地铁隧道结构变形监测数据管理系统的设计方案与实现

1、地铁隧道结构变形监测数 据管理系统的设计与实现摘 要 :探讨开发地铁隧道结构变形监测系统的必要性 与紧迫性。以 VisualBasic 编程语言和 ACCESS 数据库为工 具 , 应用 先进的数据库管理技术设计开发地铁隧道结构变 形监测数据管理系统。系统程序采用模块化结构,具有直接与外业观测 电子 手簿连接下传原始观测资料、预处理和数据 库管理等功能 ,实现了测量内外业的一体化。系统结构合理、 易于维护、利于后继开发 ,提高监测数据处理的效率、可靠性 以及监测数据反馈的及时性 ,值得类似工程的借鉴。关键词 地铁隧道 ;变形监测 ;管理系统随着 经济 的 发展 ,越来越多的城市开始兴建地铁工

2、程。地铁隧道建造在地质复杂、 道路狭窄、 地下管线密集、 交 通 繁忙的闹市中心 , 其安全 问题 不容忽视。无论在施工期 还是在运营期都要对其结构进行变形监测,以确保主体结构和周边环境安全。地铁隧道结构变形监测 内容 需根据地铁隧道结构设计、国家相关规范和类似工程的变形监测以及当 前地铁所处阶段来确定 ,由规范 1 与 文献 2知,运营期的地 铁隧道结构变形监测内容主要包括区间隧道沉降、隧道与地 下车站沉降差异、区间隧道水平位移、隧道相对于地下车站 水平位移和断面收敛变形等监测。它是一项长期性的工作,其特点是监测项目多、线路长、测点多、测期频和数据量大,给监测数据处理、 分析 和资料管理带来

3、了繁琐的工作 ,该项工 作 目前 仍以手工为主 , 效率较低 ,不能及时快速地反馈监测 信息。因此 ,有必要开发一套高效、使用方便的变形监测数据 管理系统 ,实现对监测数据的 科学 管理及快速分析处理。现 阶段国内出现了较多的用于地铁施工期的监测信息管理系统 3-4, 这些系统虽然功能比较齐全、 运行效率较高 ,能够很好地 满足地铁施工期监测需要 ,但它主要应用于信息化施工 ,与运 营期地铁隧道结构变形监测无论是在内容还是在目的上都有 着很大的区别和局限性。而现在国外 研究 的多为自动化监 测系统 5-6, 也不适用于目前国内自动化程度较低的地铁隧 道监测。此外 ,能够用于运营期并符合当前国内

4、地铁隧道结构 监测实际的监测数据管理系统还较为少见。因此,随着国内建成地铁的逐渐增多 ,开发用于运营期地铁的变形监测数据管 理系统变得越来越迫切。为此 ,根据运营期地铁隧道结构变形 监测内容 1-2 和特点 ,以 isualBasic 作为开发工具 7,应用先 进的数据库管理技术 8, 以目前较为流行的 Access 数据库作为系统数据库 ,设计和开发了用于运营期地铁隧道变形监测 数据管理系统 ,不仅提高了监测数据处理的效率和可靠性,保证了监测数据反馈的及时性 ,而且在某城市地铁隧道变形监 测中投入应用 ,取得较好的效果。1 系统的结构1 1 系统数据库结构变形监测数据库用于存储监测点属性、监

5、测成果等数据 信息 ,是数据管理系统的基础。 因此 ,合理的数据库结构不仅是 数据库设计的关键 ,还有利于系统对数据的管理和高效处理 分析。考虑到变形监测成果的特点 , 系统数据库结构设计应不 仅能满足用户的需要 ,而且能使系统需求的资源最少, 同时还要使数据库中数据冗余度尽量小 ,以达到结构合理、易于维护 等目的 8。为此 ,根据变形监测内容 ,系统数据库设计由如下数 据表构成。1) 测段名表 :包括测段编号和测段名称两个字段。为便 于变形监测分析 ,在监测中将相邻两个车站之间的隧道划分 为一测段 ,并按车站和车站之间的隧道进行编号, 测段名称则根据各个车站或者车站之间隧道的名称而定,监测点

6、的测段属性值直接根据其所在测段来取对应的编号值,方便查询2) 监测点属性表 :包括监测点名、测段、车道、具体位 置、里程、材料、布设时间、布设单位、当前状况、用情况、 备注等。其中车道为监测点所在的左、右道或上、下行线;具体位置指测点所处具体的空间位置,如地面、地下、高架等 ;当前状况是指目前监测点的完好情况,也就是可用否 ; 使用情况是指监测时是否使用。3) 沉降监测成果表 :包括编号、 监测点名、 高程、 测期、 监测时间、备注等。为了遵守数据库键的唯一性原则和方便 查询 ,各个测点的每期编号由测期号与监测点名组成, 因而表中将不会出现相同记录 ,保证了键的唯一性 8 。4) 沉降差异点属

