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摘要：本文基于Surfer可视化数据处理平台，将某基坑沉降观测数据进行了可视化分析，并基于Surfer强大绘图分析功能绘制了基坑沉降量等沉降曲线和曲面图，实验结果表明，绘制的基坑沉降量等沉降曲线和曲面图可反映出沉降变化趋势，具有更好的可视化效果，不失为一种沉降数据处理新方法。
关键词：Surfer；沉降观测；等沉降曲线；观测周期
引言
沉降监测主要内容是基础沉降，观测单点沉降量、平均沉降量、相对沉降量、倾斜、弯曲、沉降速率等，其主要工作是沉降观测方案研究与技术设计，沉降观测仪器检验，沉降观测点位布设，沉降观测数据采集，沉降观测数据处理，沉降量计算与分析，沉降量报表，沉降过程曲线绘制，沉降观测报告编写[1-2]。变形观测的步骤有技术设计、土建施工、观测仪器检验、外业观测、观测资料检查、平差计算、编制成果表、观测资料整理分析、编写变形分析报告边坡工程监测对象[3]。本文基于Surfer平台，对基坑沉降观测进行了观测，得到良好的可视化效果。
1观测工程
实验工程为某基坑围护结构监测，共设置监测点10个观测[4]，基坑监测点编号按K1、K2……K10编号，点位分布如图1（a）所示。考虑该基坑周边建筑物施工场地的实际条件，沉降监测将采用TCA2003进行精密三角高程测量。对监测点进行两测回的角度和距离测量，第一测回人工照准，第二测回采用全站仪自动跟踪照准，通过两次监测的平均值，求出每期观测时监测点的高程，由前后两期观测成果得出监测点沉降量。设计沉降位移的精度为±0.5mm。根据监测点的地理情况和视野情况，沉降监测采用DS05自动安平精密水准仪对TCA2003进行高程检验，经过验证，发现TCA2003测量成果和DS05自动安平水准仪所测高程误差在±0.3mm以内，证明TCA2003精密三角高程测高精度是可靠的。
实验中总共观测六期数据，其中五、六期数据如表1所示。根据各次沉降结果统计，基坑沉降监测点最小沉降为K9点0.28mm，最大沉降为K2点1.84mm，平均沉降为0.79mm；周边建筑物沉降监测点最小沉降为J7点3.52mm，最大沉降为J5点7.35mm，平均沉降为6.06mm，监测时间跨度为23天。
2 Surfer可视化分析
2.1等沉降曲线绘制
应用沉降量的向量表示法，可以制作任意两期沉降量变化图。Surfer拥有独特的可视化表达方式，尤其适宜于绘制等值线图[5]，运用 Surfer绘制等沉降曲线图，可得到良好的可视化效果。基于 Surfer软件，这里利用第1-6期沉降观测数据和各点平面坐标数据进行建模绘图，得到后一期相对于前一期的等沉降曲线图，以沉降量增量数据为绘制要素、以0.2mm为等沉降曲线间隔，并进行了分层设色，其中第六期相对于第五期沉降曲线如图1（b）所示，从等沉降曲线图可以看出在K1处沉降量最大，等值线较密，K2处沉降量较大，而 K8、K9、K10 所处的沉降量变形小且比较均匀，整个基坑由东向西沉降量逐渐增大。基于Surfer的可视化效果较好，起到直观醒目的视觉效果。
2.2三维曲面图
三维片面图是二维中点、线、面向量在三维中的片面体现图，将三维空间中的图形实体抽象为三维空间中的点、线、面、体四种基本元素，然后以这四种基本几何元素的集合来构造更复杂的对象。以起点、终点来限定其边界，以一组型值点来限定其形状；以一个外边界环和若干内边界环来限定其边界，以一组型值曲线来限定其形状；以一组曲面来限定其边界和形状。能精确表达三维的线状实体、面状实体和体状实体的不规则边界，数据存储格式紧凑、数据量小，并能直观地表达空间几何元素间的拓扑关系，空间查询、拓扑查询、邻接性分析、网络分析的能力较强，而且图形输出美观，容易实现几何变换等空间操作，能够使我们变形监测数据更加可视化。
处理一些沉降监测的数据时，有时候因为客观的原因，数据太大，从而使得变形监测的数据做出来的图不能直观的看出观测点沉降的变化，这时候就需要用表格把数据整理起来，然后利用软件来做出图形，实验中利用grapher软件对数据进行空间分析。数据导入后，可生成需要的等值线图。通过属性对话框，修改生成等值线的平滑等级、线型、背景以及进行填充等。可以对生成的等值线进行等级（间距）选择，方便的获得移动变形临界值等值线和对破坏区域进行分级统计，对于叠加分析非常实用。我们将数据导入到grapher里面做成grd格式的文件，然后在Surfer中选择三维图形生成三维图形，然后进行分层渲染，六期相对于五期的三维曲面图如图1（c）所示，由此可知，Surfer绘制的三维曲面图更形象，可视化效果更好，降低了读图者技术门槛。
3 结论
基于Surfer对某基坑沉降数据进行了可视化分析，绘制了等沉降曲线和三维曲面图。实验证明，本文提出的基于Surfer的可视化分析具有良好的视觉效果，和折线图相比，等沉降曲线具有良好的定位功能，能从沉降曲线分析沉降趋势；同时，三维曲面图具有更强的可视化效果，极大方便了识图者分析，是一种可靠的、良好的沉降数据可视化分析方法。
参考文献
[1]黄声享，尹晖，蒋征.变形监测数据处理[M]，武汉：武汉大学出版社，2003.
[2]陶本藻.自由网平差与变形分析[M].北京：测绘出版社，1984.
[3]吴子安.工程建筑物变形观测数据处理[M].北京：测绘出版社，1989.
[4]黄振杰.高层建筑物沉降观测点的布设[J].测绘通报，2000（2）：12-13.
[5]胡刚，张金龙.Surfer在沉陷监测中的应用研究[J]，煤炭技术，2011，30（5）：182-184.
论文作者:刘艳1,武广臣2,班威风3
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第13期
论文发表时间:2018/9/30
标签：基坑论文; 数据论文; 曲面论文; 曲线论文; 等值线论文; 高程论文; 数据处理论文; 《建筑学研究前沿》2018年第13期论文;