CN113358088A - 一种堤防观测断面形变趋势分析方法和系统 - Google Patents

一种堤防观测断面形变趋势分析方法和系统 Download PDF

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CN113358088A CN202110629992.4A CN202110629992A CN113358088A CN 113358088 A CN113358088 A CN 113358088A CN 202110629992 A CN202110629992 A CN 202110629992A CN 113358088 A CN113358088 A CN 113358088A
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Abstract

本申请公开了一种堤防观测断面形变趋势分析方法和系统。一方面可以判断目标堤防上某一个堤防观测点的堤防观测断面形变趋势，能够在堤防观测点的堤防观测断面真正出现剧烈形变之前，可以对该堤防观测断面的形变进行趋势预判和预警，更好地保障了堤防的安全性。另一方面还可以判断目标堤防观测断面整体的形变趋势。能够在目标堤防观测断面真正出现剧烈形变之前，可以对目标堤防观测断面的形变进行趋势预判，更好地保障了堤防的安全性。

Description

一种堤防观测断面形变趋势分析方法和系统
技术领域
本申请涉及水利工程管理技术领域，特别涉及一种堤防观测断面形变趋势分析方法和系统。
背景技术
堤防工程是抵御洪涝灾害的重要工程措施，堤防的安全与否直接关系保护区内的千百万人民生命财产安全和经济建设。如果堤防工程存在着安全隐患，则堤防的运行风险很高，也无法发挥其正常的效益；隐患不能及时发现和处理，甚至会导致溃堤，对保护区内千百万人民生命财产安全带来严重的威胁。
堤防在自重、车载压力、水压力、扬压力、冰压力、泥沙淤积压力及温度等荷载作用下，会产生不同的变形。因此，变形监测是对堤防最直接的监测，是了解堤防工作状态的重要内容，也是判断堤防是否安全最简单的方法。
现有的堤防形变监测往往只是获取形变的相关数据，在堤防已经形变严重之后才会发出警告，难以在日常的监测结果中预先对堤防形变趋势做出分析预判。
发明内容
本申请的目的在于提供一种堤防观测断面形变趋势分析方法和系统，其能够改善上述问题。
本申请的实施例是这样实现的：
第一方面，本申请提供一种堤防观测断面形变趋势分析系统，该系统用于分析目标堤防上某一个堤防观测点的堤防观测断面形变趋势，该系统包括：电子水准仪、测距仪和单点形变趋势分析处理器。
同时，本申请提供一种堤防观测断面形变趋势分析方法，该方法应用于第一方面公开的堤防观测断面形变趋势分析系统，该方法包括：
在监测时期内周期性地获取目标堤防上目标堤防观测点的水平位移数据和垂直位移数据，分别作为所述目标堤防观测点的水平位移数据集合和垂直位移数据集合；
计算所述水平位移数据集合的线性回归斜率bx1或Sen斜率Sx1；
根据所述水平位移数据集合的线性回归斜率bx1或Sen斜率Sx1的正负性，判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的水平形变趋势；
计算所述垂直位移数据集合的线性回归斜率bx2或Sen斜率Sx2；
根据所述垂直位移数据集合的线性回归斜率bx2或Sen斜率Sx2的正负性，判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的垂直形变趋势。
可以理解，第一方面所公开的堤防观测断面形变趋势分析系统和方法，用于判断目标堤防上某一个堤防观测点的堤防观测断面形变趋势。其中，电子水准仪用于在监测时期内周期性地获取垂直位移数据，形成垂直位移数据集合；测距仪用于在监测时期内周期性地获取水平位移数据，形成水平位移数据集合；单点形变趋势分析处理器根据垂直位移数据集合和水平位移数据集合的数据，经过线性回归斜率或Sen斜率的计算来判断目标堤防上某一个堤防观测点的堤防观测断面形变趋势。能够在堤防观测点的堤防观测断面真正出现剧烈形变之前，可以对该堤防观测断面的形变进行趋势预判，更好地保障了堤防的安全性。
在本申请可选的实施例中，所述根据所述水平位移数据集合的线性回归斜率bx1或Sen斜率Sx1的正负性，判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的水平形变趋势，包括：在所述水平位移数据集合的线性回归斜率bx1＞0或Sen斜率Sx1＞0的情况下，判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的水平形变趋势为朝江心方向移动；在所述水平位移数据集合的线性回归斜率bx1＜0或Sen斜率Sx1＜0的情况下，判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的水平形变趋势为背离江心方向移动；所述根据所述垂直位移数据集合的线性回归斜率bx2或Sen斜率Sx2的正负性，判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的垂直形变趋势，包括：在所述垂直位移数据集合的线性回归斜率bx2＞0或Sen斜率Sx2＞0的情况下，判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的垂直形变趋势为隆起趋势；在所述垂直位移数据集合的线性回归斜率bx2＜0或Sen斜率Sx2＜0的情况下，判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的垂直形变趋势为沉降趋势。