7、性表 :除了测段为各个车站编号 ,其余与 监测点属性相同。5) 沉降差异监测成果表 :与沉降监测成果表相同。6) 水平位移监测成果表 :包括编号、监测点名、 X 坐标、 Y 坐标、测期、监测时间、备注等 , 测点的编号设置与沉降监 测成果表相同。7) 水平位移差异监测成果表 :与水平位移监测成果表相同。8) 断面收敛变形监测成果表 :包括编号、 监测点名、 直径 1、直径 2、测期、监测时间、备注等 ,测点的编号设置与沉降 监测成果表相同。在以上各表中 ,第一个字段为主关键字 ,各字段值的类型 与字节宽度均按照实际所需的最佳值确定,考虑到测段名的繁琐和数据库管理操作的方便迅捷, 在数据库管理时

8、将测段名表与其他各表进行关联 8 。1 2 系统的总体结构根据地铁隧道变形监测的内容与特点 , 系统由系统设 置、预处理、数据库管理、在线帮助和退出 5 个模块组成 ,总 体结构如图 1 所示。 2 系统的功能及特点2 1 系统的功能2 1 1 系统设置功能1) 参数设置 :设置系统所使用数据库的地址 ,实现对地铁的不同隧道段监测数据库分别进行管理,同时还可设置显示计算 成果的小数位数等参数。2) 用户设置 :可以添加用户和更改用户登录密码,防止非系统用户进入破坏数据 , 保证监测数据的安全和系统的正常 运行。212 预处理功能1) 观测资料整理 :用户可以通过系统的接口程序实现系 统和外业观

9、测电子手簿直接相连 ,下传原始观测资料 , 并对其 计算处理 ,得到观测成果数据。2) 粗差检验 :对观测成果数据进行检验 ,剔除不合格数据 保证监测数据的正确可靠 , 同时将检验后的成果数据录入到 数据库中。3) 基准点稳定性检验 :检验监测基准点的稳定性 , 确保监 测数据的可靠性。 2 1 3 数据库管理功能1) 数据查询 :包括属性数据查询和监测成果数据查询。 查询属性数据时 ,可以先对属性数据类别和属性值条件进行选 择 ,同时系统动态搜索出满足条件的测点,然后可根据用户实际需要结合监测成果条件 (前后测期、两期沉降量、两期沉降 速率等 )查询出满足要求的测点属性信息 , 实现对不同类

10、监测 点在不同监测成果条件下的属性值进行查询。查询监测成果 时,可首先对测点的测段、车道、具体位置等测点主要属性值 进行选择 ,然后再对监测成果的测期、两期变化量、累积变化 量和变化速率等条件进行设置 ,查询出满足用户要求的测点 成果。在查询出满足要求的数据后 ,可导入到 EXCEL 中进行 编辑打印。2) 数据录入和添加 :包括监测点属性数据录入添加和监 测成果数据录入添加两个功能 ,用于向数据库录入添加监测 点属性信息和监测成果数据。设置有手工录入添加和自动导 入两种方式 , 前者直接在程序界面上的相应空格中填入数据 值 ,实现逐点录入 ;而后者则将文本数据格式或者 EXCEL 格式 的数

11、据自动导入数据库 ,实现多点自动导入。添加数据时动态 显示已添加的数据和添加后数据库中的所有数据信息,添加完成后可以将已添加的数据导入到 EXCEL 中进行编辑、打 印。在录入添加之前可将所要录入添加的数据按照预定的格 式存储在 EXCEL 或记事本中 ,随后便可将数据导入到数据库3) 数据修改 :考虑到操作的规范性 ,系统只允许对监测点 属性进行修改。通过查询所要修改的监测点,对其属性信息进行修改 ,同时可以动态显示数据库中的监测点属性信息,方便用户及时看到修改结果。4) 数据删除 :与数据修改功能相似 ,通过对数据信息查询 后再进行删除 , 删除前须经确认 ,然后才能操作 , 确保准确无5

