黎昕宜

（柳州市勘察測繪研究院 廣西柳州 545006）

基于JAVA的建筑變形信息管理系統(tǒng)構(gòu)建方法設計

黎昕宜

（柳州市勘察測繪研究院 廣西柳州 545006）

通過變形監(jiān)測所得到的數(shù)據(jù)，利用Java與VRML建立三維建筑變形信息自動化采集與管理技術(shù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要功能是顯示變形曲線與建筑物虛擬三維模型變化。管理者通過系統(tǒng)可以獲得變形體的空間狀態(tài)和時間特征并做出變形的幾何分析和物理解釋，據(jù)此確保建筑物施工和運行的安全。

變形監(jiān)測；VRML；虛擬現(xiàn)實；三維GIS

1 緒論

1.1 建筑變形概述

變形監(jiān)測指利用專用的儀器和方法對變形體的變形現(xiàn)象進行持續(xù)觀測、對變形體變形性態(tài)進行分析和變形體變形的發(fā)展態(tài)勢進行預測等的各項工作。其任務是確定在各種荷載和外力作用下，變形體的形狀、大小、及位置變化的空間狀態(tài)和時間特征。通過其了解建筑物的穩(wěn)定性，監(jiān)視它的安全情況，研究變形規(guī)律，檢驗設計理論及其所采用的計算方法和經(jīng)驗數(shù)據(jù)，是工程測量學的重要內(nèi)容之一。

在測量工程的實施和科學研究活動中，變形監(jiān)測占有重要的位置。通過變形觀測取得的數(shù)據(jù)，可以獲知工程建筑物的狀態(tài)變化和工作情況，在發(fā)現(xiàn)有不正?，F(xiàn)象時，可以及時分析原因，采取措施，防止事故發(fā)生，并改善運營方式，以保證建筑物安全。所以說，變形測量是工程管理工作的耳目。其次，在施工在竣工后對建筑物進行觀測和分析研究，可以驗證地基合基礎(chǔ)的計算方法是否正確，對不同的地基與工程結(jié)構(gòu)制定合理的允許沉降與變形的數(shù)值，為工程建筑的設計、施工、管理工作提供資料。因此在現(xiàn)行建筑施工規(guī)范中已明確規(guī)定，建筑物完工并交付使用之前的驗收，其變形監(jiān)測資料是該項工程是否合格的一項重要內(nèi)容及依據(jù)[1]。

1.2 研究內(nèi)容

本研究將采用現(xiàn)代工程測繪和虛擬現(xiàn)實技術(shù)、信息系統(tǒng)技術(shù)，從自動化、信息化的角度，通過合理、有效的技術(shù)集成和融合，利用VRML與Java的結(jié)合研究開發(fā)出一套面向大型和高層建筑目標的數(shù)字化、高精度、自動化、高效實用的建筑變形監(jiān)測信息采集和建筑變形信息管理的技術(shù)方法，開發(fā)出一套適用于建筑變形數(shù)據(jù)監(jiān)測的信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、處理、分析和預報的自動化、科學化和信息化管理，使之能夠方便、快捷地應用于建筑變形的實際工程[2]。

2 系統(tǒng)構(gòu)建方法設計

2.1 整體設計思路

本系統(tǒng)設計大體上遵循用VRML建模，Java驅(qū)動這么一個思路。利用同一個工程的建筑三維模型、二維圖形、沉降觀測數(shù)據(jù)來運行該軟件。具體思路如下：

首先，系統(tǒng)的窗口界面用Java語言編寫，制作成Applet小程序嵌入網(wǎng)頁中運行。界面分為四個窗口，左上角為三維模型窗口，右上角為二維窗口，左下角為曲線窗口，右下角為表格數(shù)據(jù)窗口。界面具備菜單欄。大體樣式如表1。

表1

實現(xiàn)如下的功能：

曲線窗口和三維窗口為主導窗口。

當曲線窗口顯示最大或最小或任一點沉降曲線時，三維窗口中的三維模型改變視點并且發(fā)光顯示對應沉降點，二維窗口中對應的點號改變顏色，表格中對應的點所占的行改變顏色。