在本申请可选的实施例中，所述计算所述水平位移数据集合的线性回归斜率bx1或Sen斜率Sx1，包括：根据下式计算所述线性回归斜率bx1：
Figure BDA0003103304060000031
其中，所述xi表示第i次获取到的所述目标堤防观测点的水平位移数据，ti表示获取数据xi时对应的时刻，n表示在监测时期内获取数据xi的次数；
或者，
计算所述Sen斜率Sx1，所述Sen斜率Sx1为集合Qx1(i,j)的中位数，其中，集合Qx1(i,j)为所述水平位移数据集合中任意两点斜率的集合；
所述计算所述垂直位移数据集合的线性回归斜率bx2或Sen斜率Sx2，包括：根据下式计算所述线性回归斜率bx2：
Figure BDA0003103304060000032
其中，所述x'i表示第i次获取到的所述目标堤防观测点的垂直位移数据，ti表示获取数据x'i时对应的时刻，n表示在监测时期内获取数据x'i的次数；或者，
计算所述Sen斜率Sx2，所述Sen斜率Sx2为集合Qx2(i,j)的中位数，其中，集合Qx2(i,j)为所述垂直位移数据集合中任意两点斜率的集合。
在本申请可选的实施例中，所述方法还包括：
利用Mann-Kendall算法计算所述水平位移数据集合和所述垂直位移数据集合的标准化秩次统计量Zx1和Zx2；
在所述判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的水平形变趋势之后，所述方法还包括：
在所述标准化秩次统计量Zx1的绝对值大于1.96的情况下，判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面将继续保持所述水平形变趋势；
在所述判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的垂直形变趋势之后，所述方法还包括：
在所述标准化秩次统计量Zx2的绝对值大于1.96的情况下，判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面将继续保持所述垂直形变趋势。
可以理解，在依据上述水平位移数据集合的线性回归斜率bx1或Sen斜率Sx1的正负性，判断目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的水平形变趋势之后，可以通过上述标准化秩次统计量Zx1的计算来判断该目标堤防观测点所对应的堤防观测断面是否会继续保持这种水平形变趋势，从而进一步地辅助系统对水平形变趋势做出判断。在依据上述垂直位移数据集合的线性回归斜率bx2或Sen斜率Sx2的正负性，判断目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的垂直形变趋势之后，可以通过上述标准化秩次统计量Zx2的计算来判断该目标堤防观测点所对应的堤防观测断面是否会继续保持这种垂直形变趋势，从而进一步地辅助系统对垂直形变趋势做出判断。
第二方面，本申请提供另一种堤防观测断面形变趋势分析系统，该系统用于分析目标堤防上整体堤防观测断面形变趋势，该系统包括多个第一方面所公开的堤防观测断面形变趋势分析系统、堤防水平形变趋势分析处理器和堤防垂直形变趋势分析处理器。
同时，本申请提供另一种堤防观测断面形变趋势分析方法，该方法应用于第二方面公开的堤防观测断面形变趋势分析系统，该方法包括：
在监测时期内周期性地获取所述目标堤防上所有堤防观测点的水平位移数据和垂直位移数据；
计算各个所述堤防观测点的水平位移数据的线性回归斜率bm1，计算各个所述堤防观测点的垂直位移数据的线性回归斜率bm2；
计算所述目标堤防上的所有所述堤防观测点的水平位移数据的线性回归斜率的偏态系数，作为第一偏态系数Cs1，计算所述目标堤防上的所有所述堤防观测点的垂直位移数据的线性回归斜率的偏态系数，作为第二偏态系数Cs2；
根据所述第一偏态系数Cs1的正负性，判断所述目标堤防的水平形变趋势，根据所述第二偏态系数Cs2的正负性，判断所述目标堤防的垂直形变趋势。
可以理解，第二方面所公开的堤防观测断面形变趋势分析系统和方法，用于判断目标堤防观测断面整体的形变趋势。该系统包括多个第一方面所公开的堤防观测断面形变趋势分析系统、堤防水平形变趋势分析处理器和堤防垂直形变趋势分析处理器。沿河道在目标堤防上设置有多个堤防观测点，每个堤防观测点均配备有第一方面所公开的堤防观测断面形变趋势分析系统，各个堤防观测点分别计算各自堤防观测点的水平位移数据的线性回归斜率bm1和垂直位移数据的线性回归斜率bm2。堤防水平形变趋势分析处理器根据所有堤防观测点的水平位移数据的线性回归斜率的偏态系数Cs1，即可判断目标堤防观测断面整体的水平形变趋势。堤防垂直形变趋势分析处理器根据所有堤防观测点的垂直位移数据的线性回归斜率的偏态系数Cs2，即可判断目标堤防观测断面整体的垂直形变趋势。能够在目标堤防观测断面真正出现剧烈形变之前，可以对目标堤防观测断面的形变进行趋势预判，更好地保障了堤防的安全性。
