)次多项式拟合曲线；为对称中心右移一位后，第三虚拟对称中心右侧翻转处理后测点数据的(m-1)次多项式拟合曲线；其他参数含义同上。

实施例二

以某大坝17#-013仓光纤测温数据为例，利用本发明提出的新浇仓有效测温光纤精准定位方法，确定该仓有效测温测点区间段及每个测点对应的实际空间位置，同时在光纤埋设线路的上游面、仓中部及下游面分别埋设3支点温度计，利用对应位置点温度计实测数据验证定位结果的可靠性。17#-013仓光纤与点温度计埋设方案如图6所示，仅包含有效测温光纤段，其中，A和D点为埋设起点和终点，B和C点分别为靠上、下游面转折点，E、F和G点为与三支点温度计空间位置一致的测点。

17#-013仓混凝土浇筑层厚3m，分六个坯层连续浇筑施工，于2017/11/1 12:21:21开仓浇筑，2017/11/2 10:42:28收仓，浇筑历时22.4小时，混凝土平均浇筑温度11.43℃。分布式光纤和点温度计按上述方案埋设在第三坯层以下25cm处，远离布置在第一和第四坯层的冷却水管，确保温度监测数据真实反映该仓混凝土内部温度变化情况。依据埋设施工记录文件，上述7个关键测点的光纤大、小米标值如表1所示。监测17#坝段的单根光纤总长4000m，17#-013仓埋设有效测温光纤172m，引线12m，DTS系统激光器每隔两小时打点一次，获取光纤沿程温度监测数据，生成一个.ddf格式的光纤测温原始数据文件。

表1 17#-013仓7个关键测点米标(单位：m)

选择2017/11/3 11:00的17#坝段单根光纤原始监测数据进行分析，包含埋入17#-013仓混凝土内的光纤及前后扩展段光纤上的216个测点。原始数据主要表达了光纤玻璃芯Length与混凝土温度的一一对应关系。

结合大坝混凝土温度变化规律，浇筑完成后0.5天龄期时，混凝土温度与平均浇筑温度相比，一般上升3℃左右，二级配混凝土适当再高1℃左右；同时，根据施工现场气象资料，当天的外界环境气温在17～23℃之间，且白天太阳辐射较强。另一方面，由于DTS空间分辨率为1.02m，因此，172m长的有效测温光纤对应的有效测点数量不会超过172个。综上，可以确定埋入混凝土内的光纤段对应的Length区间如图7所示，测点总数为178个。区间段第1个测点的Length和温度值分别为1318.328m、12.991℃，依据本发明提出的数据对称分析数学模型，可表示为(1,12.991)；同理，区间段第178个测点的Length和温度值分别为1498.864m、12.267℃，可表示为(178,12.267)。

17#-013仓可参与对称分析的原始数据的Length区间为(1318.328，1498.864)，对应数据序号区间为(1，178)。基于本发明提出的数据对称分析数学模型，首先以数据(89，11.241)和(90，11.673)的中点为第一虚拟对称中心，将右侧数据对称翻转至左侧并计算两组数据的对称度误差量e₁，随后将虚拟对称中心分别向左、右平移一个测点，即分别以(89，11.241)、(90，11.673)为第二、第三虚拟对称中心，将右侧数据对称翻转至左侧并计算两组数据的对称度误差量e₂、e₃，共进行3次翻转和2次平移操作，示意图如图8所示。对称度误差计算结果如表2所示。由此可以得出，测点(89，11.241)即为17#-013仓光纤测温数据的对称中心，对应原始数据中的Length为1408.09m。

确定了17#-013仓光纤测温数据的对称中心，即确定了图6中有效测温光纤D点对应的Length值。根据实际埋设有效测温光纤长度、DTS系统的空间分辨率和测点的对称性，确定有效测温光纤测点总数为169个，7个关键测点的大小米标与Length的对应关系如表3所示。由于大小米标绑扎在一起，两个Length处监测的是光线埋设路线上的同一位置，为了尽量减少数据冗余，选择靠近DTS系统的一半Length范围的监测数据作为后期有效测温数据提取的依据，最后确定有效测点编号及对应Length值如表4所示，有效测点数量85个，表中加粗的测点DTS17013-01、DTS17013-012、DTS17013-29、DTS17013-45、DTS17013-64、DTS17013-74、DTS17013-85分别对应埋设线路上的A～G关键测点。

表2 17#-013仓混凝土内光纤段测温数据对称度误差计算结果

表3 17#-013仓7个关键测点米标与Length对应关系

表4 17#-013仓光纤有效测点编号及对应Length值

基于埋设在E、F和G三个测点的三支点温度计Z17-1、Z17-2和Z17-3的实测数据，验证三个测点光纤测温数据的可靠性和精度，从而实现对上述空间定位结果可靠性的检验。选择17#-013仓21天龄期内以0.5天为采样间隔的实测数据作为数据源，两种方式下三个测点处混凝土温度过程曲线如图9所示，从图中可以看出，三个测点光纤测温数据与点温度计测温数据随龄期动态变化，反映出的混凝土温度变化趋势基本一致，且同一测点混凝土温度变化趋势吻合得更好。

