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地鐵隧道結構變形監測數據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編程語言和ACCESS數據庫為工具,應用先進的數據庫管理技術設計開發地鐵隧道結構變形監測數據管理系統。系統程序采用模塊化結構,具有直接與外業觀測電子手簿連接下傳原始觀測資料、預處理和數據庫管理等功能,實現了測量內外業的一體化。系統結構合理、易于維護、利于后繼開發,提高監測數據處理的效率、可靠性以及監測數據反饋的及時性,值得類似工程的借鑒。
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復雜、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、國家相關規范和類似工程的變形監測以及當前地鐵所處階段來確定,由規范[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、隧道相對于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,其特點是監測項目多、線路長、測點多、測期頻和數據量大,給監測數據處理、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信息。
因此,有必要開發一套高效、使用方便的變形監測數據管理系統,實現對監測數據的科學管理及快速分析處理。現階段國內出現了較多的用于地鐵施工期的監測信息管理系統[3-4],這些系統雖然功能比較齊全、運行效率較高,能夠很好地滿足地鐵施工期監測需要,但它主要應用于信息化施工,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局限性。而現在國外研究的多為自動化監測系統[5-6],也不適用于目前國內自動化程度較低的地鐵隧道監測。
此外,能夠用于運營期并符合當前國內地鐵隧道結構監測實際的監測數據管理系統還較為少見。因此,隨著國內建成地鐵的逐漸增多,開發用于運營期地鐵的變形監測數據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],應用先進的數據庫管理技術[8],以目前較為流行的Access數據庫作為系統數據庫,設計和開發了用于運營期地鐵隧道變形監測數據管理系統,不僅提高了監測數據處理的效率和可靠性,保證了監測數據反饋的及時性,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系統數據庫結構
變形監測數據庫用于存儲監測點屬性、監測成果等數據信息,是數據管理系統的基礎。因此,合理的數據庫結構不僅是數據庫設計的關鍵,還有利于系統對數據的管理和高效處理分析。考慮到變形監測成果的特點,系統數據庫結構設計應不僅能滿足用戶的需要,而且能使系統需求的資源最少,同時還要使數據庫中數據冗余度盡量小,以達到結構合理、易于維護等目的[8]。為此,根據變形監測內容,系統數據庫設計由如下數據表構成。
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,并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、布設時間、布設單位、當前狀況、用情況、備注等。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、備注等。為了遵守數據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,其余與監測點屬性相同。
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坐標、Y坐標、測期、監測時間、備注等,測點的編號設置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、備注等,測點的編號設置與沉降監測成果表相同。
在以上各表中,第一個字段為主關鍵字,各字段值的類型與字節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據庫管理操作的方便迅捷,在數據庫管理時將測段名表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,系統由系統設置、預處理、數據庫管理、在線幫助和退出5個模塊組成,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系統設置功能
1)參數設置:設置系統所使用數據庫的地址,實現對地鐵的不同隧道段監測數據庫分別進行管理,同時還可設置顯示計算成果的小數位數等參數。
2)用戶設置:可以添加用戶和更改用戶登錄密碼,防止非系統用戶進入破壞數據,保證監測數據的安全和系統的正常運行。
2．1．2預處理功能
1)觀測資料整理:用戶可以通過系統的接口程序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,并對其計算處理,得到觀測成果數據。
2)粗差檢驗:對觀測成果數據進行檢驗,剔除不合格數據,保證監測數據的正確可靠,同時將檢驗后的成果數據錄入到數據庫中。