在本申请可选的实施例中，所述根据所述第一偏态系数Cs1的正负性，判断所述目标堤防的水平形变趋势，根据所述第二偏态系数Cs2的正负性，判断所述目标堤防的垂直形变趋势，包括：
在所述第一偏态系数Cs1＞0的情况下，判断所述目标堤防的水平形变趋势为朝江心方向移动，在所述第一偏态系数Cs1＜0的情况下，判断所述目标堤防的水平形变趋势为背离江心方向移动；
在所述第二偏态系数Cs2＞0的情况下，判断所述目标堤防的垂直形变趋势为隆起趋势，在所述第二偏态系数Cs2＜0的情况下，判断所述目标堤防的垂直形变趋势为沉降趋势。
另外，本申请还提供另一种堤防观测断面形变趋势分析方法，该方法应用于第二方面公开的堤防观测断面形变趋势分析系统，该方法包括：
在监测时期内周期性地获取所述目标堤防上所有堤防观测点的水平位移数据和垂直位移数据；
计算各个所述堤防观测点的水平位移数据的Sen斜率Sm1，计算各个所述堤防观测点的垂直位移数据的Sen斜率Sm2；
计算所述目标堤防上的所有所述堤防观测点的水平位移数据的Sen斜率的偏态系数，作为第三偏态系数Cs3，计算所述目标堤防上的所有所述堤防观测点的垂直位移数据的Sen斜率的偏态系数，作为第四偏态系数Cs4；
根据所述第三偏态系数Cs3的正负性，判断所述目标堤防的水平形变趋势，根据所述第四偏态系数Cs4的正负性，判断所述目标堤防的垂直形变趋势。
可以理解，各个堤防观测点还可以分别计算各自堤防观测点的水平位移数据的Sen斜率Sm1和垂直位移数据的Sen斜率Sm2。堤防水平形变趋势分析处理器还可以根据目标堤防上的所有堤防观测点的水平位移数据的Sen斜率的偏态系数Cs3，即可判断目标堤防观测断面整体的水平形变趋势。堤防垂直形变趋势分析处理器还可以根据目标堤防上的所有堤防观测点的垂直位移数据的Sen斜率的偏态系数Cs4，即可判断目标堤防观测断面整体的垂直形变趋势。能够在目标堤防观测断面真正出现剧烈形变之前，可以对目标堤防观测断面的形变进行趋势预判，更好地保障了堤防的安全性。
在本申请可选的实施例中，所述根据所述第三偏态系数Cs3的正负性，判断所述目标堤防的水平形变趋势，根据所述第四偏态系数Cs4的正负性，判断所述目标堤防的垂直形变趋势，包括:
在所述第三偏态系数Cs3＞0的情况下，判断所述目标堤防的水平形变趋势为朝江心方向移动，在所述第三偏态系数Cs3＜0的情况下，判断所述目标堤防的水平形变趋势为背离江心方向移动；
在所述第四偏态系数Cs4＞0的情况下，判断所述目标堤防的垂直形变趋势为隆起趋势，在所述第四偏态系数Cs4＜0的情况下，判断所述目标堤防的垂直形变趋势为沉降趋势。
有益效果：
第一方面所公开的堤防观测断面形变趋势分析系统和方法，用于判断目标堤防上某一个堤防观测点的堤防观测断面形变趋势。其中，电子水准仪用于在监测时期内周期性地获取垂直位移数据，形成垂直位移数据集合；测距仪用于在监测时期内周期性地获取水平位移数据，形成水平位移数据集合；单点形变趋势分析处理器根据垂直位移数据集合和水平位移数据集合的数据，经过线性回归斜率或Sen斜率的计算来判断目标堤防上某一个堤防观测点的堤防观测断面形变趋势。能够在堤防观测点的堤防观测断面真正出现剧烈形变之前，可以对该堤防观测断面的形变进行趋势预判，更好地保障了堤防的安全性。
第二方面所公开的堤防观测断面形变趋势分析系统和方法，用于判断目标堤防观测断面整体的形变趋势。该系统包括多个第一方面所公开的堤防观测断面形变趋势分析系统、堤防水平形变趋势分析处理器和堤防垂直形变趋势分析处理器。沿河道在目标堤防上设置有多个堤防观测点，每个堤防观测点均配备有第一方面所公开的堤防观测断面形变趋势分析系统，各个堤防观测点分别计算各自堤防观测点的水平位移数据的线性回归斜率bm1和垂直位移数据的线性回归斜率bm2。堤防水平形变趋势分析处理器根据所有堤防观测点的水平位移数据的线性回归斜率的偏态系数Cs1，即可判断目标堤防观测断面整体的水平形变趋势。堤防垂直形变趋势分析处理器根据所有堤防观测点的垂直位移数据的线性回归斜率的偏态系数Cs2，即可判断目标堤防观测断面整体的垂直形变趋势。能够在目标堤防观测断面真正出现剧烈形变之前，可以对目标堤防观测断面的形变进行趋势预判，更好地保障了堤防的安全性。
另外，各个堤防观测点还可以分别计算各自堤防观测点的水平位移数据的Sen斜率Sm1和垂直位移数据的Sen斜率Sm2。堤防水平形变趋势分析处理器还可以根据目标堤防上的所有堤防观测点的水平位移数据的Sen斜率的偏态系数Cs3，即可判断目标堤防观测断面整体的水平形变趋势。堤防垂直形变趋势分析处理器还可以根据目标堤防上的所有堤防观测点的垂直位移数据的Sen斜率的偏态系数Cs4，即可判断目标堤防观测断面整体的垂直形变趋势。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举可选实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是目标堤防上各个堤防观测点的示意图；
图2是本申请第一方面提供的一种堤防观测断面形变趋势分析系统的结构示意图；
图3是本申请第一方面提供的一种堤防观测断面形变趋势分析方法的流程示意图；
