地鐵隧道結構變形監測資料管理系統的設計與實現論文
地鐵隧道結構變形監測資料管理系統的設計與實現論文
摘 要:探討開發地鐵隧道結構變形監測系統的必要性與緊迫性。以VisualBasic程式語言和ACCESS資料庫為工具,應用先進的資料庫管理技術設計開發地鐵隧道結構變形監測資料管理系統。系統程式採用模組化結構,具有直接與外業觀測電子手簿連線下傳原始觀測資料、預處理和資料庫管理等功能,實現了測量內外業的一體化。系統結構合理、易於維護、利於後繼開發,提高監測資料處理的效率、可靠性以及監測資料反饋的及時性,值得類似工程的借鑑。
關鍵詞:地鐵隧道;變形監測;管理系統
隨著經濟的發展,越來越多的城市開始興建地鐵工程。地鐵隧道建造在地質複雜、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構進行變形監測,以確保主體結構和周邊環境安全。地鐵隧道結構變形監測內容需根據地鐵隧道結構設計、國家相關規範和類似工程的變形監測以及當前地鐵所處階段來確定,由規範[1]與文獻[2]知,運營期的地鐵隧道結構變形監測內容主要包括區間隧道沉降、隧道與地下車站沉降差異、區間隧道水平位移、隧道相對於地下車站水平位移和斷面收斂變形等監測。它是一項長期性的工作,其特點是監測專案多、線路長、測點多、測期頻和資料量大,給監測資料處理、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測資訊。
因此,有必要開發一套高效、使用方便的變形監測資料管理系統,實現對監測資料的科學管理及快速分析處理。現階段國內出現了較多的用於地鐵施工期的監測資訊管理系統[3-4],這些系統雖然功能比較齊全、執行效率較高,能夠很好地滿足地鐵施工期監測需要,但它主要應用於資訊化施工,與運營期地鐵隧道結構變形監測無論是在內容還是在目的上都有著很大的區別和侷限性。而現在國外研究的多為自動化監測系統[5-6],也不適用於目前國內自動化程度較低的地鐵隧道監測。
此外,能夠用於運營期並符合當前國內地鐵隧道結構監測實際的監測資料管理系統還較為少見。因此,隨著國內建成地鐵的逐漸增多,開發用於運營期地鐵的變形監測資料管理系統變得越來越迫切。為此,根據運營期地鐵隧道結構變形監測內容[1-2]和特點,以isualBasic作為開發工具[7],應用先進的資料庫管理技術[8],以目前較為流行的Access資料庫作為系統資料庫,設計和開發了用於運營期地鐵隧道變形監測資料管理系統,不僅提高了監測資料處理的效率和可靠性,保證了監測資料反饋的及時性,而且在某城市地鐵隧道變形監測中投入應用,取得較好的效果。
1系統的結構
1．1系統資料庫結構
變形監測資料庫用於儲存監測點屬性、監測成果等資料資訊,是資料管理系統的基礎。因此,合理的資料庫結構不僅是資料庫設計的關鍵,還有利於系統對資料的管理和高效處理分析。考慮到變形監測成果的特點,系統資料庫結構設計應不僅能滿足使用者的需要,而且能使系統需求的資源最少,同時還要使資料庫中資料冗餘度儘量小,以達到結構合理、易於維護等目的[8]。為此,根據變形監測內容,系統資料庫設計由如下資料表構成。
1) 測段名錶:包括測段編號和測段名稱兩個欄位。為便於變形監測分析,在監測中將相鄰兩個車站之間的隧道劃分為一測段,並按車站和車站之間的隧道進行編號,測段名稱則根據各個車站或者車站之間隧道的名稱而定,監測點的測段屬性值直接根據其所在測段來取對應的編號值,方便查詢。
2) 監測點屬性表:包括監測點名、測段、車道、具體位置、里程、材料、佈設時間、佈設單位、當前狀況、用情況、備註等。其中車道為監測點所在的左、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;當前狀況是指目前監測點的完好情況,也就是可用否;使用情況是指監測時是否使用。
