地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

1、地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)                        摘要地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)的特殊性、周期性和長(zhǎng)期性,使其信息量非常龐大。信息管理是地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)中一項(xiàng)重要的工作,現(xiàn)有的管理方式效率很低。為了高效、準(zhǔn)確地管理監(jiān)測(cè)信息,及時(shí)分析預(yù)報(bào)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀況,本文結(jié)合南京地鐵運(yùn)營(yíng)期隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)實(shí)例,開(kāi)發(fā)了一套具有變形監(jiān)測(cè)

2、資料存儲(chǔ)、預(yù)處理、管理分析、可視化分析、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及限值預(yù)警等功能的信息管理系統(tǒng),保證了準(zhǔn)確及時(shí)快速的數(shù)據(jù)處理和信息反饋,具有良好的運(yùn)用和推廣前景。關(guān)鍵詞地鐵隧道變形監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng) 1引言      隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,越來(lái)越多的城市開(kāi)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(wèn)題不容忽視。無(wú)論在施工期還是在運(yùn)營(yíng)期都要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè),以確保主體結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境安全。      地鐵隧道是一狹長(zhǎng)的線狀地下建構(gòu)筑物,監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量比較大,其周期性

3、和長(zhǎng)期性,使數(shù)據(jù)量非常龐大。面對(duì)這些繁雜而又龐大的數(shù)據(jù)能否管理利用好,關(guān)系到監(jiān)測(cè)隧道結(jié)構(gòu)變形和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)變形工作能否實(shí)現(xiàn)和實(shí)現(xiàn)的質(zhì)量。為此,如何有效地管理原始信息,并進(jìn)行相應(yīng)的處理顯得尤為重要。目前多數(shù)監(jiān)測(cè)信息的管理和應(yīng)用存在不直觀、不及時(shí)、自動(dòng)化程度較低等缺點(diǎn)1,2,根據(jù)地鐵隧道結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)研制一套高效率的、使用方便的監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)是必要的,它與變形監(jiān)測(cè)一樣具有重要的實(shí)用意義和科學(xué)意義。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想      以地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)信息為管理對(duì)象,根據(jù)地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)的實(shí)際情況,綜合運(yùn)用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和信息管理技術(shù)

4、,實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形信息的存儲(chǔ)、預(yù)處理、管理分析、可視化分析監(jiān)測(cè)信息、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及限值預(yù)警,為結(jié)構(gòu)分析提供數(shù)據(jù)資源,以及時(shí)反饋地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全狀況,使安全監(jiān)測(cè)管理人員更為方便和高效的管理監(jiān)測(cè)信息,為確保地鐵隧道結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行提供有效的決策支持。地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要應(yīng)滿足如下要求:1.1 提高地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理分析與      管理的科學(xué)化和自動(dòng)化水平,滿足輔助決策需求1.2 構(gòu)建地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)信息管理基礎(chǔ)平臺(tái)1.3 為后期自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的開(kāi)展及安全監(jiān)測(cè)專家系統(tǒng)的建立提供基礎(chǔ)。3 系統(tǒng)功能  &#

5、160;   地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)包括文檔管理、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析、信息預(yù)警預(yù)報(bào)和系統(tǒng)管理六大模塊,內(nèi)容不僅涵蓋了相關(guān)技術(shù)規(guī)范的所有要求,而且具有地鐵隧道自身的特點(diǎn),全面、標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè),有良好的應(yīng)用前景。3.1 文檔管理模塊3.1.1 變形監(jiān)測(cè)資料      地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)根據(jù)地鐵隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、國(guó)家相關(guān)規(guī)范和類似工程的變形監(jiān)測(cè)以及當(dāng)前地鐵所處階段來(lái)確定,主要內(nèi)容包括3:垂直位移監(jiān)測(cè)(區(qū)間隧道沉降監(jiān)測(cè)和隧道與地下車(chē)站沉降差異監(jiān)測(cè));水平位移監(jiān)測(cè)(區(qū)間隧道水平位移監(jiān)測(cè)和隧道相對(duì)地下車(chē)站水平位移監(jiān)

6、測(cè));隧道斷面收斂變形監(jiān)測(cè)等。      對(duì)于不同的地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容,所用監(jiān)測(cè)方法和儀器也不相同。通常,對(duì)于隧道垂直位移和水平位移監(jiān)測(cè),可通過(guò)大地測(cè)量或者自動(dòng)化測(cè)量的方法利用精密水準(zhǔn)儀、精密全站儀或智能全站儀進(jìn)行;而對(duì)于隧道斷面收斂變形監(jiān)測(cè),則要通過(guò)物理量測(cè)的方法利用收斂?jī)x(計(jì))進(jìn)行。      變形監(jiān)測(cè)資料包括歷次變形監(jiān)測(cè)的原始數(shù)據(jù),監(jiān)測(cè)報(bào)告及鑒定報(bào)告等。3.1.2 工程概況資料       工程概況資料主要有工程概況、工