當三維窗口中的模型根據(jù)需要變換時，單擊任一沉降點，二維窗口對應的沉降點改變顏色，曲線窗口自動生成該點的沉降曲線，表格窗口中對應的沉降點所占的行改變顏色。

最終實現(xiàn)四個窗口的聯(lián)動，三維顯示，二維顯示，曲線顯示，表格數(shù)據(jù)顯示。

2.2 結(jié)構(gòu)設計

通過驅(qū)動數(shù)據(jù)庫服務器讀寫數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)顯示在數(shù)據(jù)表格中，應用模塊中的其他項通過數(shù)據(jù)表格產(chǎn)生作用，包括實現(xiàn)三維模型顯示、變形曲線顯示、CAD二維圖片顯示。最后實現(xiàn)設計的瀏覽器界面，如圖1所示。

圖1

2.3 功能設計

（1）數(shù)據(jù)窗口

利用Java編程讀取所選取的TXT數(shù)據(jù)文件，讀取該建筑的沉降觀測數(shù)據(jù)，并且把讀到的數(shù)據(jù)顯示在用Java創(chuàng)建的表格中。讀取的同時利用Java里的數(shù)組功能，定義一個二維數(shù)組，一維用來表示某點，另一維用來表示該點某次觀測。用某點第一次觀測的高程數(shù)據(jù)減該點的每次觀測的高程數(shù)據(jù)，由此計算出每一點每一次觀測的沉降量、最大沉降點、最小沉降點、平均沉降量。并且算出觀測次數(shù)與觀測點數(shù)。把所算值分別賦給一個變量，方便其他窗口的引用。

（2）曲線窗口

根據(jù)所計算出的某點每次的沉降量，利用Java里的繪圖面板，把沉降量數(shù)組的值轉(zhuǎn)化為確定直線兩點的坐標值，畫出每兩次觀測之間的直線，整體連起來就為某點的沉降曲線。并且可以顯示最大沉降點、最小沉降點沉降曲線和平均沉降曲線。

（3）三維窗口

把用3DMAX建立好的三維模型轉(zhuǎn)換為VRML代碼，由此Java可以識別。利用Java編程去改變VRML代碼里的節(jié)點，由此來改變?nèi)S模型。最后實現(xiàn)三維模型的顯示和變換功能。

（4）二維窗口

把與變形數(shù)據(jù)同一建筑的CAD二維平面布點圖顯示在二維窗口里。并用Java繪圖面板在布點圖相應的位置上繪出點號，以便主導窗口變化時點號做出相應顏色的改變。由此實現(xiàn)二維平面圖的顯示與變換。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)具體方法

3.1 表格數(shù)據(jù)與曲線窗口界面

系統(tǒng)下面的窗口為表格數(shù)據(jù)與曲線窗口，因為兩者連為一體，所以可以作為一個applet小程序進行創(chuàng)建。

3.2 數(shù)據(jù)表格的創(chuàng)建

創(chuàng)建一個用來顯示沉降數(shù)據(jù)的表格，表格具有滾動條，關(guān)鍵代碼如下：

3.3 沉降量的計算

此為數(shù)據(jù)曲線顯示的核心內(nèi)容。以表格數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過分析已讀入表格中的數(shù)據(jù)，計算出點數(shù)ds、觀測次數(shù)cs、每一點每次觀測的沉降量cjl、最大沉降量max、最大沉降點max1、最小沉降量min、最小沉降點min1。關(guān)鍵代碼如下：

3.4 曲線面板

利用Java中的繪圖面板，繪制坐標網(wǎng)格，根據(jù)算出的沉降量畫出變形曲線。變形曲線的顯示命令寫在生成曲線按鈕下。

3.5 CAD二維平面圖窗口

二維窗口作為另一個獨立的applet小程序，暫且命名為applet2。本身是獨立的，但是applet1中能調(diào)用applet2的變量，由此來改變applet2中圖片中點號的顏色。在此，就已經(jīng)實現(xiàn)了三個窗口的聯(lián)動。

