地铁隧道结构变形监测数据管理系统的设计与实现论文

　　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〔34〕，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〔56〕，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〔12〕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
　　11系统数据库结构
　　变形监测数据库用于存储监测点属性、监测成果等数据信息，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，在数据库管理时将测段名表与其他各表进行关联〔8〕。
　　12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
　　21系统的功能
　　211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。
　　213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中。
　　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，确保准确无误。
　　5）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。
　　214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。
　　22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化。
　　4）经系统处理的数据成果可直接导入到EXCEL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Windows2000MeXP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Windows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，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。
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