7、程特性參數(shù)、重要技術(shù)資料和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檔案等。      (1)工程概況:包括地鐵地理位置,車(chē)站布置,沿線主要建筑物概況,工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件,結(jié)構(gòu)特性、施工情況等。      (2)重要技術(shù)資料:主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文件、圖紙,運(yùn)行設(shè)計(jì)報(bào)告,竣工驗(yàn)收?qǐng)?bào)告,隧道加固改建或觀測(cè)更新改造專題報(bào)告,重要工程圖形和圖像。      (3)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檔案:主要包括監(jiān)測(cè)儀器運(yùn)行、維護(hù)和歷次檢查、鑒定記錄及報(bào)告。    &#

8、160; (4)其他資料:主要包括水文、氣象和地震資料等。3.1.3 巡檢資料      包括對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的各個(gè)部位和斷面的滲漏、變形和裂縫等的日常巡查記錄表,隧道安全情況和隧道重大事故報(bào)告等。3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊      通過(guò)不同的方式導(dǎo)入原始監(jiān)測(cè)資料,并對(duì)其進(jìn)行粗差檢驗(yàn),若有粗差則提示警告,以便查找原因返工重測(cè),然后再進(jìn)行初步處理分析。對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn),不同的穩(wěn)定性檢驗(yàn)結(jié)果決定平差方法的選取。最后對(duì)所得監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行整理,存儲(chǔ)至相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)。3.2.1 數(shù)據(jù)導(dǎo)入 &

9、#160;    目前嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展特別迅速,根據(jù)監(jiān)測(cè)手段和方式不同,用戶可以通過(guò)系統(tǒng)的接口程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)和觀測(cè)電子手簿直接相連,自動(dòng)導(dǎo)入或手工導(dǎo)入。3.2.2 粗差檢驗(yàn)      依據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)程應(yīng)用相應(yīng)檢驗(yàn)粗差的方法對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn),若有粗差則給出提示警告和可能原因,以便查找原因返工重測(cè);若沒(méi)有粗差則提示檢驗(yàn)通過(guò),可進(jìn)行下一步處理計(jì)算。3.2.3 穩(wěn)定性檢驗(yàn)      通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)資料的計(jì)算分析,應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法(F檢驗(yàn)和t檢驗(yàn))對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性狀況進(jìn)行分析,

10、為平差計(jì)算采用何種平差方法提供依據(jù)。3.2.4 平差計(jì)算      根據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)及工作基點(diǎn)穩(wěn)定性檢驗(yàn)結(jié)果,對(duì)變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)相應(yīng)的選用經(jīng)典平差、擬穩(wěn)平差或自由網(wǎng)平差;如果監(jiān)測(cè)資料(如隧道收斂變形監(jiān)測(cè)資料等) 無(wú)需平差計(jì)算的則直接進(jìn)行相關(guān)成果計(jì)算。                           

11、;  3.2.5 資料整理入庫(kù)      根據(jù)前述各部分處理計(jì)算所得結(jié)果,對(duì)所得監(jiān)測(cè)成果以及檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整理和存儲(chǔ)入庫(kù)。此外,可根據(jù)需要對(duì)相關(guān)監(jiān)測(cè)屬性信息進(jìn)行相關(guān)編輯、修改,然后再整理入庫(kù)。3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊      對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、添加錄入、修改和刪除,同時(shí)可根據(jù)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)表生成輸出。3.3.1 數(shù)據(jù)查詢      根據(jù)不同監(jiān)測(cè)項(xiàng)目特點(diǎn),采用不同的查詢方式對(duì)測(cè)點(diǎn)的屬性信息和監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行條件查詢和遍歷查詢,

12、并可根據(jù)需要將查詢結(jié)果以不同的方式輸出。3.3.2 數(shù)據(jù)錄入添加      根據(jù)實(shí)際需要對(duì)測(cè)點(diǎn)屬性數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)單位所提供的直接成果數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入添加,同時(shí)可對(duì)屬性數(shù)據(jù)信息進(jìn)行編輯、修改添加。3.3.3 數(shù)據(jù)修改      考慮到操作的規(guī)范性,系統(tǒng)只允許對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)屬性進(jìn)行修改。通過(guò)查詢所要修改的監(jiān)測(cè)點(diǎn),對(duì)其屬性信息進(jìn)行修改,同時(shí)可以動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)庫(kù)中的監(jiān)測(cè)點(diǎn)屬性信息,方便用戶及時(shí)看到修改結(jié)果。3.3.4 數(shù)據(jù)刪除      與數(shù)據(jù)修改功能相似,通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)信