图4是本申请第二方面提供的一种堤防观测断面形变趋势分析系统的结构示意图；
图5是本申请第二方面提供的一种堤防观测断面形变趋势分析方法的流程示意图；
图6是本申请第二方面提供的另一种堤防观测断面形变趋势分析方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了起到防洪、排涝、抗风浪和风暴潮的作用，沿河道建立有堤防工程。堤防工程是防洪的屏障，堤防的安全与否直接关系保护区内的千百万人民生命财产安全和经济建设。为了维护堤防工程完整，确保工程安全，在目标堤防上依次设置多个堤防观测点，通过对各种检测设备所检测到的数据进行分析，得到各个堤防观测点对应的堤防观测断面形变趋势是十分必要的。如图1所示为待检测的目标堤防上各个堤防观测点的示意图。
第一方面，本申请提供一种堤防观测断面形变趋势分析系统，如图2所示，该系统用于分析目标堤防上某一个堤防观测点的堤防观测断面形变趋势，该系统100包括：电子水准仪10、测距仪20和单点形变趋势分析处理器30。
其中，电子水准仪10用于目标堤防观测点的垂直位移数据；测距仪20用于目标堤防观测点的水平位移数据，在垂直于堤岸方向外侧稳定地带布置固定点，通过测距仪20测量固定点至堤防观测点间的水平距离，从而获取目标堤防观测点的水平位移数据。
同时，本申请提供一种堤防观测断面形变趋势分析方法，该方法应用于第一方面公开的堤防观测断面形变趋势分析系统，如图3所示，该方法包括：
301、在监测时期内周期性地获取目标堤防上目标堤防观测点的水平位移数据和垂直位移数据，分别作为目标堤防观测点的水平位移数据集合和垂直位移数据集合。
在本申请实施例中，上述“监测时期”可以是一段较长的监测时间，比如一年、两年、三年等。上述“周期”可以是利用上述电子水准仪10和测距仪20对水平位移数据和垂直位移数据获取的间隔时间，一般可以是一周、一个月等较短的时间。
302、计算水平位移数据集合的线性回归斜率bx1或Sen斜率Sx1。
在本申请可选的实施例中，根据下式计算线性回归斜率bx1：
Figure BDA0003103304060000101
其中，xi表示第i次获取到的目标堤防观测点的水平位移数据，ti表示获取数据xi时对应的时刻，n表示在监测时期内获取数据xi的次数。
在本申请可选的实施例中，计算Sen斜率Sx1，Sen斜率Sx1为集合Qx1(i,j)的中位数，其中，集合Qx1(i,j)为水平位移数据集合中任意两点斜率的集合；
303、根据水平位移数据集合的线性回归斜率bx1或Sen斜率Sx1的正负性，判断目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的水平形变趋势。
在本申请可选的实施例中，根据水平位移数据集合的线性回归斜率bx1或Sen斜率Sx1的正负性，判断目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的水平形变趋势，包括：在水平位移数据集合的线性回归斜率bx1＞0或Sen斜率Sx1＞0的情况下，判断目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的水平形变趋势为朝江心方向移动；在水平位移数据集合的线性回归斜率bx1＜0或Sen斜率Sx1＜0的情况下，判断目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的水平形变趋势为背离江心方向移动。
304、计算垂直位移数据集合的线性回归斜率bx2或Sen斜率Sx2。
在本申请实施例中，计算垂直位移数据集合的线性回归斜率bx2或Sen斜率Sx2，包括：根据下式计算线性回归斜率bx2：
Figure BDA0003103304060000111
其中，xi'表示第i次获取到的目标堤防观测点的垂直位移数据，ti表示获取数据xi'时对应的时刻，n表示在监测时期内获取数据xi'的次数。
在本申请实施例中，计算Sen斜率Sx2，Sen斜率Sx2为集合Qx2(i,j)的中位数，其中，集合Qx2(i,j)为垂直位移数据集合中任意两点斜率的集合。
305、根据垂直位移数据集合的线性回归斜率bx2或Sen斜率Sx2的正负性，判断目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的垂直形变趋势。
在本申请实施例中，根据垂直位移数据集合的线性回归斜率bx2或Sen斜率Sx2的正负性，判断目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的垂直形变趋势，包括：在垂直位移数据集合的线性回归斜率bx2＞0或Sen斜率Sx2＞0的情况下，判断目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的垂直形变趋势为隆起趋势；在垂直位移数据集合的线性回归斜率bx2＜0或Sen斜率Sx2＜0的情况下，判断目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的垂直形变趋势为沉降趋势。
