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地鐵隧道結構變形監測信息管理系統的開(kāi)發(fā)論文
摘 要：地鐵隧道結構變形監測的特殊性、周期性和長(cháng)期性，使其信息量非常龐大。信息管理是地鐵隧道結構變形監測中一項重要的工作，現有的管理方式效率很低。為了高效、準確地管理監測信息，及時(shí)分析預報地鐵隧道結構的穩定狀況，本文結合南京地鐵運營(yíng)期隧道結構變形監測實(shí)例，開(kāi)發(fā)了一套具有變形監測資料存儲、預處理、管理分析、可視化分析、預測預報及限值預警等功能的信息管理系統，保證了準確及時(shí)快速的數據處理和信息反饋，具有良好的運用和推廣前景。
關(guān)鍵詞：地鐵隧道；變形監測；信息管理系統
1、引 言
隨著(zhù)經(jīng)濟的發(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營(yíng)期都要對其結構進(jìn)行變形監測，以確保主體結構和周邊環(huán)境安全。
地鐵隧道是一狹長(cháng)的線(xiàn)狀地下建構筑物，監測點(diǎn)數量比較大，其周期性和長(cháng)期性，使數據量非常龐大。面對這些繁雜而又龐大的數據能否管理利用好，關(guān)系到監測隧道結構變形和預測預報結構變形工作能否實(shí)現和實(shí)現的質(zhì)量。為此，如何有效地管理原始信息，并進(jìn)行相應的處理顯得尤為重要。目前多數監測信息的管理和應用存在不直觀(guān)、不及時(shí)、自動(dòng)化程度較低等缺點(diǎn)[1，2]，根據地鐵隧道結構自身特點(diǎn)研制一套高效率的、使用方便的監測信息管理系統是必要的，它與變形監測一樣具有重要的實(shí)用意義和科學(xué)意義。
2、系統設計思想
以地鐵隧道結構變形監測信息為管理對象，根據地鐵隧道結構變形監測的實(shí)際情況，綜合運用監測數據處理分析技術(shù)、數據庫技術(shù)和信息管理技術(shù)，實(shí)現對地鐵隧道結構變形信息的存儲、預處理、管理分析、可視化分析監測信息、預測預報及限值預警，為結構分析提供數據資源，以及時(shí)反饋地鐵隧道結構安全狀況，使安全監測管理人員更為方便和高效的管理監測信息，為確保地鐵隧道結構的安全運行提供有效的決策支持。地鐵隧道結構變形監測數據管理系統主要應滿(mǎn)足如下要求：
2.1 提高地鐵隧道結構變形監測數據處理分析與管理的科學(xué)化和自動(dòng)化水平，滿(mǎn)足輔助決策需求。
2.2 構建地鐵隧道結構變形監測信息管理基礎平臺。
2.3 為后期自動(dòng)化監測的開(kāi)展及安全監測專(zhuān)家系統的建立提供基礎。
3、系統功能
地鐵隧道結構變形監測信息管理系統包括文檔管理、數據預處理、數據庫管理、監測數據分析、信息預警預報和系統管理六大模塊，內容不僅涵蓋了相關(guān)技術(shù)規范的所有要求，而且具有地鐵隧道自身的特點(diǎn)，全面、標準、專(zhuān)業(yè)，有良好的應用前景。
3.1 文檔管理模塊
3.1.1 變形監測資料
地鐵隧道結構變形監測根據地鐵隧道結構設計、國家相關(guān)規范和類(lèi)似工程的變形監測以及當前地鐵所處階段來(lái)確定，主要內容包括[3]：垂直位移監測(區間隧道沉降監測和隧道與地下車(chē)站沉降差異監測);水平位移監測(區間隧道水平位移監測和隧道相對地下車(chē)站水平位移監測);隧道斷面收斂變形監測等。
對于不同的地鐵隧道結構變形監測項目?jì)热�，所用監測方法和儀器也不相同。通常，對于隧道垂直位移和水平位移監測，可通過(guò)大地測量或者自動(dòng)化測量的方法利用精密水準儀、精密全站儀或智能全站儀進(jìn)行;而對于隧道斷面收斂變形監測，則要通過(guò)物理量測的方法利用收斂?jì)x(計)進(jìn)行。
變形監測資料包括歷次變形監測的原始數據，監測報告及鑒定報告等。
