地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)論文

　　摘 要:探討開發(fā)地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測系統(tǒng)的必要性與緊迫性。以VisualBasic編程語言和ACCESS數(shù)據(jù)庫為工具,應(yīng)用先進的數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)設(shè)計開發(fā)地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)程序采用模塊化結(jié)構(gòu),具有直接與外業(yè)觀測電子手簿連接下傳原始觀測資料、預(yù)處理和數(shù)據(jù)庫管理等功能,實現(xiàn)了測量內(nèi)外業(yè)的一體化。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、易于維護、利于后繼開發(fā),提高監(jiān)測數(shù)據(jù)處理的效率、可靠性以及監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋的及時性,值得類似工程的借鑒。

　　關(guān)鍵詞:地鐵隧道;變形監(jiān)測;管理系統(tǒng)

　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展,越來越多的城市開始興建地鐵工程。地鐵隧道建造在地質(zhì)復(fù)雜、道路狹窄、地下管線密集、交通繁忙的鬧市中心,其安全問題不容忽視。無論在施工期還是在運營期都要對其結(jié)構(gòu)進行變形監(jiān)測,以確保主體結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境安全。地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測內(nèi)容需根據(jù)地鐵隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計、國家相關(guān)規(guī)范和類似工程的變形監(jiān)測以及當(dāng)前地鐵所處階段來確定,由規(guī)范[1]與文獻[2]知,運營期的地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測內(nèi)容主要包括區(qū)間隧道沉降、隧道與地下車站沉降差異、區(qū)間隧道水平位移、隧道相對于地下車站水平位移和斷面收斂變形等監(jiān)測。它是一項長期性的工作,其特點是監(jiān)測項目多、線路長、測點多、測期頻和數(shù)據(jù)量大,給監(jiān)測數(shù)據(jù)處理、分析和資料管理帶來了繁瑣的工作,該項工作目前仍以手工為主,效率較低,不能及時快速地反饋監(jiān)測信息。

　　因此,有必要開發(fā)一套高效、使用方便的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的科學(xué)管理及快速分析處理�，F(xiàn)階段國內(nèi)出現(xiàn)了較多的用于地鐵施工期的監(jiān)測信息管理系統(tǒng)[3-4],這些系統(tǒng)雖然功能比較齊全、運行效率較高,能夠很好地滿足地鐵施工期監(jiān)測需要,但它主要應(yīng)用于信息化施工,與運營期地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測無論是在內(nèi)容還是在目的上都有著很大的區(qū)別和局限性。而現(xiàn)在國外研究的多為自動化監(jiān)測系統(tǒng)[5-6],也不適用于目前國內(nèi)自動化程度較低的地鐵隧道監(jiān)測。

　　此外,能夠用于運營期并符合當(dāng)前國內(nèi)地鐵隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測實際的監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)還較為少見。因此,隨著國內(nèi)建成地鐵的逐漸增多,開發(fā)用于運營期地鐵的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)變得越來越迫切。為此,根據(jù)運營期地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測內(nèi)容[1-2]和特點,以isualBasic作為開發(fā)工具[7],應(yīng)用先進的數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)[8],以目前較為流行的Access數(shù)據(jù)庫作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫,設(shè)計和開發(fā)了用于運營期地鐵隧道變形監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),不僅提高了監(jiān)測數(shù)據(jù)處理的效率和可靠性,保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋的及時性,而且在某城市地鐵隧道變形監(jiān)測中投入應(yīng)用,取得較好的效果。

　　1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　1．1系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

　　變形監(jiān)測數(shù)據(jù)庫用于存儲監(jiān)測點屬性、監(jiān)測成果等數(shù)據(jù)信息,是數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此,合理的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)不僅是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵,還有利于系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的管理和高效處理分析�？紤]到變形監(jiān)測成果的特點,系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)不僅能滿足用戶的需要,而且能使系統(tǒng)需求的資源最少,同時還要使數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)冗余度盡量小,以達到結(jié)構(gòu)合理、易于維護等目的[8]。為此,根據(jù)變形監(jiān)測內(nèi)容,系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計由如下數(shù)據(jù)表構(gòu)成。

