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地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)論文1
基于J2EE的元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
摘要：對(duì)基于XML的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合、遙感數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)持久化以及用戶訪問控制技術(shù)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)；討論了元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)、設(shè)計(jì)思想和系統(tǒng)構(gòu)架，注重系統(tǒng)的可移植性、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性；實(shí)現(xiàn)了基于J2EE技術(shù)的元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：Java 2平臺(tái)企業(yè)版；元數(shù)據(jù)管理；擴(kuò)展標(biāo)記語言
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了海量的信息。如何有效地管理和組織這些海量信息已經(jīng)成為一個(gè)突出的問題。元數(shù)據(jù)機(jī)制是解決這一問題的有效手段。一些部門已經(jīng)針對(duì)數(shù)據(jù)在行業(yè)內(nèi)部的應(yīng)用特點(diǎn)來開發(fā)自己的管理系統(tǒng)[1]。目前，在元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的建設(shè)中存在的主要問題是：基于不同操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)的管理平臺(tái)不可移植、安全性差、難以維護(hù)和擴(kuò)展、缺乏統(tǒng)一的建設(shè)模式與內(nèi)容服務(wù)提供方式[2，3]。
以J2EE平臺(tái)為基礎(chǔ)的各項(xiàng)技術(shù)的成熟為這些問題提供了良好的解決方案。J2EE是一種利用Java2平臺(tái)來簡(jiǎn)化諸多與多級(jí)解決方案的開發(fā)、部署和管理相關(guān)的復(fù)雜問題的體系結(jié)構(gòu)。J2EE的核心技術(shù)是Java2平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)版，具有Java語言的特性，是一個(gè)開放的、跨平臺(tái)的結(jié)構(gòu)，提供了健全的意外事件處理機(jī)制，具有良好的可移植性和擴(kuò)展性。
基于J2EE的元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)具有高效、穩(wěn)定、可復(fù)用、易維護(hù)的特點(diǎn)；獨(dú)立于平臺(tái)，可以部署于Microsoft Windows、Linux、UNIX等操作系統(tǒng)之上；可對(duì)Oracle、SQL Server 2000、MySQL等多種數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作。但是J2EE涉及的技術(shù)種類繁多，在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)需要準(zhǔn)確使用，而且基于J2EE的系統(tǒng)需要具有良好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，才能最大限度地發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。盡管基于J2EE平臺(tái)的系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但目前J2EE還沒有被廣泛應(yīng)用在元數(shù)據(jù)管理中。本文提出的基于J2EE架構(gòu)的元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建設(shè)方法和應(yīng)用實(shí)例，是將J2EE引入元數(shù)據(jù)管理的一個(gè)初步嘗試。
1關(guān)鍵技術(shù)研究
1．1基于XML的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合
各個(gè)部門采用了不同的元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式。由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，很難對(duì)這些元數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理和發(fā)布。必須實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合。
采用簡(jiǎn)單文本文件作為中間介質(zhì)的信息交換方法不能描述數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，不適合用來進(jìn)行復(fù)雜的元數(shù)據(jù)交換。XML技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息交換與共享已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢(shì)。孫君明等人[4]對(duì)基于XML的數(shù)據(jù)交換技術(shù)進(jìn)行了研究。XML是采用線性語法描述樹狀結(jié)構(gòu)的標(biāo)志語言。作為一種數(shù)據(jù)交換的中間件，XML具有跨平臺(tái)、結(jié)構(gòu)化和自描述性強(qiáng)的特點(diǎn)。
用XML實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合的過程如圖1所示。