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、重要技術(shù)資料和安全監測系統檔案等。
(1)工程概況：
包括地鐵地理位置，車(chē)站布置，沿線(xiàn)主要建筑物概況，工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，結構特性、施工情況等。
(2)重要技術(shù)資料：
主要結構設計文件、圖紙，運行設計報告，竣工驗收報告，隧道加固改建或觀(guān)測更新改造專(zhuān)題報告，重要工程圖形和圖像。
(3)變形監測系統檔案：
主要包括監測儀器運行、維護和歷次檢查、鑒定記錄及報告。
(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
包括對隧道結構的各個(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告等。
3.2 數據預處理模塊
通過(guò)不同的方式導入原始監測資料，并對其進(jìn)行粗差檢驗，若有粗差則提示警告，以便查找原因返工重測，然后再進(jìn)行初步處理分析。對基準點(diǎn)和工作基點(diǎn)的穩定性進(jìn)行檢驗，不同的穩定性檢驗結果決定平差方法的選取。最后對所得監測結果進(jìn)行整理，存儲至相關(guān)數據庫。
3.2.1 數據導入
目前嵌入式操作系統發(fā)展特別迅速，根據監測手段和方式不同，用戶(hù)可以通過(guò)系統的接口程序實(shí)現系統和觀(guān)測電子手簿直接相連，自動(dòng)導入或手工導入。
3.2.2 粗差檢驗
依據相關(guān)規范規程應用相應檢驗粗差的方法對其進(jìn)行檢驗，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;若沒(méi)有粗差則提示檢驗通過(guò)，可進(jìn)行下一步處理計算。
3.2.3 穩定性檢驗
通過(guò)對監測資料的計算分析，應用統計方法(F檢驗和t檢驗)對基準點(diǎn)和工作基點(diǎn)的穩定性狀況進(jìn)行分析，為平差計算采用何種平差方法提供依據。
3.2.4 平差計算
根據基準點(diǎn)及工作基點(diǎn)穩定性檢驗結果，對變形監測網(wǎng)相應的選用經(jīng)典平差、擬穩平差或自由網(wǎng)平差;如果監測資料(如隧道收斂變形監測資料等) 無(wú)需平差計算的則直接進(jìn)行相關(guān)成果計算。
3.2.5 資料整理入庫
根據前述各部分處理計算所得結果，對所得監測成果以及檢驗結果進(jìn)行整理和存儲入庫。此外，可根據需要對相關(guān)監測屬性信息進(jìn)行相關(guān)編輯、修改，然后再整理入庫。
3.3 數據庫管理模塊
對數據庫相關(guān)數據進(jìn)行查詢(xún)、添加錄入、修改和刪除，同時(shí)可根據需要進(jìn)行數據報表生成輸出。
3.3.1 數據查詢(xún)
根據不同監測項目特點(diǎn)，采用不同的查詢(xún)方式對測點(diǎn)的屬性信息和監測成果進(jìn)行條件查詢(xún)和遍歷查詢(xún)，并可根據需要將查詢(xún)結果以不同的方式輸出。
3.3.2 數據錄入添加
根據實(shí)際需要對測點(diǎn)屬性數據和監測單位所提供的直接成果數據進(jìn)行錄入添加，同時(shí)可對屬性數據信息進(jìn)行編輯、修改添加。
3.3.3 數據修改
考慮到操作的規范性，系統只允許對監測點(diǎn)屬性進(jìn)行修改。通過(guò)查詢(xún)所要修改的監測點(diǎn)，對其屬性信息進(jìn)行修改，同時(shí)可以動(dòng)態(tài)顯示數據庫中的監測點(diǎn)屬性信息，方便用戶(hù)及時(shí)看到修改結果。
3.3.4 數據刪除
與數據修改功能相似，通過(guò)對數據信息查詢(xún)后再進(jìn)行刪除，刪除前須經(jīng)確認，然后才能操作，確保準確無(wú)誤。
3.3.5 報表生成
可根據用戶(hù)需要，查詢(xún)相關(guān)監測信息，然后以相關(guān)的報表形式輸出監測信息。
