小波分析在水平位移异常值探测中的应用研究.doc

小波分析在水平位移异常值探测中的应用研究

2.75万字 73页 原创作品，已通过查重系统


摘 要
水平位移监测数据可以看成是一个数字信号序列，水平位移异常值探测可以看作一种信号分析。为了使信号所包含特征显示出来，即从监测数据中提取出表征水平位移特征的有用信息，有必要寻找一种简单有效的信号变换方法，对数据进行异常值定位、降噪处理。
小波分析作为一种新兴的数据处理方法，可以对信号进行多尺度分解，提取并分析信号的细节部分。小波分析还具有优良的降噪特性，被广泛地应用于染噪信号的降噪。本文采用小波分析对水平位移监测数据进行预处理和分析，从而提取有效信息。主要研究内容和成果如下：
（1）对水平位移监测的基础理论进行了较全面的学习和研究，介绍了变形监测的内容和意义、水平位移监测的内容以及几种常用的水平位移观测方法。
（2）对小波分析的基础理论进行了较全面的学习和研究。回顾和总结了小波分析的发展历程，介绍了小波降噪的原理、常用的几种小波降噪方法及其特性、信号奇异性的定义及性质以及小波分析用于异常值探测的方法，为后续研究奠定了理论基础。
（3）基于小波分析理论，开发了一种用于水平位移数据降噪及异常值探测的程序。该程序以VB和MATLAB为开发工具，可以实现对水平位移监测数据的小波降噪及异常值探测，能够计算原始信号与降噪信号残差、信噪比等指标，并呈现相关波形图，便于用户使用、分析数据。
（4）设计了基于MATLAB的仿真实验，通过实验可以看出，经本程序降噪后，信号中的噪声明显削弱，小波降噪效果较好；以西南某地区轨道交通的基坑水平位移监测数据为数据源，采用控制变量法，设计实验选择适合本文数据的小波参数；用本程序对数据进行小波异常值探测，发现原始数据与经数学模型拟合数据的残差绝对值的最大值不超过3 ，即该组数据不存在异常值（奇异值）。

关键词：小波分析；水平位移监测；异常值探测；降噪；Visual Basic；MATLAB