　　1) 測段名表:包括測段編號和測段名稱兩個字段。為便于變形監(jiān)測分析,在監(jiān)測中將相鄰兩個車站之間的隧道劃分為一測段,并按車站和車站之間的隧道進行編號,測段名稱則根據(jù)各個車站或者車站之間隧道的名稱而定,監(jiān)測點的測段屬性值直接根據(jù)其所在測段來取對應(yīng)的編號值,方便查詢。

　　2) 監(jiān)測點屬性表:包括監(jiān)測點名、測段、車道、具體位置、里程、材料、布設(shè)時間、布設(shè)單位、當(dāng)前狀況、用情況、備注等。其中車道為監(jiān)測點所在的左、右道或上、下行線;具體位置指測點所處具體的空間位置,如地面、地下、高架等;當(dāng)前狀況是指目前監(jiān)測點的完好情況,也就是可用否;使用情況是指監(jiān)測時是否使用。

　　3) 沉降監(jiān)測成果表:包括編號、監(jiān)測點名、高程、測期、監(jiān)測時間、備注等。為了遵守數(shù)據(jù)庫鍵的唯一性原則和方便查詢,各個測點的每期編號由測期號與監(jiān)測點名組成,因而表中將不會出現(xiàn)相同記錄,保證了鍵的唯一性[8]。

　　4)沉降差異點屬性表:除了測段為各個車站編號,其余與監(jiān)測點屬性相同。

　　5)沉降差異監(jiān)測成果表:與沉降監(jiān)測成果表相同。

　　6)水平位移監(jiān)測成果表:包括編號、監(jiān)測點名、X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)、測期、監(jiān)測時間、備注等,測點的編號設(shè)置與沉降監(jiān)測成果表相同。

　　7)水平位移差異監(jiān)測成果表:與水平位移監(jiān)測成果表相同。

　　8)斷面收斂變形監(jiān)測成果表:包括編號、監(jiān)測點名、直徑1、直徑2、測期、監(jiān)測時間、備注等,測點的編號設(shè)置與沉降監(jiān)測成果表相同。

　　在以上各表中,第一個字段為主關(guān)鍵字,各字段值的類型與字節(jié)寬度均按照實際所需的最佳值確定,考慮到測段名的繁瑣和數(shù)據(jù)庫管理操作的方便迅捷,在數(shù)據(jù)庫管理時將測段名表與其他各表進行關(guān)聯(lián)[8]。

　　1．2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

　　根據(jù)地鐵隧道變形監(jiān)測的內(nèi)容與特點,系統(tǒng)由系統(tǒng)設(shè)置、預(yù)處理、數(shù)據(jù)庫管理、在線幫助和退出5個模塊組成,總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　2系統(tǒng)的功能及特點

　　2．1系統(tǒng)的功能

　　2．1．1系統(tǒng)設(shè)置功能

　　1)參數(shù)設(shè)置:設(shè)置系統(tǒng)所使用數(shù)據(jù)庫的地址,實現(xiàn)對地鐵的不同隧道段監(jiān)測數(shù)據(jù)庫分別進行管理,同時還可設(shè)置顯示計算成果的小數(shù)位數(shù)等參數(shù)。

　　2)用戶設(shè)置:可以添加用戶和更改用戶登錄密碼,防止非系統(tǒng)用戶進入破壞數(shù)據(jù),保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的安全和系統(tǒng)的正常運行。

　　2．1．2預(yù)處理功能

　　1)觀測資料整理:用戶可以通過系統(tǒng)的接口程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)和外業(yè)觀測電子手簿直接相連,下傳原始觀測資料,并對其計算處理,得到觀測成果數(shù)據(jù)。

　　2)粗差檢驗:對觀測成果數(shù)據(jù)進行檢驗,剔除不合格數(shù)據(jù),保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的正確可靠,同時將檢驗后的成果數(shù)據(jù)錄入到數(shù)據(jù)庫中。