4 原型系統(tǒng)實現(xiàn)界面（如圖2～3）

圖2 系統(tǒng)啟動界面

5 結(jié)論與展望

5.1 研究成果

圖3 系統(tǒng)運行界面

本研究采用了現(xiàn)代工程測繪和虛擬現(xiàn)實技術(shù)、信息系統(tǒng)技術(shù)，從自動化、信息化的角度，利用VRML與Java的結(jié)合研究開發(fā)出了一套面向建筑目標的數(shù)字化、高精度、自動化、高效實用的建筑變形監(jiān)測信息采集和建筑變形信息管理的技術(shù)方法（包括建筑變形信息綜合數(shù)據(jù)采集技術(shù)、變形數(shù)據(jù)的分析處理方法、建筑變形信息管理系統(tǒng)建立、建筑變形結(jié)果的三維可視化等），該系統(tǒng)適用于建筑變形數(shù)據(jù)監(jiān)測的信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了變形監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、處理、分析和預報的自動化、科學化和信息化管理，使之能夠方便、快捷地應用于建筑變形的實際工程。研究的成果主要包括：

（1）遵循設計要求設計出了一個符合設計構(gòu)思的系統(tǒng)；

（2）基本實現(xiàn)了設計要求的系統(tǒng)的功能，例如三維顯示、二維顯示、數(shù)據(jù)表格顯示、沉降曲線顯示；

（3）該系統(tǒng)主要面向變形監(jiān)測，在設計中處處依照和考慮變形監(jiān)測的原理，來實施該系統(tǒng)。

5.2 未來展望

隨著我國改革開放的不斷深入，經(jīng)濟的高速發(fā)展和綜合國力的持續(xù)增強，城市建設已經(jīng)進入了一個嶄新的歷史發(fā)展時期，一大批現(xiàn)代的建筑不斷出現(xiàn)，建筑物越來越向高層化，復雜化發(fā)展。然而，伴隨著建筑物的大力發(fā)展，對建筑物的監(jiān)測更是必不可少。建筑物成功筑起，并不代表該建筑就是成功的，還需要經(jīng)得起時間的考驗，自然的摧毀。為了監(jiān)測建筑物是否抵擋得住時間的沖刷，變形監(jiān)測起到了不可替代的重要作用。

為了跟上建筑發(fā)展的腳步，變形監(jiān)測也越來越向高科技發(fā)展。在測繪技術(shù)日新月異、建筑業(yè)高度發(fā)達的今天，變形監(jiān)測和安全監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域面臨著前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。

本研究將傳統(tǒng)的變形監(jiān)測技術(shù)整合為工程測量技術(shù)與GPS、GIS、虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合，幾何監(jiān)測與物理監(jiān)測相結(jié)合，地球物理、土木建筑等多學科相結(jié)合的綜合技術(shù)應用體系。突破傳統(tǒng)的變形監(jiān)測模式。從目前該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢看，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)和現(xiàn)代工程測量、信息系統(tǒng)技術(shù)有效地融合起來，從自動化和信息化的角度出發(fā)，通過合理、有效的技術(shù)集成，研究開發(fā)出一套面向大型或高層建筑物的數(shù)字化、高精度化、自動化、高效實用的建筑變形監(jiān)測信息采集和管理系統(tǒng)是十分必要的。在不摒棄已有的理論和實踐經(jīng)驗基礎(chǔ)上，將信息化數(shù)字化技術(shù)融入進來，帶動這一領(lǐng)域的研究繼續(xù)向前快速發(fā)展。

本系統(tǒng)還有許多地方不夠完善，在今后的時間里繼續(xù)鉆研，爭取早日實現(xiàn)。

[1]李青岳，陳永奇.工程測量學[M].北京：測繪出版社，2008：266～273.

[2]伊堯國.基于3DGIS的建筑變形自動化監(jiān)測與管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].工程勘察，2010.

TP311.5

A

1004-7344（2016）08-0279-02

2016-2-3

黎昕宜（1989-），女，助理工程師，本科，主要從事測量工程內(nèi)業(yè)工作。