مقایسه روشهای نوین آنالیز پایداری در شبکه های میکروژئودزی

بررسی روشهای سرشکنی و تعیین نقاط پایدار در شبکه‌های میکروژئودزی و ژئودتیکی

......................................................................................................
سخنران : خانم مهندس لیلا کریمی دهکردی
زمان : سه شنبه 26 مردادماه 1395 ساعت 10:00 صبح
مکان : میدان آزادی خیابان معراج سازمان نقشه برداری کشور
سالن اجتماعات خلیج فارس
حضور برای دانشجویان، اساتید و فعالان نقشه برداری و... آزاد است....

عنوان : مقایسه روشهای نوین آنالیز پایداری در شبکه های میکروژئودزی 

دانشگاه آزاد اسلامی واحد تفت دانشکده فنی و مهندسی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی نقشه برداری

گرایش ژئودزی

استاد راهنما : دکتر بهزاد وثوقی اسفند ماه  1393

چکیده:::

یکی از مسائل مهم در سازه­های مهندسی و بررسی تغییر شکل زمین، کنترل جابجایی می­باشد. بدین منظور لازم است در منطقه مورد بررسی شبکه­ های میکروژئودزی ایجاد گردند. این شبکه ­ها متشکل از چندین نقطه مبنا و نقطه موضوع می­باشد که موقعیت دقیق این نقاط در چندین اپک می­بایست تعیین گردند. در مرحله بعدی باید نقاط پایدار شبکه با استفاده از روش­های موجود آشکارسازی از نقاط ناپایدار مشخص شوند. از جمله روش­های کلاسیک آشکارسازی نقاط ناپایدار می­توان به روش تست ثبات کلی و روش مینیمم سازی نرم اول اشاره نمود.  با توجه به خاصیت پخش کنندگی خطاها در روش کمترین مربعات، نقاط ناپایدار مانند مشاهدات اشتباه عمل کرده و می­تواند موجب کشف ناصحیح نقاط ناپایدار شود که این موضوع نیز بر روی جابجایی­های برآورد شده تاثیر مستقیمی خواهد گذاشت. ایده­ای که به منظور مقابله با این محدودیت مطرح می­شود استفاده از آنالیز زیرشبکه می­باشد. هر زیرشبکه تنها شامل یک نقطه موضوع و نقاط مبنا می­باشد. هر زیرشبکه بطور جداگانه سرشکن شده و نقاط ناپایدار آن کشف خواهد شد.  در این تحقیق روش­های مختلف کشف نقاط پایدار در شبکه ­های میکروژئودزی شامل روش­های معمول تست ثبات کلی و مینیمم­ سازی نرم اول و روش پیشنهادی این تحقیق، آنالیز زیرشبکه بررسی می­شوند. کارایی و عملکرد این روش­ها در شبکه شبیه سازی شده و یک شبکه واقعی کنترل جابه­ جایی مورد ارزیابی قرار گرفت. در ابتدا به منظور بررسی کارایی این روش­های آشکارسازی کشف نقاط پایدار در شبکه ­های کنترل جابجایی از چندین نمونه داده­ های شبیه ­سازی شده استفاده شد. مشاهدات شبیه­ سازی شده، مشاهدات طول مبنای GPS در نظر گرفته شده­اند. نتایج نشان می­دهد که استفاده از روش آنالیز زیرشبکه بجای روش تست ثبات کلی باعث بهبود نتایج خواهد شد. در روش آنالیز زیرشبکه در تمام حالت­های شبیه ­سازی شده(شبکه منظم و نامنظم با جابجایی­های مشخص و تصادفی)، بهبود نتایج صحیح کشف نقاط، درصد قابل ملاحظه ­ای است. این بهبود در همه حالت­های شبیه سازی شده به طور متوسط حدود 35 درصد است. بهبود نتایج روش زیرشبکه نسبت به روش مینیمم سازی نرم اول در حد یک درصد است. در ادامه الگوریتم­های کشف نقاط ناپایدار روش­های رایج و روش آنالیز زیرشبکه بر روی مشاهدات یک شبکه واقعی در اطراف سد کبودوال واقع در استان گلستان پیاده­سازی شد که نتایج حاصل، در تطابق با نتایج شبکه شبیه­ سازی شده می­باشد و حاکی از برتری روش آنالیز زیرشبکه نسبت به روش­های رایج است. در خاتمه میزان جابجایی نقاط ناپایدار کشف شده محاسبه گردید. 