　　3)基準點穩(wěn)定性檢驗:檢驗監(jiān)測基準點的穩(wěn)定性,確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性。

　　2．1．3數(shù)據(jù)庫管理功能

　　1)數(shù)據(jù)查詢:包括屬性數(shù)據(jù)查詢和監(jiān)測成果數(shù)據(jù)查詢。查詢屬性數(shù)據(jù)時,可以先對屬性數(shù)據(jù)類別和屬性值條件進行選擇,同時系統(tǒng)動態(tài)搜索出滿足條件的測點,然后可根據(jù)用戶實際需要結(jié)合監(jiān)測成果條件(前后測期、兩期沉降量、兩期沉降速率等)查詢出滿足要求的測點屬性信息,實現(xiàn)對不同類監(jiān)測點在不同監(jiān)測成果條件下的屬性值進行查詢。查詢監(jiān)測成果時,可首先對測點的測段、車道、具體位置等測點主要屬性值進行選擇,然后再對監(jiān)測成果的測期、兩期變化量、累積變化量和變化速率等條件進行設(shè)置,查詢出滿足用戶要求的測點成果。在查詢出滿足要求的數(shù)據(jù)后,可導(dǎo)入到EXCEL中進行編輯打印。

　　2)數(shù)據(jù)錄入和添加:包括監(jiān)測點屬性數(shù)據(jù)錄入添加和監(jiān)測成果數(shù)據(jù)錄入添加兩個功能,用于向數(shù)據(jù)庫錄入添加監(jiān)測點屬性信息和監(jiān)測成果數(shù)據(jù)。設(shè)置有手工錄入添加和自動導(dǎo)入兩種方式,前者直接在程序界面上的相應(yīng)空格中填入數(shù)據(jù)值,實現(xiàn)逐點錄入;而后者則將文本數(shù)據(jù)格式或者EXCEL格式的數(shù)據(jù)自動導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)多點自動導(dǎo)入。添加數(shù)據(jù)時動態(tài)顯示已添加的數(shù)據(jù)和添加后數(shù)據(jù)庫中的所有數(shù)據(jù)信息,添加完成后可以將已添加的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到EXCEL中進行編輯、打印。在錄入添加之前可將所要錄入添加的數(shù)據(jù)按照預(yù)定的格式存儲在EXCEL或記事本中,隨后便可將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中。

　　3)數(shù)據(jù)修改:考慮到操作的規(guī)范性,系統(tǒng)只允許對監(jiān)測點屬性進行修改。通過查詢所要修改的監(jiān)測點,對其屬性信息進行修改,同時可以動態(tài)顯示數(shù)據(jù)庫中的監(jiān)測點屬性信息,方便用戶及時看到修改結(jié)果。

　　4)數(shù)據(jù)刪除:與數(shù)據(jù)修改功能相似,通過對數(shù)據(jù)信息查詢后再進行刪除,刪除前須經(jīng)確認,然后才能操作,確保準確無誤。

　　5)數(shù)據(jù)導(dǎo)出:由于在前述操作中已包括本功能,因此系統(tǒng)中無需再單獨設(shè)此功能模塊,避免重復(fù)。

　　2．1．4在線幫助功能

　　包括幫助目錄與幫助主題搜索兩個功能,用于系統(tǒng)運行過程中的在線幫助,以文本和圖像的形式對系統(tǒng)進行操作說明,并對常見問題作詳細解答。

　　2．1．5退出功能

　　退出系統(tǒng)。

　　2．2系統(tǒng)的特點

　　1)系統(tǒng)充分利用了先進計算機技術(shù)的優(yōu)勢,克服了傳統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)管理存在的數(shù)據(jù)查詢繁瑣、處理分析低效等缺陷。

　　2)系統(tǒng)操作通過窗口和菜單進行,具有界面友好、操作幫助完善等優(yōu)點。

　　3)系統(tǒng)可通過接口程序與外業(yè)觀測電子手簿相連,下傳原始觀測資料,并進行計算處理,實現(xiàn)測量內(nèi)外業(yè)一體化。

　　4)經(jīng)系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)成果可直接導(dǎo)入到EX-CEL中,充分利用了EXCEL報表制作的優(yōu)點,滿足了用戶對報表格式多樣性的要求。