13、息查詢后再進(jìn)行刪除,刪除前須經(jīng)確認(rèn),然后才能操作,確保準(zhǔn)確無(wú)誤。3.3.5 報(bào)表生成      可根據(jù)用戶需要,查詢相關(guān)監(jiān)測(cè)信息,然后以相關(guān)的報(bào)表形式輸出監(jiān)測(cè)信息。3.4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析模塊      通過(guò)應(yīng)用不同的數(shù)據(jù)分析方法和方式對(duì)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析,分析過(guò)程和方式采用表格和曲線圖形方式進(jìn)行。3.4.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)穩(wěn)定性分析      應(yīng)用相關(guān)穩(wěn)定性分析方法及指標(biāo),結(jié)合監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際,對(duì)不同類型監(jiān)測(cè)點(diǎn)穩(wěn)定性進(jìn)行分析評(píng)判。3.4.2 可視化分析&

14、#160;     針對(duì)監(jiān)測(cè)信息反饋分析的需要,提供可視化的變形監(jiān)測(cè)圖形報(bào)表,輔助測(cè)點(diǎn)穩(wěn)定性分析評(píng)判,以便使用者更直觀具體地了解隧道結(jié)構(gòu)整體變形趨勢(shì)。      以南京地鐵西延線垂直位移監(jiān)測(cè)為例,除提供每期沉降量曲線圖、沉降速率曲線圖、撓度曲線圖、相對(duì)撓度曲線圖外,還可提供任意兩期累積沉降量、累積沉降速率、撓度及相對(duì)撓度的對(duì)比曲線圖。3.5 信息預(yù)警預(yù)報(bào)模塊      僅僅將監(jiān)測(cè)的信息錄入系統(tǒng)中是不夠的,還要根據(jù)穩(wěn)定性分析以及前n期的監(jiān)測(cè)成果模擬監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變

15、形曲線,并結(jié)合相關(guān)資料預(yù)報(bào)今后的變化趨勢(shì)。由于影響變形體的因素錯(cuò)綜復(fù)雜,考慮到系統(tǒng)的通用性,模塊提供了回歸分析、灰色系統(tǒng)、kalman濾波等傳統(tǒng)的模型供選擇。      根據(jù)系統(tǒng)給出的限值進(jìn)行預(yù)警,提供相關(guān)區(qū)間段的工程圖紙及地質(zhì)、水文氣象資料,便于隧道結(jié)構(gòu)變形情況的進(jìn)一步分析。3.6 系統(tǒng)管理模塊      為保證系統(tǒng)的安全,系統(tǒng)運(yùn)行和數(shù)據(jù)操作過(guò)程中都不能出現(xiàn)任何差錯(cuò),必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的管理,這主要是指對(duì)系統(tǒng)用戶的管理及日常使用日志的管理。3.6.1 系統(tǒng)用戶管理  

16、60;   為保證監(jiān)測(cè)信息的完整性、正確性和安全性,必須對(duì)系統(tǒng)的用戶進(jìn)行有效的管理。用戶登錄系統(tǒng)的過(guò)程必須在系統(tǒng)日志中進(jìn)行登記,包括用戶名、登錄時(shí)間、對(duì)系統(tǒng)的操作過(guò)程以及在系統(tǒng)中滯留的時(shí)間等。系統(tǒng)管理員定期將系統(tǒng)的用戶使用情況向主管領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)。在征得主管領(lǐng)導(dǎo)的同意后,系統(tǒng)管理員可以根據(jù)實(shí)際情況添加用戶或提升、降低某些用戶的用戶使用級(jí)別,必要時(shí)可以禁止某些用戶的使用權(quán)力。系統(tǒng)用戶管理包括系統(tǒng)用戶登錄管理和用戶權(quán)限管理兩個(gè)部分。3.6.2 系統(tǒng)日志及安全管理      本系統(tǒng)為系統(tǒng)管理員提供系統(tǒng)日志的檢查和備份功能,使系統(tǒng)管理員通

17、過(guò)對(duì)系統(tǒng)日志的查看了解系統(tǒng)的使用情況以及存在的不足和問(wèn)題,及時(shí)地處理系統(tǒng)存在的隱患,保證系統(tǒng)的高效運(yùn)行。3.6.3 數(shù)據(jù)庫(kù)備份與恢復(fù)      為了保證管理系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)經(jīng)災(zāi)難性毀壞后,能正?；謴?fù)運(yùn)行,必須進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的備份與恢復(fù)。系統(tǒng)采用自動(dòng)備份與人工備份結(jié)合的方式,確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。4 結(jié)語(yǔ)      地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),各功能模塊間具有相對(duì)地獨(dú)立性,便于進(jìn)行功能擴(kuò)充,為后期自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的開(kāi)展及安全監(jiān)測(cè)專家系統(tǒng)的建立提供支持和鋪墊4,5。該系統(tǒng)已在南京地鐵中應(yīng)用,不僅準(zhǔn)確及時(shí)快速的數(shù)據(jù)處理和信息反饋,提高了地鐵運(yùn)營(yíng)的管理水平,而且為地鐵的安全運(yùn)營(yíng)提供了保證,具有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和良好的應(yīng)用前景。 參考文獻(xiàn)1王浩,葛修潤(rùn),鄧建輝,豐定祥.隧道