3)基準點穩定性檢驗:檢驗監測基準點的穩定性,確保監測數據的可靠性。
2．1．3數據庫管理功能
1)數據查詢:包括屬性數據查詢和監測成果數據查詢。查詢屬性數據時,可以先對屬性數據類別和屬性值條件進行選擇,同時系統動態搜索出滿足條件的測點,然后可根據用戶實際需要結合監測成果條件(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,然后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據后,可導入到EXCEL中進行編輯打印。
2)數據錄入和添加:包括監測點屬性數據錄入添加和監測成果數據錄入添加兩個功能,用于向數據庫錄入添加監測點屬性信息和監測成果數據。設置有手工錄入添加和自動導入兩種方式,前者直接在程序界面上的相應空格中填入數據值,實現逐點錄入;而后者則將文本數據格式或者EXCEL格式的數據自動導入數據庫,實現多點自動導入。添加數據時動態顯示已添加的數據和添加后數據庫中的所有數據信息,添加完成后可以將已添加的數據導入到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據按照預定的格式存儲在EXCEL或記事本中,隨后便可將數據導入到數據庫中。
3)數據修改:考慮到操作的規范性,系統只允許對監測點屬性進行修改。通過查詢所要修改的監測點,對其屬性信息進行修改,同時可以動態顯示數據庫中的監測點屬性信息,方便用戶及時看到修改結果。
4)數據刪除:與數據修改功能相似,通過對數據信息查詢后再進行刪除,刪除前須經確認,然后才能操作,確保準確無誤。
5)數據導出:由于在前述操作中已包括本功能,因此系統中無需再單獨設此功能模塊,避免重復。
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,用于系統運行過程中的在線幫助,以文本和圖像的形式對系統進行操作說明,并對常見問題作詳細解答。
2．1．5退出功能
退出系統。
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,克服了傳統的監測數據管理存在的數據查詢繁瑣、處理分析低效等缺陷。
2)系統操作通過窗口和菜單進行,具有界面友好、操作幫助完善等優點。
3)系統可通過接口程序與外業觀測電子手簿相連,下傳原始觀測資料,并進行計算處理,實現測量內外業一體化。
4)經系統處理的數據成果可直接導入到EX-CEL中,充分利用了EXCEL報表制作的優點,滿足了用戶對報表格式多樣性的要求。
5)監測數據通過系統存入數據庫進行管理,使復雜、繁瑣的監測數據管理工作變得簡單易行,如數據的查詢、添加、刪除、導入EXCEL等可通過鼠標單擊直接實現,提高了工作效率。
3 系統的實現與應用
系統采用Windows2000/Me/XP作為操作平臺,以桌面式關系型數據庫ACCESS和面向對象的程序設計語言VisualBasic6。0作為開發工具,通過數據庫引擎(ADO)[7]與數據庫有機的聯系在一起。系統開發采用面向對象的方法,它是根據應用問題所涉及的對象,建立于現實世界的一種軟件開發思想[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數據結構以及實現其功能。
VisualBasic是一個面向對象的圖形界面應用程序開發環境,利用它可開發面向對象的基于Win-dows的應用程序[7]。由于VisualBasic充分利用了Windows的窗口資源,因而開發應用程序的用戶界面美觀、簡潔。本系統中所使用的菜單、按鈕和結果顯示等功能方式均以模塊化開發實現,有利于系統的后續開發升級。
系統應用過程:首先,按照系統數據庫中數據表的字段格式對車站、區間段和監測點進行統一編號、命名和歸類,并根據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據錄入數據庫;然后,通過系統的接口程序從外業觀測電子手簿下傳各期原始觀測資料,對其進行預處理后將滿足要求的成果數據錄入數據庫;最后,對監測數據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) 監測數據管理的效率得到了明顯的提高。應用系統后,數據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,界面友好、美觀。
4 結 論
地鐵隧道結構變形監測數據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數據庫開發技術實現了數據庫與系統的有機結合,使Access數據庫與VisualBasic語言的優勢得到了最大的發揮,值得類似系統借鑒。
2)通過實踐應用表明該系統功能完善、方便實用、計算準確、數據成果可靠,能夠較好地滿足實際應用需求,大大減少了數據管理工作量,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)系統開發運行的成功為今后地鐵隧道結構變形監測數據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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