واژگان کلیدی: کنترل جابه­ جایی، تست ثبات کلی، مینیمم ­سازی نرم اول، آنالیز زیرشبکه

1/1  معرفی موضوع تحقیق

امروزه رفتار سنجی سازه­های بزرگ و حساس همچون سدها، نیروگاه­ها  و برج­ها از اهمیت بسیار بالایی برخوردار می­باشد. بنابراین امروزه در کشورهای پیشرفته تقریباً هیچ سازه بزرگی را نمی­توان یافت که فاقد مشاهدات پایش پایداری باشد. در ایران نیز این موضوع همواره مَـد نظر قرار داشته، به طوری­که همه سدها و سازه­های عظیم صنعتی و مهندسی دارای ابزارهای دقیق کنترل و مشاهدات ژئودزی مهندسی برای رفتارسنجی می­باشند. رفتارسنجی این گونه سازه­ها معمولاً به دو صورت ژئوتکنیکی و ژئودتیکی انجام می­گیرد. در روش ژئوتکنیکی، ابزارهای سنجنده کشش، بُـرش و انحراف در داخل سازه در حین ساخت نصب گردیده و اطلاعات حاصل از این سنجنده ها به طور مستمر در حین و پس از بهره برداری از سازه به منظور کنترل پایداری مورد مطالعه قرار می­گیرد. این ابزارها امکان کنترل درونی سازه را فراهم می­سازد.

در روش ژئودتیکی، شبکه­ای از نقاط بر روی بدنه و محیط اطراف سازه ایجاد شده و از طریق مشاهدات ژئودتیکی عمدتاً طول، زاویه و مختصات در اپک­های زمانی متفاوت، رفتار سازه مورد پایش و کنترل قرار می­گیرد. این گونه مشاهدات امکان کنترل تغییر شکل بیرونی سازه را مهیا می­سازند............