在圖1中，首先各地的數(shù)據(jù)提供者通過瀏覽器將數(shù)據(jù)傳送給服務(wù)器，由服務(wù)器端的XML引擎將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的XML文檔；再由一些服務(wù)組件根據(jù)需要對(duì)XML文檔進(jìn)行處理，如建立索引等。這樣，多源異構(gòu)數(shù)據(jù)就被轉(zhuǎn)換成了具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的XML文檔；通過對(duì)這樣具有固定結(jié)構(gòu)的XML中間件的解析，實(shí)現(xiàn)從XML文檔到數(shù)據(jù)庫(kù)的轉(zhuǎn)換，完成了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)[4，5]。進(jìn)行信息發(fā)布時(shí)，根據(jù)客戶端的查詢條件在數(shù)據(jù)庫(kù)中提取相應(yīng)的結(jié)果集，形成XML文檔，將該文檔發(fā)送至客戶端；由客戶端的格式化工具解析該XML文檔，顯示在客戶端。
1．2遙感數(shù)據(jù)的分塊存儲(chǔ)
遙感數(shù)據(jù)（如DEM、TM、ASTER等）具有數(shù)據(jù)量龐大的特點(diǎn)，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的大數(shù)據(jù)類型存儲(chǔ)，如Oracle 9i中的Blob、SQL Server 2000中的Image。但是如果將它們直接存入數(shù)據(jù)庫(kù)中會(huì)造成系統(tǒng)效率低下;可采用一種分塊存儲(chǔ)的策略，將原始數(shù)據(jù)分割成大小一致的若干塊，一塊一塊地進(jìn)行存儲(chǔ)。分塊大小要根據(jù)磁盤的讀寫性能和網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能確定，過大或過小都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行效率低下[6]。每塊數(shù)據(jù)以一條記錄的方式進(jìn)行存儲(chǔ)，包含數(shù)據(jù)的編號(hào)、經(jīng)緯度、步長(zhǎng)、時(shí)間等信息，并且建立索引。
1．3數(shù)據(jù)持久化
為了能使系統(tǒng)部署在任意數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)上，加入了一個(gè)持久化層，作為連接Java應(yīng)用和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的通道。為數(shù)據(jù)庫(kù)中的每張表建立一個(gè)Java對(duì)象，定義好對(duì)象與表之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，只需對(duì)Java對(duì)象進(jìn)行操作，不用關(guān)心SQL語句和系統(tǒng)最終使用的數(shù)據(jù)庫(kù)。持久層作為一個(gè)中間件，封裝對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作，提供接口，隱藏?cái)?shù)據(jù)訪問的細(xì)節(jié)[7]。
1．4用戶訪問控制
元數(shù)據(jù)的使用人員級(jí)別復(fù)雜，用戶管理困難。使用RBAC(Role－Based Access Control，基于角色的訪問控制)模型，可以提高管理的效率和安全性。RBAC在傳統(tǒng)的用戶——權(quán)限模型中引入了角色的概念。角色是一組用戶的集合，也是一個(gè)授權(quán)的集合，它將一組用戶與權(quán)限聯(lián)系起來。一個(gè)角色可以與多個(gè)用戶對(duì)應(yīng)，一個(gè)用戶可以擁有多個(gè)角色，每個(gè)角色可以執(zhí)行多種權(quán)限，每個(gè)權(quán)限可以被多個(gè)角色共享。對(duì)一個(gè)用戶授予相應(yīng)的角色，使用戶可以進(jìn)行相應(yīng)的操作[8]。引入角色可以使系統(tǒng)的安全機(jī)制具有很大的靈活性，減少了權(quán)限管理的負(fù)擔(dān)和代價(jià)，同時(shí)也增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性。
2元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
使用本系統(tǒng)的各部門實(shí)際情況不同，系統(tǒng)可能被部署到不同的平臺(tái)上，而且需要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行一定的擴(kuò)展和改進(jìn)。所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，需要充分考慮到系統(tǒng)的可移植性和可擴(kuò)展性。
2．1系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)基于J2EE平臺(tái)，是一個(gè)瀏覽器/服務(wù)器（B/S）結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，具有J2EE平臺(tái)可以跨系統(tǒng)使用的特性，采用MVC（Model－View－Controller）應(yīng)用框架。MVC設(shè)計(jì)框架的內(nèi)部原理比較復(fù)雜，將MVC運(yùn)用到應(yīng)用程序中會(huì)帶來大量的額外工作，增加應(yīng)用的復(fù)雜性。但是MVC可以輕松地實(shí)現(xiàn)程序代碼與HTML的分離，而且MVC的三個(gè)模塊相互獨(dú)立，可以構(gòu)造良好的松耦合構(gòu)件，提高應(yīng)用系統(tǒng)的可維護(hù)性、可擴(kuò)展性、可移植性和可復(fù)用性。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的應(yīng)用考慮，應(yīng)使用ＭＶＣ設(shè)計(jì)框架[9]。
本系統(tǒng)在傳統(tǒng)的B/S三層結(jié)構(gòu)上作了一定的改進(jìn)。
（1）表現(xiàn)層。在該層使用Struts框架。Struts是一個(gè)MVC模式的表現(xiàn)層應(yīng)用框架。瀏覽器向Web服務(wù)器提出請(qǐng)求后，Web服務(wù)器會(huì)把請(qǐng)求交給控制器處理。ActionServlet控制器根據(jù)請(qǐng)求的不同，將它們轉(zhuǎn)發(fā)給不同的Action實(shí)例。Action實(shí)例在這里充當(dāng)了用戶請(qǐng)求與業(yè)務(wù)處理邏輯之間的適配器，它只負(fù)責(zé)控制整個(gè)程序的流程，不關(guān)心具體業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了請(qǐng)求與業(yè)務(wù)邏輯的分開。本系統(tǒng)使用一個(gè)高效的Action類——DispatchAction類。只要繼承該類，就可以在一個(gè)Action中集成多個(gè)業(yè)務(wù)方法，有利于系統(tǒng)的維護(hù)。在視圖顯示方面，其大量使用了Struts標(biāo)簽，用來控制顯示的邏輯和內(nèi)容。由于不同平臺(tái)采取的編碼方式不同，在進(jìn)行系統(tǒng)移植時(shí)很容易出現(xiàn)中文亂碼問題。在這里使用一個(gè)可插拔式的過濾器，實(shí)現(xiàn)對(duì)請(qǐng)求和響應(yīng)的預(yù)處理及后處理，很好地解決了字符編碼問題，使系統(tǒng)可以在不同的平臺(tái)上進(jìn)行移植。