12、) 数据导出 :由于在前述操作中已包括本功能 ,因此系统 中无需再单独设此功能模块 ,避免重复。2 14 在线帮助功能包括帮助目录与帮助主题搜索两个功能,用于系统运行过程中的在线帮助 ,以文本和图像的形式对系统进行操作说 明 ,并对常见 问题 作详细解答。215 退出功能退出系统2 2 系统的特点1) 系统充分利用了先进 计算 机技术的优势 ,克服了传 统的监测数据管理存在的数据查询繁琐、处理 分析 低效等 缺陷。2) 系统操作通过窗口和菜单进行 ,具有界面友好、 操作帮 助完善等优点。3) 系统可通过接口程序与外业观测电子 手簿相连 ,下传原始观测资料 ,并进行计算处理 ,实现测量内外业一体

13、化。4) 经系统处理的数据成果可直接导入到EX-CEL 中 ,充分利用了 EXCEL 报表制作的优点 ,满足了用户对报表格式多 样性的要求。5) 监测数据通过系统存入数据库进行管理,使复杂、繁琐的监测数据管理工作变得简单易行 ,如数据的查询、添加、删 除、导入 EXCEL 等可通过鼠标单击直接实现 ,提高了工作效 率。3 系统的实现与 应用系统采用 Windows2000/Me/XP 作为操作平台 ,以桌面 式关系型数据库 ACCESS 和面向对象的程序设计语言 VisualBasic6 。 0 作为开发工具 ,通过数据库引擎 (ADO)7 与 数据库有机的联系在一起。系统开发采用面向对象的

14、方法 , 它是根据应用问题所涉及的对象 , 建立于现实世界的一种软 件开发思想 7 。利用该方法的关键是对前端概念的理解 ,只有 当应用领域固有的概念被识别和理解了,才能较好的设计系统的数据结构以及实现其功能。VisualBasic 是一个面向对象的图形界面应用程序开发 环境 ,利用它可开发面向对象的基于Win-dows 的应用程序7 。由于 VisualBasic 充分利用了 Windows 的窗口资源 ,因而 开发应用程序的用户界面美观、简洁。本系统中所使用的菜 单、按钮和结果显示等功能方式均以模块化开发实现,有利于系统的后续开发升级。系统应用过程 :首先 ,按照系统数据库中数据表的字段格

15、 式对车站、区间段和监测点进行统一编号、命名和归类,并根据实际情况确定测点属性值 ,将整理后的测段信息与测点属性数据录入数据库 ;然后 ,通过系统的接口程序从外业观测电 子手簿下传各期原始观测资料 ,对其进行预处理后将满足要 求的成果数据录入数据库 ;最后 ,对监测数据进行管理和处理 计算 ,分析地铁隧道结构变形情况。该系统在某城市地铁监测 中得到了很好的应用 ,发挥了较大的作用 ,实际应用表明 :1) 监测数据管理的效率得到了明显的提高。应用系统后,数据处理分析所花时间从原先手工进行所需的7d 至 8d 缩短为 1d 至 2d。2) 系统计算准确、成果可靠。3) 系统功能完善 ,操作简单 ,

16、界面友好、美观。4 结论地铁隧道结构变形监测数据管理系统是结合地铁隧道 结构变形监测实际情况进行设计和开发的具有较高的实用价 值。1) 系统应用了先进的 ADO 数据库开发技术实现了数据 库与系统的有机结合 ,使 Access 数据库与 VisualBasic 语言的优势得到了最大的发挥 ,值得类似系统借鉴。2）通过实践应用表明该系统功能完善、方便实用、计算 准确、数据成果可靠 ,能够较好地满足实际应用需求 ,大大减少 了数据管理工作量 ,提高了效率。3）系统中测量内外业一体化的实现为地铁隧道自动化 变形监测系统的开发积累了一定的经验。4）系统开发运行的成功为今后地铁隧道结构变形监测 数据处理

17、与分析系统以及地铁安全监测专家系统的 研究 开 发奠定了基础。参考 文献1 国家质量技术监督局 ,中华人民共和国建设部 .地下铁 道、轻轨 交通 工程测量规范 S. 北京 : 中国 计划出版 社,2000:64-70.2 于 来 法 . 论 地 下 铁 道 的 变 形 监 测 J. 测 绘 通报,2000(5):13-15.3 郝 传 才 . 地 铁 施 工 监 测 信 息 系 统 J. 广 东 建 材,2005(10):83-85.4 王浩 ,葛修润 ,邓建辉 ,等.隧道施工期监测信息管理系统 的研制 J. 岩石力学与工程学报 ,2001(20):1684-1686.5 TORYK.Multiple-Surveying-RobotSystemforTunnelDeformationMonitoringEB/OL. esearch/bulletin/2003_2004/pdf/SpatialInfo.pdf.6 BASSETT,R.H,KIMMANCE,J.P,RASMUSSEN,C.Au tomatedelectroleveldeformationmonitoringsystemfortunnelsA.Proceedings