李　純　邢　躍

(1.中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司,北京　100055；2.中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司北京分公司,北京　100020)

1　系統(tǒng)概述

1.1　數(shù)據(jù)導(dǎo)入子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)導(dǎo)入子系統(tǒng)是將實測的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖文查詢系統(tǒng)和報表及分析子系統(tǒng)所能讀入的數(shù)據(jù)格式。針對不同監(jiān)測項目所使用的不同檢測儀器(包括各類觀測數(shù)據(jù)、手工觀測記錄或者數(shù)據(jù)報表文件等)分別開發(fā)專用軟件接口，從而實現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)的自動化入庫。

1.2　數(shù)據(jù)處理分析管理子系統(tǒng)

對不同的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、計算、分析和預(yù)測，生成滿足各種要求的報表，繪制各監(jiān)測點的沉降歷時曲線、縱橫斷面圖等，并以友好的界面提供給用戶，以便對工程的安全狀態(tài)和應(yīng)采取的措施進(jìn)行輔助評估決策。

1.3　圖文查詢及反饋報警子系統(tǒng)

圖文查詢子系統(tǒng)是將處理后的監(jiān)測數(shù)據(jù)、CAD矢量圖等資料進(jìn)行計算機(jī)處理后，在遠(yuǎn)程服務(wù)器上創(chuàng)建GIS矢量圖形數(shù)據(jù)庫，從而實現(xiàn)各種信息的直觀查詢、反饋報警與管理。系統(tǒng)對數(shù)據(jù)查詢表單按照雙控指標(biāo)實施紅、橙、黃三色報警，對GIS圖形中的各類監(jiān)測點實施閃爍報警。

1.4　日志備份系統(tǒng)

日志備份系統(tǒng)記錄了數(shù)據(jù)庫中任何一條記錄的入庫時間，所屬文件名以及入庫操作人員ID，這套模塊的建成不僅為數(shù)據(jù)庫的日常維護(hù)提供了方便，而且還能對全線監(jiān)測數(shù)據(jù)的變動有更精確的掌握。

1.5　數(shù)據(jù)庫維護(hù)子系統(tǒng)

擁有系統(tǒng)管理員權(quán)限的用戶可以通過數(shù)據(jù)庫維護(hù)子系統(tǒng)，利用網(wǎng)絡(luò)對后臺數(shù)據(jù)庫進(jìn)行諸如數(shù)據(jù)庫備份恢復(fù)、系統(tǒng)升級、用戶權(quán)限配置、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變更等遠(yuǎn)程維護(hù)，提高了數(shù)據(jù)安全性及系統(tǒng)部署的靈活性。

2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

充分利用計算機(jī)存儲量大、運算速度快的特點，將城市軌道土建施工第三方監(jiān)測及各標(biāo)段監(jiān)測的信息資源集中在一個計算機(jī)軟件系統(tǒng)中，便于統(tǒng)一管理和綜合分析，通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)信息的快速傳輸和發(fā)布，提高監(jiān)測工作的整體水平，更好地為城市軌道建設(shè)服務(wù)。該系統(tǒng)按照物理網(wǎng)絡(luò)的組成分為以下兩個部分：

2.1　客戶端

系統(tǒng)客戶端集成GIS矢量圖形顯示、外業(yè)觀測數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)查詢分析和各類觀測曲線圖實時繪制等功能。通過對權(quán)限的配置，實現(xiàn)不同用戶群組對數(shù)據(jù)傳輸、查詢分析、圖形動態(tài)顯示和數(shù)據(jù)庫后臺管理等不同的需求。