可以理解，第一方面所公开的堤防观测断面形变趋势分析系统和方法，用于判断目标堤防上某一个堤防观测点的堤防观测断面形变趋势。其中，电子水准仪10用于在监测时期内周期性地获取垂直位移数据，形成垂直位移数据集合；测距仪20用于在监测时期内周期性地获取水平位移数据，形成水平位移数据集合；单点形变趋势分析处理器30根据垂直位移数据集合和水平位移数据集合的数据，经过线性回归斜率或Sen斜率的计算来判断目标堤防上某一个堤防观测点的堤防观测断面形变趋势。能够在堤防观测点的堤防观测断面真正出现剧烈形变之前，可以对该堤防观测断面的形变进行趋势预判，更好地保障了堤防的安全性。
在本申请可选的实施例中，方法还包括：
306、利用Mann-Kendall算法计算水平位移数据集合和垂直位移数据集合的标准化秩次统计量Zx1和Zx2。
在本申请实施例中，首先根据下式计算时间序列上各点两两之间的秩次值集合ri,j；
Figure BDA0003103304060000121
其中，xi表示第i次获取到的目标堤防观测点的水平位移数据，xj表示第j次获取到的目标堤防观测点的水平位移数据，n表示在监测时期内获取数据的次数。
根据下式通过对秩次值ri,j进行求和，计算时间序列的秩次统计量S：
Figure BDA0003103304060000122
再根据下式计算秩次统计量S的期望E(S)和方差Var(S)：
Figure BDA0003103304060000123
最后，根据下式可对统计量S进行标准化，获得服从标准正态分布的统计量Zx1：
Figure BDA0003103304060000124
依据上述方法可以继续计算出垂直位移数据集合的标准化秩次统计量Zx2。
在判断目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的水平形变趋势之后，方法还包括：
307、在标准化秩次统计量Zx1的绝对值大于1.96的情况下，判断目标堤防观测点所对应的堤防观测断面将继续保持水平形变趋势。
在判断目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的垂直形变趋势之后，方法还包括：
308、在标准化秩次统计量Zx2的绝对值大于1.96的情况下，判断目标堤防观测点所对应的堤防观测断面将继续保持垂直形变趋势。
可以理解，在依据上述水平位移数据集合的线性回归斜率bx1或Sen斜率Sx1的正负性，判断目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的水平形变趋势之后，可以通过上述标准化秩次统计量Zx1的计算来判断该目标堤防观测点所对应的堤防观测断面是否会继续保持这种水平形变趋势，从而进一步地辅助系统对水平形变趋势做出判断。在依据上述垂直位移数据集合的线性回归斜率bx2或Sen斜率Sx2的正负性，判断目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的垂直形变趋势之后，可以通过上述标准化秩次统计量Zx2的计算来判断该目标堤防观测点所对应的堤防观测断面是否会继续保持这种垂直形变趋势，从而进一步地辅助系统对垂直形变趋势做出判断。
第二方面，本申请提供另一种堤防观测断面形变趋势分析系统，该系统用于分析目标堤防上整体堤防观测断面形变趋势，如图4所示，该系统200包括多个第一方面所公开的堤防观测断面形变趋势分析系统100、堤防水平形变趋势分析处理器40和堤防垂直形变趋势分析处理器50。
同时，本申请提供另一种堤防观测断面形变趋势分析方法，该方法应用于第二方面公开的堤防观测断面形变趋势分析系统，如图5所示，该方法包括：
501、在监测时期内周期性地获取目标堤防上所有堤防观测点的水平位移数据和垂直位移数据。
在本申请实施例中，上述“监测时期”可以是一段较长的监测时间，比如一年、两年、三年等。上述“周期”可以是利用上述电子水准仪10和测距仪20对水平位移数据和垂直位移数据获取的间隔时间，一般可以是一周、一个月等较短的时间。
502、计算各个堤防观测点的水平位移数据的线性回归斜率bm1，计算各个堤防观测点的垂直位移数据的线性回归斜率bm2。
503、计算目标堤防上的所有堤防观测点的水平位移数据的线性回归斜率的偏态系数，作为第一偏态系数Cs1，计算目标堤防上的所有堤防观测点的垂直位移数据的线性回归斜率的偏态系数，作为第二偏态系数Cs2。
在本申请实施例中，可根据下式计算第一偏态系数Cs1：
Figure BDA0003103304060000141
其中，bm1i为第i个堤防观测点的水平位移数据的线性回归斜率，n为堤防观测点数量，
u为n个堤防观测点的水平位移数据的线性回归斜率的平均值，即
Figure BDA0003103304060000142
σ为n个堤防观测点的水平位移数据的线性回归斜率的标准差，即
Figure BDA0003103304060000143
类似上述方法可以计算出第二偏态系数Cs2。
504、根据第一偏态系数Cs1的正负性，判断目标堤防的水平形变趋势，根据第二偏态系数Cs2的正负性，判断目标堤防的垂直形变趋势。
在本申请可选的实施例中，根据第一偏态系数Cs1的正负性，判断目标堤防的水平形变趋势，根据第二偏态系数Cs2的正负性，判断目标堤防的垂直形变趋势，包括：
在第一偏态系数Cs1＞0的情况下，判断目标堤防的水平形变趋势为朝江心方向移动，在第一偏态系数Cs1＜0的情况下，判断目标堤防的水平形变趋势为背离江心方向移动；