فهرست مطالب چکیده.. 1 فصل اول مقدمه 1/1 معرفی موضوع تحقیق.. 2 1/2 مروری بر مطالعات انجام شده.. 4 1/3 اهداف تحقیق.. 6 1/4 معرفی فصل­های بعدی.. 9 فصل دوم روش­های سرشکنی مشاهدات در شبکه ­های ژئودزی.. 10 2/1 مبانی سرشکنی.. 10 2/1/1 خاصیت نا اریبی.. 11 2/1/2 خاصیت کمترین واریانس.. 11 2/1/3 خاصیت بیشترین درست نمایی.. 12 2/2 سرشکنی به روش کمترین مربعات.. 12 2/2/1 کمترین مربعات وزندار ( ) 14 2/2/2 کمترین مربعات ( ).. 15 2/2/3 خصوصیات روش کمترین مربعات.. 16 2/3 تعریف دیتوم.. 16 2/3/1 حل مسائل منفرد و اضافه کردن قیود در معادلات.. 18 2/3/2 سرشکنی آزاد (سرشکنی با قیود داخلی).. 19 2/4 آزمون­های آماری.. 21 2/5 آزمون­های بعد از سرشکنی.. 24 2/5/1 آزمون فاکتور واریانس ثانویه.. 24 2/5/2 آزمون باقیمانده­های استاندارد شده.. 27 2/6 معیارهای طراحی شبکه­های کنترل جابه­جایی.. 28 2/6/1 معیارهای دقت.. 29 2/6/1/1 معیارهای عمومی ( کلی) دقت.. 29 2/6/1/2 معیارهای منطقه­ای (محلی) دقت.. 29 2/6/1/2/1 بیضی خطای مطلق.. 30 2/6/1/2/2 بیضی خطای نسبی.. 31 2/6/2 معیارهای اعتمادپذیری.. 31 2/6/2/1 اعتمادپذیری داخلی.. 31 2/6/2/2 اعتمادپذیری خارجی.. 32 2/6/3 معیار هزینه.. 34 2/6/4 معیار حساسیت شبکه.. 34 فصل سوم روش­های تعیین میدان جابجایی در شبکه های کنترل جابجایی 3/1 شبکه­های کنترل جابجایی.. 36 3/2 روش تست ثبات کلی شبکه.. 38 3/3 روش مینیمم کردن نرم اول.. 45 3/4 روش آنالیز زیرشبکه.. 50 3/4/1 آنالیز زیرشبکه با روش تست ثبات کلی.. 52 3/4/2 آنالیز زیرشبکه با روش مینمیم­کردن نرم اول.. 52 فصل چهارم معرفی داده­های شبیه سازی شده و واقعی از یک شبکه کنترل جابجایی 4/1 داده­های شبیه­سازی شده.. 54 4/2 داده­های واقعی مورد استفاده در این تحقیق.. 55 4/2/1 آماده­سازی دستگاه­ها برای عملیات صحرایی.. 58 4/2/2 دریافت و ثبت داده­ها.. 58 4/2/3 فاصله زمانی بین مشاهدات دو اپک.. 59 4/2/4 پردازش مشاهدات GPS. 59 فصل پنجم نتایج عددی و مقایسه روش­های تعیین میدان جابجایی 5/1 شبکه کنترل جابجایی شبیه سازی شده.. 62 5/1/1 شبکه منظم با جابجایی­های مشخص.. 63 5/1/1/1 نتایج بدست آمده برای سناریوی اول.. 68 5/1/1/2 نتایج بدست آمده برای سناریوی دوم.. 69 5/1/1/3 نتایج بدست آمده برای سناریوی سوم.. 71 5/1/2 شبکه منظم با جابجایی­های تصادفی.. 72 5/1/2/1 نتایج بدست آمده برای سناریوی اول.. 73 5/1/2/2 نتایج بدست آمده برای سناریوی دوم.. 75 5/1/2/3 نتایج بدست آمده برای سناریوی سوم.. 76 5/1/3 شبکه نامنظم با جابجایی­های مشخص.. 77 5/1/3/1 نتایج بدست آمده برای سناریوی اول.. 79 5/1/3/2 نتایج بدست آمده برای سناریوی دوم.. 80 5/1/3/3 نتایج بدست آمده برای سناریوی سوم.. 82 5/1/4 شبکه نامنظم با جابجایی­های تصادفی.. 83 5/1/4/1 نتایج بدست آمده برای سناریوی اول.. 85 5/1/4/2 نتایج بدست آمده برای سناریوی دوم.. 86 5/1/4/3 نتایج بدست آمده برای سناریوی سوم.. 87 5/2 شبکه کنترل جابجایی واقعی.. 89 5/2/1 نتایج بدست آمده برای روش­های تست ثبات کلی و نرم اول 89 5/2/2 نتایج بدست آمده برای روش آنالیز زیرشبکه.. 90 5/2/3 تعیین میزان جابجایی نقاط ناپایدار.. 96 فصل ششم نتیجه­گیری و پیشنهادات 6/1 خلاصه و نتیجه­گیری.. 99 6/2 پیشنهادات.. 100 فهرست مراجع.. 101 پیوست­ها.. 104 فهرست جداول جدول 2/1 حداکثر نیم قطر بزرگ بیضی خطای بردار جابه­جایی نقاط 35 جدول 4/1 حداکثر تنظیمات پارامترهای پردازش مشاهدات در نرم­افزار LGO 60 جدول 5/1 مختصات نقاط شبکه شبیه سازی شده.. 64 جدول 5/2 جابجایی نقاط بر حسب متر در سناریوی اول.. 67 جدول 5/3 جابجایی نقاط بر حسب متر در سناریوی دوم.. 67 جدول 5/4 جابجایی نقاط بر حسب متر در سناریوی سوم.. 67 جدول 5/5 کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی اول در شبکه منظم با جابجایی­های مشخص.. 68 جدول 5/6 کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی دوم در شبکه منظم با جابجایی­های مشخص.. 70 جدول 5/7 کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی سوم در شبکه منظم با جابجایی­های مشخص.. 71 جدول 5/8 کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی اول در شبکه منظم با جابجایی­های تصادفی.. 74 جدول 5/9 کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی دوم در شبکه منظم با جابجایی­های تصادفی.. 