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) 1引言 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,越來(lái)越多的城市開(kāi)頭興建地鐵工程。地鐵隧道建筑在地質(zhì)復(fù)雜、道路狹窄、地下管線(xiàn)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(xiàn)狀地下建構(gòu)筑物,監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量比較大,其周期性和長(zhǎng)期性,使數(shù)據(jù)量特別浩大。面對(duì)這些繁雜而又浩大的數(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)估預(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(guān)、不準(zhǔn)時(shí)、自動(dòng)化程度較低等缺點(diǎn)1,2,

2、依據(jù)地鐵隧道結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)研制一套高效率的、使用便利的監(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,依據(jù)地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)的實(shí)際狀況,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),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)估預(yù)報(bào)及限值預(yù)警,為結(jié)構(gòu)分析供應(yīng)數(shù)據(jù)資源,以準(zhǔn)時(shí)反饋地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全狀況,使安全監(jiān)測(cè)管理人員更為便利和高效的管理監(jiān)測(cè)信息,為確保地鐵隧道結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行供應(yīng)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(mǎn)意如下要求: 1.1 提高地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)

3、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(mǎn)意輔助決策需求 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(zhuān)家系統(tǒng)的建立供應(yīng)基礎(chǔ)。 3 系統(tǒng)功能 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)范的全部要求,而且具有地鐵隧道自身的特點(diǎn),全面、標(biāo)準(zhǔn)、專(zhuān)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)依據(jù)地鐵隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、國(guó)家相關(guān)規(guī)范和類(lèi)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:垂直位移監(jiān)測(cè)(區(qū)間隧道沉

4、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)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

5、,沿線(xiàn)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、施工狀況等。 (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(guān)測(cè)更新改造專(zhuān)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。 (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,隧道安全狀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)

6、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)果打算平差方法的選取。最終對(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 目前嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展特殊快速,依據(jù)監(jiān)測(cè)手段和方式不同,用戶(hù)可以通過(guò)系統(tǒng)的接口程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)和觀(guān)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,為平差計(jì)算采用何種平

7、差方法供應(yīng)依據(jù)。 3.2.4 平差計(jì)算 依據(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;假如監(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。 3.2.5 資料整理入庫(kù) 依據(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,可依據(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(xún)、添加錄入、修改和刪除,同時(shí)可依據(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(xún) 依據(jù)不同監(jiān)測(cè)項(xiàng)目特點(diǎn),采用不同的查詢(xún)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(xún)和

8、遍歷查詢(xún),并可依據(jù)需要將查詢(xún)結(jié)果以不同的方式輸出。 3.3.2 數(shù)據(jù)錄入添加 依據(jù)實(shí)際需要對(duì)測(cè)點(diǎn)屬性數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)單位所供應(yīng)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(xún)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,便利用戶(hù)準(zhǔn)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)信息查詢(xún)后再進(jìn)行刪除,刪除前須經(jīng)確認(rèn),然后才能操作,確保精確無(wú)誤。 3.3.5 報(bào)表生成 可依據(jù)用戶(hù)需要,查詢(xún)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

9、 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(xiàn)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(lèi)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 針對(duì)監(jiān)測(cè)信息反饋分析的需要,供應(yīng)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(guān)詳細(xì)地了解隧道結(jié)構(gòu)整體變形趨勢(shì)。 以南京地鐵西延線(xiàn)垂直位移監(jiān)測(cè)為例,除供應(yīng)每期沉降量曲線(xiàn)圖、沉降速率曲線(xiàn)圖、撓度曲線(xiàn)圖、相對(duì)撓度曲線(xiàn)圖外,還可供應(yīng)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(xiàn)圖。 3.5 信息預(yù)警預(yù)報(bào)模塊 僅

10、僅將監(jiān)測(cè)的信息錄入系統(tǒng)中是不夠的,還要依據(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)的變形曲線(xiàn),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,模塊供應(yīng)了回歸分析、灰色系統(tǒng)、kalman濾波等傳統(tǒng)的模型供選擇。 依據(jù)系統(tǒng)給出的限值進(jìn)行預(yù)警,供應(yīng)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)變形狀況的進(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),必需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的管理,這主要是指對(duì)系統(tǒng)用戶(hù)的管理及日常使用日志的管理。 3.6.1 系統(tǒng)用戶(hù)管理 為保證監(jiān)測(cè)信息的完整性、正確性和安全性,必需對(duì)系統(tǒng)的用戶(hù)進(jìn)

11、行有效的管理。用戶(hù)登錄系統(tǒng)的過(guò)程必需在系統(tǒng)日志中進(jìn)行登記,包括用戶(hù)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(hù)使用狀況向主管領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)。在征得主管領(lǐng)導(dǎo)的同意后,系統(tǒng)管理員可以依據(jù)實(shí)際狀況添加用戶(hù)或提升、降低某些用戶(hù)的用戶(hù)使用級(jí)別,必要時(shí)可以禁止某些用戶(hù)的使用權(quán)力。系統(tǒng)用戶(hù)管理包括系統(tǒng)用戶(hù)登錄管理和用戶(hù)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)管理員供應(yīng)系統(tǒng)日志的檢查和備份功能,使系統(tǒng)管理員通過(guò)對(duì)系統(tǒng)日志的查看了解系統(tǒng)的使用狀況以及存在的不足和問(wèn)題,準(zhǔn)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,必需進(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)