在此基础上，计算同一龄期下三个测点光纤测值与点温度计测值的绝对差值ΔT_E、ΔT_F和ΔT_G，21天龄期内光纤与点温度计测温绝对差值分布如图10所示。从图表中可以发现，三个测点光纤与点温度计测值之差绝大多数在0.5℃以内，整体在1℃以内。由于DTS系统测量精度为1℃，点温度计测温精度为±0.5℃，上述对比分析结果可以说明同一位置处光纤测温值与点温度计测值吻合良好，进而证明利用本发明提出的数据对称分析数学模型和新浇仓有效测温光纤精准定位方法，能够准确确定有效测温光纤测点数量、Length与监测位置的对应关系，从而实现有效测温光纤的精准定位，确保准确获取混凝土坝浇筑仓有效测温光纤温度监测数据，为坝体混凝土温度状态分析、安全性评价等研究工作的开展提供精确可靠的原始数据。

本发明结合混凝土坝分布式光纤测温数据的特征，首先建立了一种基于翻转、平移和曲线拟合的数据对称分析数学模型，通过三次数据翻转、两次对称中心平移和三次多项式曲线拟合可以确定新浇仓双股光纤原始监测数据的对称中心；在此基础上，结合浇筑仓埋设光纤米标记录值和该仓光纤的实际埋设长度，确定了混凝土坝新浇仓有效测温光纤测点数量、Length与监测位置的对应关系，从而实现混凝土坝新浇仓有效测温光纤的空间定位；最后，以某大坝17#-013仓光纤测温数据为例，利用本发明提出的新浇仓有效测温光纤精准定位方法，确定该仓有效测温测点区间段及每个测点对应的实际空间位置，同时在光纤埋设线路的上游面、仓中部及下游面分别埋设3支点温度计，利用对应位置点温度计实测数据验证定位结果的可靠性。对比分析结果表明，三个测点光纤与点温度计测值之差绝大多数在0.5℃以内，整体在1℃以内，同一位置处光纤测温值与点温度计测值吻合较好，证明利用本发明提出的数据对称分析数学模型和新浇仓有效测温光纤精准定位方法，能够准确确定有效测温光纤测点数量、Length与监测位置的对应关系，从而实现混凝土坝新浇仓有效测温光纤的精准定位，确保准确获取混凝土坝浇筑仓有效测温光纤温度监测数据，为坝体混凝土温度状态分析、安全性评价等研究工作的开展提供精确可靠的原始数据。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于数据对称分析的混凝土坝新浇仓有效测温光纤精准定位方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤1：光纤埋设施工及数据的获取：采用双股绑扎埋设施工工艺，按照光纤埋设设计方案，在混凝土坝新浇仓内埋设分布式光纤，并在埋设过程中记录本仓有效测温光纤段关键测点的大小米标值，利用分布式光纤温度传感(DTS)系统实时采集单根光纤沿程原始温度监测数据，选取新浇仓收仓后24小时内任意时刻点的光纤测温原始数据作为该仓有效测温光纤精准定位的数据源；

步骤2：基于步骤1获取的光纤原始数据，进行初步识别和筛选，得到筛选后的数据；

步骤3：数据的对称分析：

步骤3-1：在步骤2得到的筛选后的数据的基础上，确定待分析数据区间上有N(N＝2n-1或2n)个温度测点，其中，n为正整数，将这些数据在同一数轴上表示，确定N组数据(x_i,y_i)(i＝1,2,3,...,N)的第一虚拟对称中心，其中x_i表示第i个测点，y_i表示第i个测点的温度值，并将第一虚拟对称中心右侧的实测温度数据通过对称翻转的方式移动至左侧，得到两组同侧温度数据；

步骤3-2：采用曲线拟合方法处理翻转后的两组温度数据，计算两组数据拟合曲线偏差量的平方和e₁，并将其作为监测数据对称度误差评价指标；

步骤3-3：在数轴上将第一虚拟对称中心分别向左和向右平移一个测点位，得到第二虚拟对称中心和第三虚拟对称中心；

步骤3-4：按照步骤3-1的方法，分别以第二对称中心和第三对称中心为对称轴，进行数据的对称翻转，并剔除翻转后首或尾多余的一个测点；

步骤3-5：按照步骤3-2的方法，分别完成两次平移操作后两组温度数据的曲线拟合，计算两组数据拟合曲线偏差量的平方和e₂与e₃；

步骤3-6：比较e₁、e₂和e₃，确定两组数据曲线拟合偏差量平方和的最小值，由此确定有效测温数据的对称中心，计算公式为：

e＝min(e₁,e₂,e₃) (1)；

步骤4：结合新浇仓有效测温光纤段关键测点米标记录值和该仓光纤实际埋设长度，确定有效测温光纤测点数量、有效测温光纤感温玻璃芯位置的区间长度与光纤埋设空间位置的对应关系，并对新浇仓有效测点进行编号，实现混凝土坝新浇仓有效测温光纤的精准定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于数据对称分析的混凝土坝新浇仓有效测温光纤精准定位方法，其特征在于：步骤1中，利用单根长度3～4km的铠装分布式光纤监测混凝土坝单坝段连续浇筑的几十仓混凝土的温度，根据光纤的空间位置，将其分为：由监测房至仓面光纤安置房的引线光纤、安置房内待埋设光纤、浇筑仓内引线光纤、有效测温光纤和浇筑仓之间的垂直向引线光纤。