在第二偏态系数Cs2＞0的情况下，判断目标堤防的垂直形变趋势为隆起趋势，在第二偏态系数Cs2＜0的情况下，判断目标堤防的垂直形变趋势为沉降趋势。
可以理解，第二方面所公开的堤防观测断面形变趋势分析系统和方法，用于判断目标堤防观测断面整体的形变趋势。该系统包括多个第一方面所公开的堤防观测断面形变趋势分析系统、堤防水平形变趋势分析处理器40和堤防垂直形变趋势分析处理器50。沿河道在目标堤防上设置有多个堤防观测点，每个堤防观测点均配备有第一方面所公开的堤防观测断面形变趋势分析系统，各个堤防观测点分别计算各自堤防观测点的水平位移数据的线性回归斜率bm1和垂直位移数据的线性回归斜率bm2。堤防水平形变趋势分析处理器40根据所有堤防观测点的水平位移数据的线性回归斜率的偏态系数Cs1，即可判断目标堤防观测断面整体的水平形变趋势。堤防垂直形变趋势分析处理器50根据所有堤防观测点的垂直位移数据的线性回归斜率的偏态系数Cs2，即可判断目标堤防观测断面整体的垂直形变趋势。能够在目标堤防观测断面真正出现剧烈形变之前，可以对目标堤防观测断面的形变进行趋势预判，更好地保障了堤防的安全性。
另外，本申请还提供另一种堤防观测断面形变趋势分析方法，如图6所示，该方法也应用于第二方面公开的堤防观测断面形变趋势分析系统，该方法包括：
601、在监测时期内周期性地获取目标堤防上所有堤防观测点的水平位移数据和垂直位移数据。
602、计算各个堤防观测点的水平位移数据的Sen斜率Sm1，计算各个堤防观测点的垂直位移数据的Sen斜率Sm2。
603、计算目标堤防上的所有堤防观测点的水平位移数据的Sen斜率的偏态系数，作为第三偏态系数Cs3，计算目标堤防上的所有堤防观测点的垂直位移数据的Sen斜率的偏态系数，作为第四偏态系数Cs4。
在本申请实施例中，可根据下式计算第三偏态系数Cs3：
Figure BDA0003103304060000151
其中，Sm1i为第i个堤防观测点的水平位移数据的Sen斜率，n为堤防观测点数量，
u为n个堤防观测点的水平位移数据的Sen斜率的平均值，即
Figure BDA0003103304060000161
σ为n个堤防观测点的水平位移数据的Sen斜率的标准差，即
Figure BDA0003103304060000162
类似上述方法可以计算出第四偏态系数Cs4。
604、根据第三偏态系数Cs3的正负性，判断目标堤防的水平形变趋势，根据第四偏态系数Cs4的正负性，判断目标堤防的垂直形变趋势。
在本申请可选的实施例中，根据第三偏态系数Cs3的正负性，判断目标堤防的水平形变趋势，根据第四偏态系数Cs4的正负性，判断目标堤防的垂直形变趋势，包括:
在第三偏态系数Cs3＞0的情况下，判断目标堤防的水平形变趋势为朝江心方向移动，在第三偏态系数Cs3＜0的情况下，判断目标堤防的水平形变趋势为背离江心方向移动；
在第四偏态系数Cs4＞0的情况下，判断目标堤防的垂直形变趋势为隆起趋势，在第四偏态系数Cs4＜0的情况下，判断目标堤防的垂直形变趋势为沉降趋势。
可以理解，各个堤防观测点还可以分别计算各自堤防观测点的水平位移数据的Sen斜率Sm1和垂直位移数据的Sen斜率Sm2。堤防水平形变趋势分析处理器40还可以根据目标堤防上的所有堤防观测点的水平位移数据的Sen斜率的偏态系数Cs3，即可判断目标堤防观测断面整体的水平形变趋势。堤防垂直形变趋势分析处理器50还可以根据目标堤防上的所有堤防观测点的垂直位移数据的Sen斜率的偏态系数Cs4，即可判断目标堤防观测断面整体的垂直形变趋势。能够在目标堤防观测断面真正出现剧烈形变之前，可以对目标堤防观测断面的形变进行趋势预判，更好地保障了堤防的安全性。
在本申请可选的实施例中，根据第三偏态系数Cs3的正负性，判断目标堤防的水平形变趋势，根据第四偏态系数Cs4的正负性，判断目标堤防的垂直形变趋势，包括:
在第三偏态系数Cs3＞0的情况下，判断目标堤防的水平形变趋势为朝江心方向移动，在第三偏态系数Cs3＜0的情况下，判断目标堤防的水平形变趋势为背离江心方向移动；
在第四偏态系数Cs4＞0的情况下，判断目标堤防的垂直形变趋势为隆起趋势，在第四偏态系数Cs4＜0的情况下，判断目标堤防的垂直形变趋势为沉降趋势。
本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、设备和介质类实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可，这里就不再一一赘述。
至此，已经对本主题的特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作可以按照不同的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序，以实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理可以是有利的。
在本公开的各种实施方式中所使用的表述“第一”、“第二”、“所述第一”或“所述第二”可修饰各种部件而与顺序和/或重要性无关，但是这些表述不限制相应部件。以上表述仅配置为将元件与其它元件区分开的目的。例如，第一用户设备和第二用户设备表示不同的用户设备，虽然两者均是用户设备。例如，在不背离本公开的范围的前提下，第一元件可称作第二元件，类似地，第二元件可称作第一元件。