　　5)監(jiān)測數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)存入數(shù)據(jù)庫進行管理,使復(fù)雜、繁瑣的監(jiān)測數(shù)據(jù)管理工作變得簡單易行,如數(shù)據(jù)的查詢、添加、刪除、導(dǎo)入EXCEL等可通過鼠標(biāo)單擊直接實現(xiàn),提高了工作效率。

　　3 系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用

　　系統(tǒng)采用Windows2000/Me/XP作為操作平臺,以桌面式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫ACCESS和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言VisualBasic6。0作為開發(fā)工具,通過數(shù)據(jù)庫引擎(ADO)[7]與數(shù)據(jù)庫有機的聯(lián)系在一起。系統(tǒng)開發(fā)采用面向?qū)ο蟮姆椒?它是根據(jù)應(yīng)用問題所涉及的對象,建立于現(xiàn)實世界的一種軟件開發(fā)思想[7]。利用該方法的關(guān)鍵是對前端概念的理解,只有當(dāng)應(yīng)用領(lǐng)域固有的概念被識別和理解了,才能較好的設(shè)計系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及實現(xiàn)其功能。

　　VisualBasic是一個面向?qū)ο蟮膱D形界面應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境,利用它可開發(fā)面向?qū)ο蟮幕�于Win-dows的應(yīng)用程序[7]。由于VisualBasic充分利用了Windows的窗口資源,因而開發(fā)應(yīng)用程序的用戶界面美觀、簡潔。本系統(tǒng)中所使用的菜單、按鈕和結(jié)果顯示等功能方式均以模塊化開發(fā)實現(xiàn),有利于系統(tǒng)的后續(xù)開發(fā)升級。

　　系統(tǒng)應(yīng)用過程:首先,按照系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)表的字段格式對車站、區(qū)間段和監(jiān)測點進行統(tǒng)一編號、命名和歸類,并根據(jù)實際情況確定測點屬性值,將整理后的測段信息與測點屬性數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫;然后,通過系統(tǒng)的接口程序從外業(yè)觀測電子手簿下傳各期原始觀測資料,對其進行預(yù)處理后將滿足要求的成果數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫;最后,對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行管理和處理計算,分析地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形情況。該系統(tǒng)在某城市地鐵監(jiān)測中得到了很好的應(yīng)用,發(fā)揮了較大的作用,實際應(yīng)用表明:

　　1) 監(jiān)測數(shù)據(jù)管理的效率得到了明顯的提高。應(yīng)用系統(tǒng)后,數(shù)據(jù)處理分析所花時間從原先手工進行所需的7d至8d縮短為1d至2d。

　　2)系統(tǒng)計算準確、成果可靠。

　　3)系統(tǒng)功能完善,操作簡單,界面友好、美觀。

　　4 結(jié) 論

　　地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是結(jié)合地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測實際情況進行設(shè)計和開發(fā)的具有較高的實用價值。

　　1)系統(tǒng)應(yīng)用了先進的ADO數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術(shù)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫與系統(tǒng)的有機結(jié)合,使Access數(shù)據(jù)庫與VisualBasic語言的優(yōu)勢得到了最大的發(fā)揮,值得類似系統(tǒng)借鑒。

　　2)通過實踐應(yīng)用表明該系統(tǒng)功能完善、方便實用、計算準確、數(shù)據(jù)成果可靠,能夠較好地滿足實際應(yīng)用需求,大大減少了數(shù)據(jù)管理工作量,提高了效率。

　　3)系統(tǒng)中測量內(nèi)外業(yè)一體化的實現(xiàn)為地鐵隧道自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)積累了一定的經(jīng)驗。

　　4)系統(tǒng)開發(fā)運行的成功為今后地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)以及地鐵安全監(jiān)測專家系統(tǒng)的研究開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

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