客戶端的作用主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)查詢分析和各類報表輸出等。各標(biāo)段監(jiān)測人員負(fù)責(zé)把日常的觀測數(shù)據(jù)及時上傳到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫中，對出現(xiàn)報警情況的監(jiān)測點進(jìn)行相關(guān)原因描述，登記監(jiān)測點破壞情況，并把最新的測點布置圖同步傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器。各標(biāo)段監(jiān)測用戶只能上傳和查詢、輸出本標(biāo)段數(shù)據(jù)，無權(quán)修改或查詢到其他標(biāo)段的監(jiān)測數(shù)據(jù)。業(yè)主用戶可對全線所有監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，了解工況信息，并可利用客戶端實現(xiàn)特定數(shù)據(jù)查詢分析，進(jìn)行圖形數(shù)據(jù)和報表數(shù)據(jù)輸出?，F(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)的建立使現(xiàn)場監(jiān)測人員改變現(xiàn)有傳送各種紙質(zhì)監(jiān)測報告和數(shù)據(jù)報表的方式，利用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來提高監(jiān)測數(shù)據(jù)在各個客戶端發(fā)布的速度，增強(qiáng)了監(jiān)測數(shù)據(jù)的時效性。

2.2　服務(wù)器端

日常的監(jiān)測數(shù)據(jù)需要及時進(jìn)行對比分析，但各施工現(xiàn)場的設(shè)施簡單，流動性強(qiáng)，不宜長期保存監(jiān)測數(shù)據(jù)。因此，系統(tǒng)采用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫模式，將服務(wù)器端布設(shè)在遠(yuǎn)程服務(wù)器上，由監(jiān)測人員及時將日常觀測數(shù)據(jù)通過客戶端上傳到遠(yuǎn)程服務(wù)器中，由該服務(wù)器對全線監(jiān)測數(shù)據(jù)及矢量圖形進(jìn)行集中管理和存儲，響應(yīng)客戶端的各種數(shù)據(jù)服務(wù)請求，對外發(fā)布監(jiān)測相關(guān)信息，使各類用戶可通過網(wǎng)絡(luò)方便地檢索查詢所需要的信息。

3　系統(tǒng)主要功能

系統(tǒng)針對城市軌道交通施工監(jiān)測項目，結(jié)合計算機(jī)信息化技術(shù)，功能涵蓋監(jiān)測數(shù)據(jù)入庫、管理、統(tǒng)計和查詢，分析施工中可能存在的安全隱患。形成了從監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、分析處理、數(shù)據(jù)發(fā)布、報警到報表輸出的一整套監(jiān)測數(shù)據(jù)管理和使用的標(biāo)準(zhǔn)流程。

3.1　數(shù)據(jù)報表入庫

將現(xiàn)場監(jiān)測取得的數(shù)據(jù)和與之相關(guān)的信息錄入到數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)監(jiān)測項目采用的儀器設(shè)備種類，采用不同錄入方式，有的儀器需要人工讀數(shù)、記錄，然后將實測數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)；有的儀器則自動采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)文件直接傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

3.2　數(shù)據(jù)分析

采用比較和做圖法，運用數(shù)理統(tǒng)計模型，分析各監(jiān)測物理量值大小、變化規(guī)律和趨勢，以便對工程的安全狀態(tài)和應(yīng)采取的措施進(jìn)行評估決策。在取得足夠的數(shù)據(jù)后，根據(jù)數(shù)據(jù)分布狀況，對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析。按數(shù)據(jù)處理結(jié)果，計算機(jī)自動生成監(jiān)測點的變形歷時曲線、縱斷面和橫斷面及其他分析圖形，并以界面形式顯示。

3.3　數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)查詢報警

為確保監(jiān)測結(jié)果和質(zhì)量，加快信息反饋速度，全部監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫后由計算機(jī)管理、處理及分析，及時反饋上報監(jiān)測周報、月報表和相應(yīng)測點的位移時態(tài)曲線圖，對當(dāng)期的施工情況進(jìn)行評價并提出施工建議。如果被監(jiān)測點出現(xiàn)異常，系統(tǒng)將出現(xiàn)報警提示。

3.4　GIS矢量圖形及數(shù)據(jù)查詢

對標(biāo)段和時間段等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置后，該模塊會在界面中對超限數(shù)據(jù)以三色覆蓋的方式列出數(shù)據(jù)明細(xì)，并在圖形中以閃爍的方式顯示對應(yīng)監(jiān)測點，同時有聲音報警提示(如圖1所示)。