3) 沉降監測成果表:包括編號、監測點名、高程、測期、監測時間、備註等。為了遵守資料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測點名組成,因而表中將不會出現相同記錄,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,其餘與監測點屬性相同。
5)沉降差異監測成果表:與沉降監測成果表相同。
6)水平位移監測成果表:包括編號、監測點名、X座標、Y座標、測期、監測時間、備註等,測點的編號設定與沉降監測成果表相同。
7)水平位移差異監測成果表:與水平位移監測成果表相同。
8)斷面收斂變形監測成果表:包括編號、監測點名、直徑1、直徑2、測期、監測時間、備註等,測點的編號設定與沉降監測成果表相同。
在以上各表中,第一個欄位為主關鍵字,各欄位值的型別與位元組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資料庫管理操作的方便迅捷,在資料庫管理時將測段名錶與其他各表進行關聯[8]。
1．2 系統的總體結構
根據地鐵隧道變形監測的內容與特點,系統由系統設定、預處理、資料庫管理、線上幫助和退出5個模組組成,總體結構如圖1所示。
2系統的功能及特點
2．1系統的功能
2．1．1系統設定功能
1)引數設定:設定系統所使用資料庫的地址,實現對地鐵的不同隧道段監測資料庫分別進行管理,同時還可設定顯示計算成果的小數位數等引數。
2)使用者設定:可以新增使用者和更改使用者登入密碼,防止非系統使用者進入破壞資料,保證監測資料的安全和系統的正常執行。
2．1．2預處理功能
1)觀測資料整理:使用者可以透過系統的介面程式實現系統和外業觀測電子手簿直接相連,下傳原始觀測資料,並對其計算處理,得到觀測成果資料。
2)粗差檢驗:對觀測成果資料進行檢驗,剔除不合格資料,保證監測資料的正確可靠,同時將檢驗後的成果資料錄入到資料庫中。
3)基準點穩定性檢驗:檢驗監測基準點的穩定性,確保監測資料的可靠性。
2．1．3資料庫管理功能
1)資料查詢:包括屬性資料查詢和監測成果資料查詢。查詢屬性資料時,可以先對屬性資料類別和屬性值條件進行選擇,同時系統動態搜尋出滿足條件的測點,然後可根據使用者實際需要結合監測成果條件(前後測期、兩期沉降量、兩期沉降速率等)查詢出滿足要求的測點屬性資訊,實現對不同類監測點在不同監測成果條件下的屬性值進行查詢。查詢監測成果時,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,然後再對監測成果的測期、兩期變化量、累積變化量和變化速率等條件進行設定,查詢出滿足使用者要求的測點成果。在查詢出滿足要求的資料後,可匯入到EXCEL中進行編輯列印。
2)資料錄入和新增:包括監測點屬性資料錄入新增和監測成果資料錄入新增兩個功能,用於向資料庫錄入新增監測點屬性資訊和監測成果資料。設定有手工錄入新增和自動匯入兩種方式,前者直接在程式介面上的相應空格中填入資料值,實現逐點錄入;而後者則將文字資料格式或者EXCEL格式的資料自動匯入資料庫,實現多點自動匯入。新增資料時動態顯示已新增的資料和新增後資料庫中的所有資料資訊,新增完成後可以將已新增的資料匯入到EXCEL中進行編輯、列印。在錄入新增之前可將所要錄入新增的資料按照預定的格式儲存在EXCEL或記事本中,隨後便可將資料匯入到資料庫中。
3)資料修改:考慮到操作的規範性,系統只允許對監測點屬性進行修改。透過查詢所要修改的監測點,對其屬性資訊進行修改,同時可以動態顯示資料庫中的監測點屬性資訊,方便使用者及時看到修改結果。