3.4 監測數據分析模塊
通過(guò)應用不同的數據分析方法和方式對各種監測數據進(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 監測點(diǎn)穩定性分析
應用相關(guān)穩定性分析方法及指標，結合監測現場(chǎng)實(shí)際，對不同類(lèi)型監測點(diǎn)穩定性進(jìn)行分析評判。
3.4.2 可視化分析
針對監測信息反饋分析的需要，提供可視化的變形監測圖形報表，輔助測點(diǎn)穩定性分析評判，以便使用者更直觀(guān)具體地了解隧道結構整體變形趨勢。
以南京地鐵西延線(xiàn)垂直位移監測為例，除提供每期沉降量曲線(xiàn)圖、沉降速率曲線(xiàn)圖、撓度曲線(xiàn)圖、相對撓度曲線(xiàn)圖外，還可提供任意兩期累積沉降量、累積沉降速率、撓度及相對撓度的對比曲線(xiàn)圖。
3.5 信息預警預報模塊
僅僅將監測的信息錄入系統中是不夠的，還要根據穩定性分析以及前n期的監測成果模擬監測點(diǎn)的變形曲線(xiàn)，并結合相關(guān)資料預報今后的變化趨勢。由于影響變形體的因素錯綜復雜，考慮到系統的通用性，模塊提供了回歸分析、灰色系統、kalman濾波等傳統的模型供選擇。
根據系統給出的限值進(jìn)行預警，提供相關(guān)區間段的工程圖紙及地質(zhì)、水文氣象資料，便于隧道結構變形情況的進(jìn)一步分析。
3.6 系統管理模塊
為保證系統的安全，系統運行和數據操作過(guò)程中都不能出現任何差錯，必須對系統進(jìn)行有效的管理，這主要是指對系統用戶(hù)的管理及日常使用日志的管理。
3.6.1 系統用戶(hù)管理
為保證監測信息的完整性、正確性和安全性，必須對系統的用戶(hù)進(jìn)行有效的管理。用戶(hù)登錄系統的過(guò)程必須在系統日志中進(jìn)行登記，包括用戶(hù)名、登錄時(shí)間、對系統的操作過(guò)程以及在系統中滯留的時(shí)間等。系統管理員定期將系統的用戶(hù)使用情況向主管領(lǐng)導匯報。在征得主管領(lǐng)導的同意后，系統管理員可以根據實(shí)際情況添加用戶(hù)或提升、降低某些用戶(hù)的用戶(hù)使用級別，必要時(shí)可以禁止某些用戶(hù)的使用權力。系統用戶(hù)管理包括系統用戶(hù)登錄管理和用戶(hù)權限管理兩個(gè)部分。
3.6.2 系統日志及安全管理
本系統為系統管理員提供系統日志的檢查和備份功能，使系統管理員通過(guò)對系統日志的查看了解系統的使用情況以及存在的不足和問(wèn)題，及時(shí)地處理系統存在的隱患，保證系統的高效運行。
3.6.3 數據庫備份與恢復
為了保證管理系統或計算機系統經(jīng)災難性毀壞后，能正�；謴瓦\行，必須進(jìn)行數據庫的備份與恢復。系統采用自動(dòng)備份與人工備份結合的方式，確保系統的安全穩定運行。
4、結 語(yǔ)
地鐵隧道結構變形監測信息管理系統采用C/S結構設計，各功能模塊間具有相對地獨立性，便于進(jìn)行功能擴充，為后期自動(dòng)化監測的開(kāi)展及安全監測專(zhuān)家系統的建立提供支持和鋪墊[4，5]。該系統已在南京地鐵中應用，不僅準確及時(shí)快速的數據處理和信息反饋，提高了地鐵運營(yíng)的管理水平，而且為地鐵的安全運營(yíng)提供了保證，具有顯著(zhù)的社會(huì )經(jīng)濟效益和良好的應用前景。
參考文獻
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[4]趙顯富.變形監測成果數據庫管理系統的研制[J].測繪通報，2001，4：28—32
[5]張其云，鄭宜楓.運營(yíng)中地鐵隧道變形的動(dòng)態(tài)監測方法[J].城市道橋與防洪，2005，7：87—89
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