用戶請(qǐng)求和應(yīng)用邏輯。在處理之前，將所有涉及到表現(xiàn)層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)替換成更加通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型；使用通用的、與表現(xiàn)層無關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在這兩層之間傳遞參數(shù)。表現(xiàn)層方法提交的參數(shù)類型主要是HttpServletRequest和HttpServletResponse；使用這樣的參數(shù)會(huì)增加系統(tǒng)的耦合性，不利于代碼的重用，所以要將它們處理成通用的數(shù)據(jù)類型，如數(shù)組。這一過程在Action適配器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)之前完成，提供給業(yè)務(wù)層的參數(shù)是通用的數(shù)據(jù)類型[10]。業(yè)務(wù)層方法之間的通信也通過通用的參數(shù)類型進(jìn)行，使得每個(gè)業(yè)務(wù)方法均獨(dú)立存在于系統(tǒng)之中，在很大程度上減少了系統(tǒng)的耦合，提高了可復(fù)用性。
（3）數(shù)據(jù)層。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問細(xì)節(jié)與業(yè)務(wù)層的分離，引入持久化層。
為了使系統(tǒng)具有較好的可維護(hù)性、可移植性和可復(fù)用性，采用以上的設(shè)計(jì)思想，以搭建一個(gè)邏輯清楚、功能明確、模塊化程度高的元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。
2．2工作流程
用戶通過瀏覽器（IE/Netscape）向服務(wù)器提交請(qǐng)求，請(qǐng)求經(jīng)過過濾器處理后再提交給控制器ActionServlet；控制器根據(jù)請(qǐng)求的類別將它們轉(zhuǎn)發(fā)給不同的DispatchAction類。該類中的方法對(duì)參數(shù)進(jìn)行處理后調(diào)用不同的業(yè)務(wù)邏輯對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行分析處理，處理后得到的信息通過視圖顯示在用戶瀏覽器上。
3基于J2EE的元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
根據(jù)本文提出的設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)——基于J2EE的小城鎮(zhèn)元數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。本實(shí)例以J2EE平臺(tái)為基礎(chǔ)，Tomcat 為服務(wù)器，可以使用Oracle 9i、SQL Server 2000、MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，使用了ORM（Object－Relation Mapping）模式的持久化層中間件Hibernate，以Eclipse 為開發(fā)平臺(tái)。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中，使用了以J2EE平臺(tái)為基礎(chǔ)的各項(xiàng)技術(shù)，遵循Java2標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)的編碼標(biāo)準(zhǔn)，注重系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。系統(tǒng)的XML引擎采用了DOM（Document Object Model）和SAX（Simple API for XML）。DOM負(fù)責(zé)XML文檔的生成和修改；SAX對(duì)XML進(jìn)行解析。
小城鎮(zhèn)元數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的功能主要分為管理與檢索兩部分，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、文檔數(shù)據(jù)、原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)、報(bào)表數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)的管理與檢索；用戶管理可以對(duì)用戶進(jìn)行權(quán)限設(shè)置；系統(tǒng)管理功能可以提供系統(tǒng)運(yùn)行的日志和幫助文件。
4結(jié)束語
基于J2EE的元數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，具有良好的跨平臺(tái)特性；解決了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合、遙感數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)持久化和用戶控制訪問問題；在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程中遵循J2EE的設(shè)計(jì)模式，具有良好的擴(kuò)展性和維護(hù)性；功能模塊具有低耦合的特點(diǎn)，極大地提高了代碼的可復(fù)用性；可對(duì)元數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理，實(shí)現(xiàn)信息的共享發(fā)布，廣泛地應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。在如何提高系統(tǒng)的安全性方面還有待于對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的研究。
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地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)論文2