4)資料刪除:與資料修改功能相似,透過對資料資訊查詢後再進行刪除,刪除前須經確認,然後才能操作,確保準確無誤。
5)資料匯出:由於在前述操作中已包括本功能,因此係統中無需再單獨設此功能模組,避免重複。
2．1．4線上幫助功能
包括幫助目錄與幫助主題搜尋兩個功能,用於系統執行過程中的線上幫助,以文字和影象的形式對系統進行操作說明,並對常見問題作詳細解答。
2．1．5退出功能
退出系統。
2．2系統的特點
1)系統充分利用了先進計算機技術的優勢,克服了傳統的監測資料管理存在的資料查詢繁瑣、處理分析低效等缺陷。
2)系統操作透過視窗和選單進行,具有介面友好、操作幫助完善等優點。
3)系統可透過介面程式與外業觀測電子手簿相連,下傳原始觀測資料,並進行計算處理,實現測量內外業一體化。
4)經系統處理的資料成果可直接匯入到EX-CEL中,充分利用了EXCEL報表製作的優點,滿足了使用者對報表格式多樣性的要求。
5)監測資料透過系統存入資料庫進行管理,使複雜、繁瑣的監測資料管理工作變得簡單易行,如資料的查詢、新增、刪除、匯入EXCEL等可透過滑鼠單擊直接實現,提高了工作效率。
3 系統的實現與應用
系統採用Windows2000/Me/XP作為操作平臺,以桌面式關係型資料庫ACCESS和麵向物件的程式設計語言VisualBasic6。0作為開發工具,透過資料庫引擎(ADO)[7]與資料庫有機的聯絡在一起。系統開發採用面向物件的方法,它是根據應用問題所涉及的物件,建立於現實世界的'一種軟體開發思想[7]。利用該方法的關鍵是對前端概念的理解,只有當應用領域固有的概念被識別和理解了,才能較好的設計系統的資料結構以及實現其功能。
VisualBasic是一個面向物件的圖形介面應用程式開發環境,利用它可開發面向物件的基於Win-dows的應用程式[7]。由於VisualBasic充分利用了Windows的視窗資源,因而開發應用程式的使用者介面美觀、簡潔。本系統中所使用的選單、按鈕和結果顯示等功能方式均以模組化開發實現,有利於系統的後續開發升級。
系統應用過程:首先,按照系統資料庫中資料表的欄位格式對車站、區間段和監測點進行統一編號、命名和歸類,並根據實際情況確定測點屬性值,將整理後的測段資訊與測點屬性資料錄入資料庫;然後,透過系統的介面程式從外業觀測電子手簿下傳各期原始觀測資料,對其進行預處理後將滿足要求的成果資料錄入資料庫;最後,對監測資料進行管理和處理計算,分析地鐵隧道結構變形情況。該系統在某城市地鐵監測中得到了很好的應用,發揮了較大的作用,實際應用表明:
1) 監測資料管理的效率得到了明顯的提高。應用系統後,資料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)系統計算準確、成果可靠。
3)系統功能完善,操作簡單,介面友好、美觀。
4 結 論
地鐵隧道結構變形監測資料管理系統是結合地鐵隧道結構變形監測實際情況進行設計和開發的具有較高的實用價值。
1)系統應用了先進的ADO資料庫開發技術實現了資料庫與系統的有機結合,使Access資料庫與VisualBasic語言的優勢得到了最大的發揮,值得類似系統借鑑。
2)透過實踐應用表明該系統功能完善、方便實用、計算準確、資料成果可靠,能夠較好地滿足實際應用需求,大大減少了資料管理工作量,提高了效率。
3)系統中測量內外業一體化的實現為地鐵隧道自動化變形監測系統的開發積累了一定的經驗。
4)系統開發執行的成功為今後地鐵隧道結構變形監測資料處理與分析系統以及地鐵安全監測專家系統的研究開發奠定了基礎。
參考文獻
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