3.根据权利要求2所述的一种基于数据对称分析的混凝土坝新浇仓有效测温光纤精准定位方法，其特征在于步骤1中，采用双股绑扎埋设施工工艺在混凝土坝新浇仓内埋设分布式光纤：将单根长度3～4km的铠装光纤卷成300～500m不等的小卷后，放置于待埋设坝段仓面光纤安置房内，并将主测头从安置房内引至施工现场监测房内，通过尾纤与分布式光纤温度传感系统的侧温主机相连；结合坝体浇筑施工进度，严格按照设计光纤埋设方案，在备仓阶段，从仓面光纤安置房内整理出拟浇仓预埋光纤，并将其每隔0.5m用扎丝双股绑扎，绑扎过程中要求严格对准光纤铠装保护套上的大小米标值，并在该仓浇筑至待埋坯层后，采用铁叉控位结合人工振捣的方式将双股光纤埋入设计坯层指定深度处，同时，记录本仓有效测温光纤段关键测点的大小米标值。

4.根据权利要求1所述的一种基于数据对称分析的混凝土坝新浇仓有效测温光纤精准定位方法，其特征在于：步骤2对原始数据进行初步识别和筛选的原则为：

(1)在埋设的光纤米标区间扩大范围内，选取低于常温数据的有效测温光纤感温玻璃芯位置的区间长度测温区间段；

(2)埋入混凝土内部的光纤测温区间段起点和终点的温度数据差距在1℃以内；

(3)光纤测温区间段起点和终点均在上升通道内，通常选择上升通道内的第一个点。

5.根据权利要求1所述的一种基于数据对称分析的混凝土坝新浇仓有效测温光纤精准定位方法，其特征在于步骤3中，利用曲线拟合方法进行温度数据对称分析的方法为：

①采用m次多项式分别拟合翻转处理后的两组数据，拟合曲线p_m(x)和p_m(x')分别表示为：

式中，x和x'分别为变量；p_m(x)为第一虚拟对称中心左侧测点温度数据的m次多项式拟合曲线；a₀～a_m为m次多项式拟合曲线的系数；p_m(x')为第一虚拟对称中心右侧翻转处理后测点温度数据的m次多项式拟合曲线，a'₀～a'_m为m次多项式拟合曲线的系数；x^m和x'^m为变量的m次方；a_j和a'_j分别为求和公式中多项式拟合曲线的系数；x^j和x'^j分别为求和公式中多项式拟合曲线变量的j次方；

②在任意测点x_i和x′_i处，p_m(x)和p_m(x')与实测数据之间均存在一定偏差，偏差R_i和R′_i可分别表示为：

式中，p_m(x)为第一虚拟对称中心左侧测点数据的m次多项式拟合曲线，y_i为第一虚拟对称中心左侧实测数据，R_i为第一虚拟对称中心左侧测点拟合数据与实测数据的偏差；p_m(x')为第一虚拟对称中心右侧翻转处理后测点数据的m次多项式拟合曲线，y′_i为第一虚拟对称中心右侧翻转处理后的实测数据，R′_i为第一虚拟对称中心右侧翻转处理后测点拟合数据与实测数据的偏差。

③基于最小二乘法原理，两组数据拟合曲线的偏差平方和Φ与Φ'分别表示为：

式中各参数含义均参考公式(1)、(2)和(3)中的详细描述。

④同时，计算翻转处理后两组数据拟合曲线偏差量的平方和e₁，将其作为监测数据对称度误差评价指标，计算公式如下：

式中各参数含义同上。

⑤完成上述一次翻转和一次曲线拟合后，分别将第一虚拟对称中心向左和右平移一个测点位，得到第二虚拟对称中心和第三虚拟对称中心；按照上述同样的方式进行翻转，并剔除翻转后首或尾多余的一个测点，基于上述曲线拟合计算原理，确定左、右平移一个测点位后两组数据拟合曲线偏差量的平方和e₂与e₃，计算公式分别如下：

式中，为将对称中心左移一位后，第二虚拟对称中心左侧测点数据的(m-1)次多项式拟合曲线；为对称中心左移一位后，第二虚拟对称中心右侧翻转处理后测点数据的(m-1)次多项式拟合曲线；为将对称中心右移一位后，第三虚拟对称中心左侧测点数据的(m-1)次多项式拟合曲线；为对称中心右移一位后，第三虚拟对称中心右侧翻转处理后测点数据的(m-1)次多项式拟合曲线；其他参数含义同上。