当一个元件(例如，第一元件)称为与另一元件(例如，第二元件)“(可操作地或可通信地)联接”或“(可操作地或可通信地)联接至”另一元件(例如，第二元件)或“连接至”另一元件(例如，第二元件)时，应理解为该一个元件直接连接至该另一元件或者该一个元件经由又一个元件(例如，第三元件)间接连接至该另一个元件。相反，可理解，当元件(例如，第一元件)称为“直接连接”或“直接联接”至另一元件(第二元件)时，则没有元件(例如，第三元件)插入在这两者之间。
以上描述仅为本申请的可选实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
以上所述仅为本申请的可选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种堤防观测断面形变趋势分析方法，其特征在于，包括：
在监测时期内周期性地获取目标堤防上目标堤防观测点的水平位移数据和垂直位移数据，分别作为所述目标堤防观测点的水平位移数据集合和垂直位移数据集合；
计算所述水平位移数据集合的线性回归斜率bx1或Sen斜率Sx1；
根据所述水平位移数据集合的线性回归斜率bx1或Sen斜率Sx1的正负性，判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的水平形变趋势；
计算所述垂直位移数据集合的线性回归斜率bx2或Sen斜率Sx2；
根据所述垂直位移数据集合的线性回归斜率bx2或Sen斜率Sx2的正负性，判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的垂直形变趋势。
2.根据权利要求1所述的堤防观测断面形变趋势分析方法，其特征在于，
所述(重复)根据所述水平位移数据集合的线性回归斜率bx1或Sen斜率Sx1的正负性，判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的水平形变趋势，包括：
在所述水平位移数据集合的线性回归斜率bx1＞0或Sen斜率Sx1＞0的情况下，判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的水平形变趋势为朝江心方向移动；
在所述水平位移数据集合的线性回归斜率bx1＜0或Sen斜率Sx1＜0的情况下，判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的水平形变趋势为背离江心方向移动；
所述根据所述垂直位移数据集合的线性回归斜率bx2或Sen斜率Sx2的正负性，判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的垂直形变趋势，包括：
在所述垂直位移数据集合的线性回归斜率bx2＞0或Sen斜率Sx2＞0的情况下，判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的垂直形变趋势为隆起趋势；
在所述垂直位移数据集合的线性回归斜率bx2＜0或Sen斜率Sx2＜0的情况下，判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的垂直形变趋势为沉降趋势。
3.根据权利要求2所述的堤防观测断面形变趋势分析方法，其特征在于，
所述计算所述水平位移数据集合的线性回归斜率bx1或Sen斜率Sx1，包括：
根据下式计算所述线性回归斜率bx1：
Figure FDA0003103304050000021
其中，所述xi表示第i次获取到的所述目标堤防观测点的水平位移数据，ti表示获取数据xi时对应的时刻，n表示在监测时期内获取数据xi的次数；
或者，
计算所述Sen斜率Sx1，所述Sen斜率Sx1为集合Qx1(i,j)的中位数，其中，集合Qx1(i,j)为所述水平位移数据集合中任意两点斜率的集合；
所述计算所述垂直位移数据集合的线性回归斜率bx2或Sen斜率Sx2，包括：
根据下式计算所述线性回归斜率bx2：
Figure FDA0003103304050000022
其中，所述x'i表示第i次获取到的所述目标堤防观测点的垂直位移数据，ti表示获取数据x'i时对应的时刻，n表示在监测时期内获取数据x'i的次数；或者，
计算所述Sen斜率Sx2，所述Sen斜率Sx2为集合Qx2(i,j)的中位数，其中，集合Qx2(i,j)为所述垂直位移数据集合中任意两点斜率的集合。
4.根据权利要求1所述的堤防观测断面形变趋势分析方法，其特征在于，
所述方法还包括：
利用Mann-Kendall算法计算所述水平位移数据集合和所述垂直位移数据集合的标准化秩次统计量Zx1和Zx2；
在所述判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的水平形变趋势之后，所述方法还包括：
在所述标准化秩次统计量Zx1的绝对值大于1.96的情况下，判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面将继续保持所述水平形变趋势；
在所述判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的垂直形变趋势之后，所述方法还包括：