75 جدول 5/10 کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی سوم در شبکه منظم با جابجایی­های تصادفی.. 76 جدول 5/11 کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی اول شبکه نامنظم با جابجایی­های مشخص.. 79 جدول 5/12 کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی دوم شبکه نامنظم با جابجایی­های مشخص.. 81 جدول 5/13 کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی سوم شبکه نامنظم با جابجایی­های مشخص.. 82 جدول 5/14 کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی اول شبکه نامنظم با جابجایی­های تصادفی.. 85 جدول 5/15 کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی دوم شبکه نامنظم با جابجایی­های تصادفی.. 86 جدول 5/16 کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی سوم شبکه نامنظم با جابجایی­های تصادفی.. 88 جدول 5/17 نتایج حاصل از دو روش تست ثبات کلی و مینیمم سازی نرم اول 90 جدول 5/18 نتایج حاصل از آنالیز زیرشبکه اول.. 95 جدول 5/19 نتایج حاصل از آنالیز زیرشبکه دوم.. 95 جدول 5/20 نتایج حاصل از آنالیز زیرشبکه سوم.. 95 جدول 5/21 جابجایی محاسبه شده برای نقاط ناپایدار.. 96 جدول 5/22 جابجایی نقاط ناپایدار در جهت شمال، شرق و قائم.. 97 جدول 5/23 ابعاد بیضی خطا نقاط ناپایدار.. 98 فهرست اَشکال شکل 2/1 (a) استفاده از یک برآوردگر دلخواه ، (b) استفاده از برآوردگر کمترین مربعات.. 14 شکل 2/2 خطای نوع اول و دوم در آزمون­های آماری.. 23 شکل 3/1 فلوچارت کشف نقاط ناپایدار با استفاده از روش تست ثبات کلی 44 شکل 3/2 فلوچارت مربوط به الگوریتم کشف نقاط ناپایدار با استفاده از روش مینیمم سازی نرم اول.. 49 شکل 4/1 نمای بالادست سد کبودوال.. 56 شکل 4/2 موقعیت نقاط شبکه میکروژئودزی اطراف سد.. 57 شکل 4/3 موقعیت نمایی از طول­های باز تشکیل داده شده در نرم افزار LGO.. 61 شکل 5/1 شبکه شبیه­سازی متشکل از 8 نقطه (5 نقطه به عنوان نقاط مرجع و 3 نقطه موضوع).. 64 شکل 5/2 زیرشبکه اول متشکل از نقطه موضوع OBJ 1. 65 شکل 5/3 زیرشبکه دوم متشکل از نقطه موضوع OBJ 2. 66 شکل 5/4 زیرشبکه سوم متشکل از نقطه موضوع OBJ 3. 66 شکل 5/5 نمودار میله­ای درصد کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی اول در شبکه منظم با جابجایی­های مشخص.. 69 شکل 5/6 نمودار میله­ای درصد کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی دوم در شبکه منظم با جابجایی­های مشخص.. 70 شکل 5/7 نمودار میله­ای درصد کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی سوم در شبکه منظم با جابجایی­های مشخص.. 72 شکل 5/8 نمودار میله­ای درصد کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی اول در شبکه منظم با جابجایی­های تصادفی.. 74 شکل 5/9 نمودار میله­ای درصد کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی دوم در شبکه منظم با جابجایی­های تصادفی.. 76 شکل 5/10 نمودار میله­ای درصد کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی سوم در شبکه منظم با جابجایی­های تصادفی.. 77 شکل 5/11 شبکه نامنظم شبیه سازی شده.. 78 شکل 5/12 نمودار میله­ای درصد کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی اول در شبکه نامنظم با جابجایی­های مشخص.. 80 شکل 5/13 نمودار میله­ای درصد کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی دوم در شبکه نامنظم با جابجایی­های مشخص.. 82 شکل 5/14 نمودار میله­ای درصد کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی سوم در شبکه نامنظم با جابجایی­های مشخص.. 83 شکل 5/15 نمودار میله­ای درصد کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی اول در شبکه نامنظم با جابجایی­ های تصادفی.. 86 شکل 5/16 نمودار میله­ای درصد کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی دوم در شبکه نامنظم با جابجایی­های تصادفی.. 87 شکل 5/17 نمودار میله­ای درصد کشف صحیح نقاط ناپایدار برای سناریوی سوم در شبکه نامنظم با جابجایی­های تصادفی.. 88 شکل 5/18 زیرشبکه اول شامل نقطه KL1 و نقاط مبنای KL2, KR1, KR2. 92 شکل 5/19 زیرشبکه اول شامل نقطه KL3 و نقاط مبنای KL2, KR1, KR2. 93 شکل 5/20 زیر شبکه سوم شامل نقطه KR3 و نقاط مبنای KL2, KR1, KR2. 94 شکل 5/21 بیضی خطای نقاط ناپایدار کشف شده.. 98

منبع