圖1　GIS模塊顯示界面

3.5　數(shù)據(jù)報表輸出

用戶可在軟件客戶端設(shè)置報表輸出參數(shù)，按需求方便快捷的輸出各類數(shù)據(jù)報表。

3.6　用戶群組權(quán)限設(shè)置

針對不同用戶，可靈活設(shè)置用戶的各種權(quán)限，并配置相應(yīng)的菜單模塊，確保數(shù)據(jù)管理的規(guī)范性和安全性，滿足不同用戶對系統(tǒng)的需求。

3.7　系統(tǒng)內(nèi)文檔查詢及消息發(fā)布

根據(jù)需要將工程建設(shè)的各種規(guī)范或技術(shù)文檔在系統(tǒng)中發(fā)布，便于統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，方便用戶隨時查閱，系統(tǒng)也可以通過特定用戶在平臺內(nèi)部發(fā)布各類實時消息。

4　系統(tǒng)主要關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)設(shè)計需求，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計采用C/S模型，即客戶機(jī)-服務(wù)器模式，用戶利用客戶端登錄遠(yuǎn)程服務(wù)器，實現(xiàn)各類監(jiān)測數(shù)據(jù)入庫、矢量圖形和數(shù)據(jù)的查詢及報表輸出等一系列應(yīng)用功能，后臺的遠(yuǎn)程服務(wù)器對各類圖形和數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和維護(hù)。

4.1　遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問

系統(tǒng)中包含的數(shù)據(jù)格式基本有兩大類，日常監(jiān)測數(shù)據(jù)和空間矢量圖形數(shù)據(jù)，針對這兩種不同的數(shù)據(jù)格式，在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫上的存儲和管理方式也有所不同。日常監(jiān)測數(shù)據(jù)由客戶端進(jìn)行入庫操作后，直接存儲到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫中。而對于GIS平臺所用矢量圖形數(shù)據(jù)，首先就要考慮如何能利用施工現(xiàn)場并不穩(wěn)定的小帶寬網(wǎng)絡(luò)來穩(wěn)定地傳輸各類數(shù)據(jù)。一般來說，圖形數(shù)據(jù)因其數(shù)據(jù)量較大，在進(jìn)行相關(guān)信息查詢時，頻繁的數(shù)據(jù)傳輸對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求會較高，可能會造成操作響應(yīng)延時較長，影響用戶的使用。針對這一情況，系統(tǒng)對此類數(shù)據(jù)采用分布式文件管理的方式，具體來說，各車站、區(qū)間的圖形在進(jìn)行入庫操作后，會由遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫對其進(jìn)行存儲和管理，用戶登陸系統(tǒng)時，客戶端和服務(wù)器會自動檢索，如果圖形數(shù)據(jù)有更新，則客戶端自動與服務(wù)器端進(jìn)行同步，將遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫中的最新圖形數(shù)據(jù)下載到本地，客戶端在進(jìn)行矢量圖形查詢的時候訪問本地數(shù)據(jù)，就大大降低了系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)的要求。

4.2　GIS功能

系統(tǒng)除基本的監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲和處理分析外，主要關(guān)注空間數(shù)據(jù)庫的建立。具體來說就是圖形中各種特征元素類的分層轉(zhuǎn)換、存儲，以及在系統(tǒng)中實現(xiàn)矢量圖形與監(jiān)測數(shù)據(jù)掛接等問題。通過把CAD圖中的元素轉(zhuǎn)換成點、線、面、文本注釋的四大類空間數(shù)據(jù)并存儲于后臺空間數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)按照層組織來對矢量圖形進(jìn)行嚴(yán)格管理。在CAD圖形分層轉(zhuǎn)換成空間數(shù)據(jù)的過程中要進(jìn)行空間拓?fù)潋炞C，以確保轉(zhuǎn)換正確。

GIS功能的研發(fā)：利用當(dāng)前主流的GIS平臺控件，方便對圖形進(jìn)行諸如放大、縮小、漫游等操作，實現(xiàn)了圖形和數(shù)據(jù)的互查，即可直接點擊圖形查詢相關(guān)數(shù)據(jù)明細(xì)，也可以通過數(shù)據(jù)直接準(zhǔn)確定位到圖形。同時GIS矢量圖形的閃爍報警功能也給了用戶顯示最直接的觀感，這些都大大提高了系統(tǒng)面向用戶的能力。