運(yùn)行中的地鐵隧道變形動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)
摘 要 文章結(jié)合廣州市“倉(cāng)邊復(fù)建綜合樓項(xiàng)目”工程施工監(jiān)測(cè)方案，對(duì)受緊鄰基坑施工擾動(dòng)影響的運(yùn)行中地鐵隧道變形的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行了分析，采用TCA2003全站儀的全自動(dòng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以24 h無人值守、連續(xù)監(jiān)測(cè)運(yùn)行中的地鐵隧道變形，且每次監(jiān)測(cè)可在地鐵運(yùn)行間隔內(nèi)迅速完成。監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)提供給施工方，以指導(dǎo)當(dāng)前及下一步的施工，在工程應(yīng)用中取得了良好的效果。
關(guān)鍵詞 地鐵隧道 連續(xù)運(yùn)行 基坑開挖 變形動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè) 概述
在我國(guó)已有地鐵的城市中，地鐵沿線（非常靠近地鐵隧道）的深基坑越來越多，如何在基坑開挖中保護(hù)正在運(yùn)行中的地鐵隧道，是一個(gè)十分現(xiàn)實(shí)的問題。采用信息化施工及監(jiān)測(cè)方法，可以有效地指導(dǎo)基坑施工過程，施工中采用的時(shí)空效應(yīng)法、逆作法、注漿法和基坑加固方法等均可達(dá)到保護(hù)鄰近隧道、控制變形的目的。而常規(guī)的地鐵變形監(jiān)測(cè)如連通管法、巴塞特法等，在運(yùn)行的地鐵隧道中進(jìn)行監(jiān)測(cè)相當(dāng)困難，主要是因?yàn)榈罔F運(yùn)行間隔很短，運(yùn)行期間絕對(duì)不允許測(cè)量人員進(jìn)入，為此，須有一種簡(jiǎn)便的、無人值守、自動(dòng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法，可在很短的時(shí)間間隔內(nèi)，迅速完成隧道的變形監(jiān)測(cè)，并為鄰近基坑的施工提交監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
廣州市 “倉(cāng)邊復(fù)建綜合樓項(xiàng)目”與廣州地鐵1號(hào)線平行，西側(cè)基坑距區(qū)間隧道（公園前站～農(nóng)講所站）北線最近處約4 m，東側(cè)基坑距北線隧道最近處約8 m，基坑開挖深度約為 m，采用地下連續(xù)墻圍護(hù)，兼做承重結(jié)構(gòu)。基坑開挖將對(duì)地鐵1號(hào)線構(gòu)成威脅，為保證地鐵的安全運(yùn)行，必須在基坑開挖過程中對(duì)運(yùn)行中的隧道變形進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)。自動(dòng)化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 監(jiān)測(cè)要求
由于地鐵隧道在一天中的三分之二以上的時(shí)間是處于全封閉的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，絕對(duì)不允許監(jiān)測(cè)人員進(jìn)入隧道內(nèi)工作，所以要求必須在隧道內(nèi)設(shè)置自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)代替人工操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道水平、垂直位移的連續(xù)、精確監(jiān)測(cè)?？紤]到地鐵運(yùn)行的間隔很短，所采用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)能在3～5 min內(nèi)完成隧道（受影響的區(qū)間段）的變形監(jiān)測(cè)，以掌握基坑開挖施工引起地鐵1號(hào)線隧道變形規(guī)律及特性。 監(jiān)測(cè)范圍
地鐵1號(hào)線下行線“農(nóng)講所站～公園前站”區(qū)間隧道沿基坑的60 m及兩端各向外延伸45 m（約150 m）的范圍。監(jiān)測(cè)內(nèi)容為隧道的水平和垂直位移。 自動(dòng)化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成
一個(gè)完整的自動(dòng)化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是指在無需操作人員干預(yù)的條件下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測(cè)、記錄、處理、存儲(chǔ)、報(bào)表編制、預(yù)警預(yù)報(bào)等功能，它由一系列的軟件和硬件構(gòu)成，整個(gè)系統(tǒng)配置包括：TCA自動(dòng)化全站儀、棱鏡、通訊電纜及供電電纜、計(jì)算機(jī)與專用軟件。
TCA自動(dòng)化全站儀
TCA自動(dòng)化全站儀能夠自動(dòng)整平、自動(dòng)調(diào)焦、自動(dòng)正倒鏡觀測(cè)、自動(dòng)進(jìn)行誤差改正、自動(dòng)記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)，其獨(dú)有的ATR（Automatic Target Recognition，自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別）模式，使全站儀能進(jìn)行自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別，操作人員一旦粗略瞄準(zhǔn)棱鏡后，全站儀就可搜尋到目標(biāo)，并自動(dòng)瞄準(zhǔn)，不再需要精確瞄準(zhǔn)和調(diào)焦，大大提高工作效率。
TCA2003是Leica TCA自動(dòng)化全站儀中的一種（見圖1），該儀器測(cè)角精度為〞，測(cè)距精度為1 mm±1 ppm?？赏ㄟ^專用的控制軟件來控制觀測(cè)目標(biāo)、設(shè)定觀測(cè)周期。
Leica標(biāo)準(zhǔn)精密測(cè)距棱鏡
棱鏡作為觀測(cè)標(biāo)志，利用膨脹螺絲固定在隧道內(nèi)側(cè)（見圖2），其數(shù)目可按實(shí)際需要設(shè)定，該標(biāo)志能被TCA2003全站儀自動(dòng)跟蹤鎖定，以實(shí)施精密測(cè)角和測(cè)距。