在所述标准化秩次统计量Zx2的绝对值大于1.96的情况下，判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面将继续保持所述垂直形变趋势。
5.根据权利要求1所述的堤防观测断面形变趋势分析方法，其特征在于，
所述方法还包括：
在监测时期内周期性地获取所述目标堤防上其他堤防观测点的水平位移数据和垂直位移数据；
计算各个其他所述堤防观测点的水平位移数据的线性回归斜率bm1，计算各个其他所述堤防观测点的垂直位移数据的线性回归斜率bm2；
计算所述目标堤防上的所有所述堤防观测点的水平位移数据的线性回归斜率的偏态系数，作为第一偏态系数Cs1，计算所述目标堤防上的所有所述堤防观测点的垂直位移数据的线性回归斜率的偏态系数，作为第二偏态系数Cs2；
根据所述第一偏态系数Cs1的正负性，判断所述目标堤防的水平形变趋势，根据所述第二偏态系数Cs2的正负性，判断所述目标堤防的垂直形变趋势。
6.根据权利要求5所述的堤防观测断面形变趋势分析方法，其特征在于，
所述根据所述第一偏态系数Cs1的正负性，判断所述目标堤防的水平形变趋势，根据所述第二偏态系数Cs2的正负性，判断所述目标堤防的垂直形变趋势，包括：
在所述第一偏态系数Cs1＞0的情况下，判断所述目标堤防的水平形变趋势为朝江心方向移动，在所述第一偏态系数Cs1＜0的情况下，判断所述目标堤防的水平形变趋势为背离江心方向移动；
在所述第二偏态系数Cs2＞0的情况下，判断所述目标堤防的垂直形变趋势为隆起趋势，在所述第二偏态系数Cs2＜0的情况下，判断所述目标堤防的垂直形变趋势为沉降趋势。
7.根据权利要求1所述的堤防观测断面形变趋势分析方法，其特征在于，
所述方法还包括：
在监测时期内周期性地获取所述目标堤防上其他堤防观测点的水平位移数据和垂直位移数据；
计算各个其他所述堤防观测点的水平位移数据的Sen斜率Sm1，计算各个其他所述堤防观测点的垂直位移数据的Sen斜率Sm2；
计算所述目标堤防上的所有所述堤防观测点的水平位移数据的Sen斜率的偏态系数，作为第三偏态系数Cs3，计算所述目标堤防上的所有所述堤防观测点的垂直位移数据的Sen斜率的偏态系数，作为第四偏态系数Cs4；
根据所述第三偏态系数Cs3的正负性，判断所述目标堤防的水平形变趋势，根据所述第四偏态系数Cs4的正负性，判断所述目标堤防的垂直形变趋势。
8.根据权利要求7所述的堤防观测断面形变趋势分析方法，其特征在于，
所述根据所述第三偏态系数Cs3的正负性，判断所述目标堤防的水平形变趋势，根据所述第四偏态系数Cs4的正负性，判断所述目标堤防的垂直形变趋势，包括:
在所述第三偏态系数Cs3＞0的情况下，判断所述目标堤防的水平形变趋势为朝江心方向移动，在所述第三偏态系数Cs3＜0的情况下，判断所述目标堤防的水平形变趋势为背离江心方向移动；
在所述第四偏态系数Cs4＞0的情况下，判断所述目标堤防的垂直形变趋势为隆起趋势，在所述第四偏态系数Cs4＜0的情况下，判断所述目标堤防的垂直形变趋势为沉降趋势。
9.一种堤防观测断面形变趋势分析系统，所述堤防观测断面形变趋势分析系统用于应用所述权利要求1至8任一项所述的堤防观测断面形变趋势分析方法，其特征在于，包括：
电子水准仪、测距仪和单点形变趋势分析处理器；
所述电子水准仪用于在监测时期内周期性地获取目标堤防上目标堤防观测点的垂直位移数据，作为所述目标堤防观测点的垂直位移数据集合；
所述测距仪用于在监测时期内周期性地获取目标堤防上目标堤防观测点的水平位移数据，作为所述目标堤防观测点的水平位移数据集合；
所述单点形变趋势分析处理器用于计算所述水平位移数据集合的线性回归斜率bx1或Sen斜率Sx1；根据所述水平位移数据集合的线性回归斜率bx1或Sen斜率Sx1的正负性，判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的水平形变趋势；计算所述垂直位移数据集合的线性回归斜率bx2或Sen斜率Sx2；根据所述垂直位移数据集合的线性回归斜率bx2或Sen斜率Sx2的正负性，判断所述目标堤防观测点所对应的堤防观测断面的垂直形变趋势。
10.根据权利要求9所述的堤防观测断面形变趋势分析系统，其特征在于，
所述系统还包括堤防水平形变趋势分析处理器和堤防垂直形变趋势分析处理器；
所述堤防水平形变趋势分析处理器用于，计算所述目标堤防上的所有所述堤防观测点的水平位移数据的线性回归斜率的偏态系数，作为第一偏态系数Cs1，根据所述第一偏态系数Cs1的正负性，判断所述目标堤防的水平形变趋势；或者，计算所述目标堤防上的所有所述堤防观测点的水平位移数据的Sen斜率的偏态系数，作为第三偏态系数Cs3，根据所述第三偏态系数Cs3的正负性，判断所述目标堤防的水平形变趋势；
所述堤防垂直形变趋势分析处理器用于，计算所述目标堤防上的所有所述堤防观测点的垂直位移数据的线性回归斜率的偏态系数，作为第二偏态系数Cs2，根据所述第二偏态系数Cs2的正负性，判断所述目标堤防的垂直形变趋势；或者，计算所述目标堤防上的所有所述堤防观测点的垂直位移数据的Sen斜率的偏态系数，作为第四偏态系数Cs4，根据所述第四偏态系数Cs4的正负性，判断所述目标堤防的垂直形变趋势。
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