4.3　開發(fā)語言

系統(tǒng)的客戶端主要采用POWERBUILDER開發(fā)環(huán)境，該語言支持的數(shù)據(jù)窗口在生成報表和數(shù)據(jù)處理方面有強(qiáng)大的優(yōu)勢，為系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)查詢及輸出功能的研發(fā)提供了極大的便利，同時PB還支持Crosstab、圖形報表、nested報表以及其他一些特性，在批量處理數(shù)據(jù)和復(fù)雜計算的處理中，可以有效節(jié)約計算機(jī)運算時間。

4.4　數(shù)據(jù)庫開發(fā)

采用大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫Sybase，系統(tǒng)將所有的數(shù)據(jù)和圖形文件均存入服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，復(fù)雜的計算或者是要多次訪問數(shù)據(jù)庫的操作放在服務(wù)器端進(jìn)行處理，實現(xiàn)客戶端和服務(wù)器端的計算分離，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)的連接頻率，提高了系統(tǒng)的性能。

5　數(shù)據(jù)安全性及用戶權(quán)限分配管理

城市軌道交通施工監(jiān)測信息系統(tǒng)是對全線數(shù)據(jù)統(tǒng)一集中管理存儲的平臺，數(shù)據(jù)的安全性是整個系統(tǒng)的核心，是系統(tǒng)順利運行的最基本保障。一般說來，系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全性的隱患主要集中在兩個方面，一是數(shù)據(jù)庫本身因為誤操作或者自身原因出現(xiàn)系統(tǒng)故障而造成的數(shù)據(jù)丟失；再就是來自網(wǎng)絡(luò)的惡意攻擊或者是用戶的不當(dāng)操作造成系統(tǒng)故障。對于前者，目前的大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫自身都具備糾錯恢復(fù)能力，只要對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行定期自動備份和人工備份便可解決。而后面一個安全隱患則較為復(fù)雜，權(quán)衡多方面因素，為徹底解決這個隱患，最好的辦法是系統(tǒng)采用基于角色(role)的管理方法，位于不同權(quán)限層次(或角色)的用戶具有不同的用戶權(quán)限，利用權(quán)限來嚴(yán)格控制用戶對數(shù)據(jù)庫的訪問，唯一一個可以分配權(quán)限的用戶是數(shù)據(jù)庫管理員。因

此，只需要嚴(yán)格控制系統(tǒng)管理員的賬戶安全以及合理的分配用戶權(quán)限，即可最大程度的保證系統(tǒng)安全。在本系統(tǒng)用戶權(quán)限管理模式中，根據(jù)權(quán)限不同將用戶分為四個組：管理員、測監(jiān)中心人員、業(yè)主人員和標(biāo)段人員，針對不同群組的用戶分別配置不同的用戶權(quán)限和系統(tǒng)客戶端菜單(如圖2所示)。

圖2　系統(tǒng)權(quán)限配置示意

6　結(jié)束語

提出了一套實現(xiàn)城市軌道交通施工監(jiān)測信息化建設(shè)系統(tǒng)平臺的設(shè)計研發(fā)方法，確定了遠(yuǎn)程空間數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)及各個監(jiān)測項目所對應(yīng)的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)，結(jié)合監(jiān)測工作日常需要，開發(fā)出有針對性的功能模塊。信息系統(tǒng)的建立，規(guī)范了施工監(jiān)測管理流程，減小了施工風(fēng)險，促進(jìn)工程承建方和管理方在工作中的溝通協(xié)作，最大程度地縮短了監(jiān)測信息的反饋時間，確保了施工安全。同時，也降低了數(shù)據(jù)收集、整理、分析和使用的成本。

[1]GB50497—2009建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S]

[2]GB50308—2008城市軌道交通工程測量規(guī)范[S]

[3]彭立軍，楊孝如.sybase數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理指南[M].北京：中國水利水電出版社,1998

[4]楊昭.PowerBuilder9.0參考手冊[M].北京：中國水利水電出版社,2003

[5]樂鵬.網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)和服務(wù)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社,2011