計(jì)算機(jī)
計(jì)算機(jī)利用電纜和全站儀連接，并裝有專用軟件以實(shí)現(xiàn)整個(gè)監(jiān)測(cè)過程的全自動(dòng)化，既能控制全站儀按特定測(cè)量程序采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并將測(cè)量成果實(shí)時(shí)進(jìn)行處理，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，杜絕返工，也可以對(duì)各個(gè)觀測(cè)周期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)并生成監(jiān)測(cè)報(bào)告。 其它設(shè)備
其它設(shè)備包括溫度計(jì)﹑氣壓計(jì)﹑濕度計(jì)、連接電纜、外接電源等；溫度計(jì)﹑氣壓計(jì)﹑濕度計(jì)用于測(cè)定空氣的溫度、壓力和濕度，將測(cè)定結(jié)果輸入到計(jì)算機(jī)中，對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正，以提高觀測(cè)精度。 實(shí)時(shí)控制軟件
GeoMos Monitor是專門用于監(jiān)測(cè)的、與TCA2003全站儀配套的變形測(cè)量軟件，其在Windows環(huán)境下運(yùn)行，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)中，它既可按操作者設(shè)定的測(cè)量過程和選定的基準(zhǔn)點(diǎn)、觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量處理，也可快速建立三維坐標(biāo)、位移量以及其它相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速存儲(chǔ)、檢索、編輯，可實(shí)時(shí)顯示量測(cè)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)處理或后處理，能實(shí)時(shí)顯示圖形或事后顯示。 后處理軟件
采用自己編制的軟件，利用和GeoMos的軟件接口，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，按施工方要求的格式將監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移變化轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)圖表的形式直觀地表達(dá)出來，繪制出監(jiān)測(cè)報(bào)表和位移曲線，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、報(bào)警以及報(bào)表生成的功能，可以根據(jù)用戶的要求提供報(bào)表的形式。3 施工監(jiān)測(cè) 測(cè)點(diǎn)布設(shè)
測(cè)點(diǎn)分為測(cè)站點(diǎn)、基準(zhǔn)點(diǎn)以及觀測(cè)點(diǎn)3類，測(cè)點(diǎn)布設(shè)在區(qū)間隧道K9+920~K10+070約150 m的范圍之內(nèi)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)用來檢驗(yàn)測(cè)站是否產(chǎn)生位移，位于基坑影響區(qū)域外的東、西2點(diǎn)；觀測(cè)點(diǎn)沿隧道每隔約10 m布設(shè)1個(gè)，如圖3所示。
觀測(cè)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)都采用棱鏡作為觀測(cè)標(biāo)志（可實(shí)現(xiàn)在水平方向上和垂直方向上的旋轉(zhuǎn)），固定在支座上，支座采用膨脹螺絲固定在隧道管片上，安裝高度低于2 m（以確保安裝時(shí)不需要停電作業(yè)，并不對(duì)行車造成影響）。儀器設(shè)置在施工影響區(qū)域的中央（隧道的南側(cè)），固定在觀測(cè)臺(tái)上（避免對(duì)中誤差），并在旁邊放置穩(wěn)壓電源。
為了更好地掌握地鐵運(yùn)行狀況和控制隧道受基坑施工的影響，在不同位置設(shè)置典型觀測(cè)斷面（斷面具體數(shù)目結(jié)合基坑開挖深度及影響范圍設(shè)定）。坐標(biāo)系設(shè)置為自定義坐標(biāo)系。 觀測(cè)方法
通過控制軟件，在每個(gè)觀測(cè)周期開始前，利用東、西2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，4測(cè)回推算出測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)，然后，四測(cè)回對(duì)所有的點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)，得到觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)?；娱_挖深度較淺時(shí)，可以減少觀測(cè)頻率。隨著基坑開挖深度的不斷增加，24 h實(shí)時(shí)觀測(cè)，并加大重點(diǎn)部位的觀測(cè)頻率。 測(cè)量數(shù)據(jù)
表1為不同測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)報(bào)表，圖4是D12點(diǎn)的累計(jì)位移—時(shí)間的曲線圖。
測(cè)量誤差分析 誤差來源
測(cè)量的誤差來源于儀器的系統(tǒng)誤差、測(cè)站和目標(biāo)的對(duì)中誤差、外界環(huán)境的影響、測(cè)量?jī)x器的影響。
⑴ 儀器的系統(tǒng)誤差主要是由儀器本身構(gòu)造引起的，為保證精度，需在測(cè)量前對(duì)儀器進(jìn)行檢校，儀器即使在檢校后還有殘余的系統(tǒng)誤差。但由于監(jiān)測(cè)需要得到的是2次測(cè)量之間的位移值，因此系統(tǒng)誤差可以基本消除。
⑵ 由于測(cè)站點(diǎn)、觀測(cè)點(diǎn)均采用強(qiáng)制對(duì)中措施，而且標(biāo)志埋設(shè)后在整個(gè)觀測(cè)過程中不再重新安置，因此，測(cè)站、目標(biāo)的對(duì)中誤差可忽略不計(jì)。
⑶ 由于本次監(jiān)測(cè)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而地鐵隧道的濕度較大，對(duì)測(cè)距的精度會(huì)有影響，但地鐵隧道內(nèi)的溫度﹑氣壓﹑濕度均比較穩(wěn)定，因此，可不考慮這些外界環(huán)境因素對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響，可在觀測(cè)過程中利用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行修正。而列車運(yùn)行帶來的震動(dòng)卻對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響較大，故應(yīng)盡量避免在這一時(shí)段進(jìn)行觀測(cè)。
⑷ 本次測(cè)量采用TCA2003全站儀觀測(cè)，其測(cè)角精度″，測(cè)距精度1 mm±1 ppm，因此，其是影響測(cè)量的主要誤差源。 誤差分析
此次監(jiān)測(cè)主要的誤差來源是儀器的測(cè)角誤差和測(cè)距誤差，儀器的測(cè)角精度為″，100 m的監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)由測(cè)角所引起的最大誤差為± mm；儀器的測(cè)距精度為1 mm±1 ppm，其中1 mm為固定誤差，±1 ppm為比例誤差(1 mm/km)，即100 m的距離由測(cè)距所引起的誤差為± mm，距離測(cè)量采用四測(cè)回觀測(cè)儀器引起的誤差為± mm；根據(jù)各點(diǎn)給定的初始坐標(biāo)估算，點(diǎn)位的平面精度約± mm，Z方向的精度與豎直角的大小有關(guān)，精度略低，但仍可以保證±1 mm的精度，能夠滿足施工及甲方對(duì)地鐵保護(hù)的要求。結(jié)論
廣州市“倉(cāng)邊復(fù)建綜合樓項(xiàng)目”基坑開挖對(duì)地鐵1號(hào)線構(gòu)成威脅，施工中采用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行中的隧道變形進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果為基坑開挖施工提供了準(zhǔn)確、及時(shí)的指導(dǎo)數(shù)據(jù)，保證地鐵的安全運(yùn)行。這是一種簡(jiǎn)便、靈活、無人值守、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。工程應(yīng)用表明，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能滿足工程的要求，且監(jiān)測(cè)速度快、精度高、受人為影響少、自動(dòng)化程度高，可在地鐵運(yùn)行間隔內(nèi)迅速完成隧道的變形監(jiān)測(cè)。
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地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)論文3
地鐵施工沉降監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
李光，馮雪春
（葫蘆島市測(cè)繪地理信息局，遼寧 葫蘆島 ）
摘要：通過對(duì)目前地鐵施工階段沉降數(shù)據(jù)的管理與預(yù)測(cè)方法的分析和了解，通過計(jì)算機(jī)編程語言，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的專業(yè)化、智能化的管理，并且應(yīng)用合理的預(yù)測(cè)方法對(duì)沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行后期的預(yù)測(cè)，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某绦蛟O(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，具有較好的實(shí)用價(jià)值及應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：地鐵；沉降監(jiān)測(cè)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.前言
在地鐵施工過程中，變形監(jiān)測(cè)為工程質(zhì)量、施工進(jìn)度和人身安全提供了重要的保證，就現(xiàn)階段而言，在地鐵施工過程中，由于監(jiān)測(cè)項(xiàng)目多，數(shù)據(jù)格式多，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接觸人員多，存在諸多對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理的混亂問題；同時(shí)，在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也存在數(shù)據(jù)共享不及時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)不及時(shí)等問題，尤其是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的短期預(yù)測(cè)精度有限，對(duì)未來形變趨勢(shì)無法做出準(zhǔn)確判斷，很大程度上影響施工安全。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)集數(shù)據(jù)處理，管理和預(yù)測(cè)分析于一體的系統(tǒng)顯得十分重要。系統(tǒng)需求
系統(tǒng)功能需求
系統(tǒng)的主要功能就是對(duì)數(shù)據(jù)的進(jìn)行短期、準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，這是系統(tǒng)的核心功能；系統(tǒng)還應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的錄入（包括手動(dòng)錄入和導(dǎo)入已有文件）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（建立專門的數(shù)據(jù)文件）、數(shù)據(jù)處理（包括對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行粗差檢驗(yàn)、危險(xiǎn)值預(yù)警、平差等）、生成監(jiān)測(cè)報(bào)表（建立數(shù)據(jù)的日?qǐng)?bào)、周報(bào)等并附有工程信息）、生成沉降曲線圖（包括沉降速率圖和累積沉降圖）、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位圖（相對(duì)點(diǎn)位圖）等功能。 系統(tǒng)性能需求
(1)系統(tǒng)穩(wěn)定性高，應(yīng)能在正常情況下，保證系統(tǒng)所有功能都能正常使用；在非正常情況下，盡可能保證部分功能正常使用；
(2)系統(tǒng)對(duì)電腦硬件要求低，在施工現(xiàn)場(chǎng)上任何硬件水平的電腦上都能運(yùn)行，使系統(tǒng)具有廣泛的硬件適用性；
(3)系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件要求低，在施工現(xiàn)場(chǎng)并不能所有電腦都安裝了VC2008++等基礎(chǔ)支持性軟件，因此，系統(tǒng)必須具有良好的兼容性。
(4)系統(tǒng)應(yīng)具有一定安全性，由于系統(tǒng)內(nèi)部可能載有國(guó)家保密級(jí)數(shù)據(jù)，因此應(yīng)能避免操作系統(tǒng)漏洞給本系統(tǒng)造成影響。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
按照上文所說的需求分析和總體設(shè)計(jì)，“地鐵施工階段沉降監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)系統(tǒng)”將是一個(gè)界面友好、簡(jiǎn)單易操作、能夠生成圖形化，同時(shí)又能夠顯示相對(duì)點(diǎn)位，基于這些需求，本文在綜合考慮了所有的編程語言后，相對(duì)比而言，C#語言和Matlab語言以及使用ArcGIS Engine的相關(guān)模塊能夠符合系統(tǒng)需求。
“地鐵施工階段沉降監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)系統(tǒng)”是一個(gè)全方位、流程化的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，為滿足設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)將主要包括：數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析與計(jì)算、數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)三大部分，從原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入（錄入）為開始，數(shù)據(jù)分析與預(yù)測(cè)為過程，生成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)表為終止，其中包含數(shù)據(jù)建檔、粗差剔除、簡(jiǎn)易平差、危險(xiǎn)值警示、各種沉降數(shù)據(jù)示意圖、累積沉降曲線圖等等功能。系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖如圖。
圖 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖
Overall System Design Drawing 4 系統(tǒng)主要模塊設(shè)計(jì)
系統(tǒng)主要分為三個(gè)模塊：數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析與計(jì)算、數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)。 數(shù)據(jù)管理模塊設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)管理做為數(shù)據(jù)的載體，貫穿于整個(gè)系統(tǒng)之中，通過施工測(cè)量員提供的資料和意見，針對(duì)數(shù)據(jù)管理模塊具體化如下圖，其流程包括數(shù)據(jù)錄入、建立數(shù)據(jù)檔案、數(shù)據(jù)分析以及生成最后的監(jiān)測(cè)報(bào)表。
圖 數(shù)據(jù)管理模塊設(shè)計(jì)圖
Data Management Module Design Drawing 數(shù)據(jù)分析與計(jì)算模塊設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)分析與計(jì)算是“地鐵施工沉降監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)系統(tǒng)”的重要組成部分，數(shù)據(jù)分析能力的強(qiáng)弱決定系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用等級(jí)水平，這個(gè)模塊包含計(jì)算和分析，沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的計(jì)算可以通過簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)語言編寫，其目的是根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范求出精度評(píng)定的相關(guān)參數(shù)；而分析則主要體現(xiàn)在粗差剔除的方法上，根據(jù)一期的沉降數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量，對(duì)粗差剔除的理論方法宜采用格拉布斯準(zhǔn)則進(jìn)行判別，并警示顯示。具體模塊設(shè)計(jì)見下圖
圖 數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì)圖
The Data Processing Module Design Drawing 數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)模塊設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)模塊是“地鐵施工沉降監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)系統(tǒng)”的核心部分，數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)精度的高低決定著下一步的施工，在很大程度上左右工程進(jìn)度，因此，數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)模塊要求主要有兩個(gè)：首先，算法預(yù)測(cè)精度高，能夠保障施工技術(shù)要求；其次，程序?qū)?shù)據(jù)質(zhì)量要求要低，任何數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)量大小，都能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。由于地鐵施工階段，工期緊張，因此，短期對(duì)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)能力要求較高，對(duì)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)能夠保障總體趨勢(shì)即可。
在導(dǎo)入的原始數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)分析計(jì)算后，首先利用時(shí)間序列分析模型分析，使數(shù)據(jù)的特性能夠識(shí)別在時(shí)間序列當(dāng)中，通過自相關(guān)函數(shù)和偏相關(guān)函數(shù)，確定時(shí)間序列分析模型的參數(shù)，通過對(duì)殘差的對(duì)比分析，選擇適當(dāng)?shù)男〔ɑ?，利用分層閾值小波去噪，消去噪聲，最后使用指?shù)平滑法對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)，并生成預(yù)測(cè)曲線和計(jì)算出預(yù)測(cè)值。具體設(shè)計(jì)運(yùn)行流程，見下圖。
數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)模塊設(shè)計(jì)圖
Data Prediction Module Design Drawing
圖 5 地鐵施工沉降監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)主界面及數(shù)據(jù)管理模塊的實(shí)現(xiàn)
圖 系統(tǒng)登錄界面 System Login Screen 圖為該系統(tǒng)的登錄界面，用戶通過輸入賬號(hào)、密碼方可登錄成功，密碼和賬號(hào)為授權(quán)方授予，除此之外無權(quán)限修改，并且賬號(hào)、密碼實(shí)行二級(jí)授權(quán)，低等級(jí)授權(quán)能夠使用大部分系統(tǒng)功能，高等級(jí)授權(quán)能夠使用包括數(shù)據(jù)修改等全部功能。輸入賬號(hào)、密碼后，點(diǎn)擊“登錄”按鈕，系統(tǒng)將進(jìn)入主界面，如圖。
圖 系統(tǒng)主界面 System Main Screen 圖為系統(tǒng)主界面，主界面大致分為三個(gè)區(qū)：數(shù)據(jù)操作區(qū)、圖形顯示區(qū)、數(shù)據(jù)顯示區(qū)。
在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)錄入方面，其方式有兩種：一是通過儀器生成的數(shù)據(jù)文件，比如excel格式、dat格式等；另一種是手動(dòng)錄入數(shù)據(jù)，這種方式適用于現(xiàn)場(chǎng)人為記錄數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算的狀況，其界面如下圖。
圖 鍵入數(shù)據(jù)界面 Type Data Screen 數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)
數(shù)據(jù)處理模塊是“地鐵施工沉降監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)系統(tǒng)”的重要組成部分，為此，在系統(tǒng)中創(chuàng)建“數(shù)據(jù)管理”模塊（如圖），實(shí)現(xiàn)粗差剔除、平差計(jì)算、收斂測(cè)量計(jì)算等常用、實(shí)用的功能。
圖 數(shù)據(jù)管理選項(xiàng)卡 Data Management Tab 這里以粗差剔除為例，做簡(jiǎn)要說明。粗差探測(cè)是數(shù)據(jù)處理很重要的一個(gè)步驟，較大的粗差能夠影響數(shù)據(jù)以及之后的平差精度，并且能夠在數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)降低預(yù)測(cè)精度，因此必須將粗差探測(cè)，并選擇剔除掉。在上文中，我們提到粗差剔除的四種方法，沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)多集中在30期到100期數(shù)據(jù)，因此，本文選擇格羅布斯準(zhǔn)則，并且能夠起到較好的效果。選定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，單擊“粗差剔除”，如有粗差，數(shù)據(jù)底色將為紅色，如果超出安全施工的每日警戒值，底色見為黃色，見圖所示。
圖 粗差剔除界面
Gross Error Elimination Screen 圖形繪制實(shí)現(xiàn)
在“數(shù)據(jù)操作區(qū)”下方的選項(xiàng)卡中，除了“基本信息”還有“數(shù)值分析”，里面可以選擇多種繪制多種曲線示意圖，曲線類型大致分為3種：累計(jì)沉降曲線、沉降示意曲線以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位圖，要說明的是收斂監(jiān)測(cè)也屬于單一變量的，其預(yù)測(cè)方式及方法與沉降監(jiān)測(cè)一致。下圖為期沉降量示意圖，圖為累計(jì)沉降量示意圖。
圖 期沉降量示意圖
圖 監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降示意圖
Period Settlement Diagram
Monitoring Points Sedimentation
Diagram 6 小結(jié)
本文實(shí)現(xiàn)“地鐵施工沉降監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)”系統(tǒng)的所有功能，并為每一個(gè)模塊設(shè)計(jì)了相應(yīng)的界面，實(shí)現(xiàn)了各模塊間、開發(fā)語言間的數(shù)據(jù)傳遞；通過計(jì)算機(jī)語言的編寫，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)計(jì)算、粗差探測(cè)計(jì)等功能，尤其是在數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)方面，將前文實(shí)驗(yàn)分析的結(jié)果實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)之中，使研究實(shí)現(xiàn)了實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
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地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)論文3篇(基于uwb的地鐵隧道定位系統(tǒng)設(shè)計(jì))相關(guān)文章：
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