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        復(fù)雜地質(zhì)條件下地鐵施工監(jiān)測(cè)管控系統(tǒng)的研究

        2017-12-27 05:50:41義,
        四川水力發(fā)電 2017年6期
        關(guān)鍵詞:監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)

        王 洪 義, 王 曙 光

        (中國(guó)水利水電第七工程局有限公司,四川 成都 610081)

        復(fù)雜地質(zhì)條件下地鐵施工監(jiān)測(cè)管控系統(tǒng)的研究

        王 洪 義, 王 曙 光

        (中國(guó)水利水電第七工程局有限公司,四川 成都 610081)

        復(fù)雜地質(zhì)條件下地鐵施工監(jiān)測(cè)項(xiàng)目種類多、周邊環(huán)境復(fù)雜、受干擾程度大,往往需要多種監(jiān)測(cè)信息互相印證,相互補(bǔ)充,以判斷工程主體及周邊環(huán)境的穩(wěn)定狀態(tài),指導(dǎo)施工的順利進(jìn)行。通過(guò)對(duì)多種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)施綜合管理,使預(yù)警判識(shí)信息準(zhǔn)確、迅速反饋到施工、設(shè)計(jì)、監(jiān)理等各部門(mén),為施工保駕護(hù)航。

        復(fù)雜地質(zhì)條件;地鐵;系統(tǒng);施工監(jiān)測(cè)

        1 概 述

        在全國(guó)地鐵建設(shè)迎來(lái)高潮的背景下,地鐵建設(shè)的安全尤為重要。但因我國(guó)的地鐵建設(shè)起步相對(duì)較晚,對(duì)于施工監(jiān)測(cè)的重要性各個(gè)單位的理解不一致,重視程度不夠高,同時(shí)缺少專業(yè)的施工監(jiān)測(cè)隊(duì)伍,從而給地鐵建設(shè)帶來(lái)較大的安全隱患。因此,對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下地鐵的施工監(jiān)測(cè)進(jìn)行研究和總結(jié),為今后地鐵施工監(jiān)測(cè)提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn),并在此情況下研發(fā)出一個(gè)智能化、信息化程度高的地鐵施工監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)就顯得非常必要。筆者以深圳地鐵7號(hào)線為依托,進(jìn)行了復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工監(jiān)測(cè)管控系統(tǒng)研究。

        在自動(dòng)化監(jiān)測(cè)領(lǐng)域,學(xué)者們致力于研發(fā)集數(shù)據(jù)采集、管理和分析于一體的綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。比如,國(guó)外的Ashkan Vaziri等人研究了適用于高邊坡和露天煤礦的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)并給出了評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有效性和可靠性指標(biāo)的方法。V. P.Matveenko等人研究了基于光纖傳感器的地表形變自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)的貴慧宏、張錦等人研究了自動(dòng)形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了基于測(cè)量機(jī)器人的實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和報(bào)警軟件。除此之外,武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院的GeoADMOS系統(tǒng)、解放軍信息工程大學(xué)測(cè)繪學(xué)院的ADMS自動(dòng)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及瑞士徠卡公司的GeoMoS自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)均屬比較通用型的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng),其中尤以徠卡公司的GeoMoS自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最為成熟。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)側(cè)重于傳感器的集成控制與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集,其數(shù)據(jù)庫(kù)僅用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配置、傳感器參數(shù)設(shè)置和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)入庫(kù),并不支持對(duì)其他數(shù)據(jù)的管理,也不提供或者僅提供較為單一的數(shù)據(jù)分析模型和方法,用戶往往需要二次開(kāi)發(fā)才能滿足數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)的需要。當(dāng)項(xiàng)目同時(shí)使用多種自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方案時(shí),監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的分散將會(huì)給數(shù)據(jù)集中管理帶來(lái)不便。

        在周期性靜態(tài)數(shù)據(jù)管理方面,國(guó)內(nèi)各單位研發(fā)了各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng),比如武漢大學(xué)的地下工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理分析系統(tǒng)、同濟(jì)大學(xué)的基坑工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、河海大學(xué)的地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等,這些系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)只為專門(mén)項(xiàng)目設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā),因此,其在數(shù)據(jù)管理的通用性方面大打折扣,不能滿足自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的管理需求。

        無(wú)論是自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng),還是周期性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),都只實(shí)現(xiàn)了部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的管理。但大型監(jiān)測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)類型眾多,一個(gè)項(xiàng)目可能同時(shí)包含實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與周期數(shù)據(jù)以及大量的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)相對(duì)分散,從而給數(shù)據(jù)集中管理帶來(lái)不便。未來(lái)數(shù)據(jù)管理應(yīng)向集成化方向發(fā)展,集成化可以解決“數(shù)據(jù)分散但要求管理集中”這一工程難題。

        面對(duì)施工監(jiān)測(cè)信息數(shù)量龐大、關(guān)系復(fù)雜的深圳地鐵7號(hào)線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目,為了能夠及時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的狀態(tài)、穩(wěn)定程度和變形進(jìn)行分析,并能長(zhǎng)期、安全地保存監(jiān)測(cè)信息以實(shí)現(xiàn)地鐵的信息化施工,以“安全第一,預(yù)防為主”的安全生產(chǎn)方針為指導(dǎo),構(gòu)建施工變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)管控系統(tǒng),將地鐵施工中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)存儲(chǔ)、整理、分析、發(fā)布,實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)的動(dòng)態(tài)施工和動(dòng)態(tài)管理,為地鐵建設(shè)信息化施工提供保證。

        2 深圳地鐵7號(hào)線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的基本情況

        深圳地鐵7號(hào)線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目工程的需求:監(jiān)測(cè)工程量大、數(shù)據(jù)繁冗復(fù)雜、數(shù)據(jù)精度要求高、干擾因素多、參與單位多、質(zhì)量控制及規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化管理難度大、周圍環(huán)境影響大,對(duì)工程的質(zhì)量和工期均提出了更高的要求。特別是施工區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜,線路范圍內(nèi)上覆第四系全新統(tǒng)人工堆積層、沖洪積層、花崗巖殘積層、下伏燕山期花崗巖,主要地層巖性有第四系全新統(tǒng)人工堆積素填土,沖洪積淤泥、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、黏土、中砂、粗砂、礫砂、花崗巖殘積礫質(zhì)黏性土、砂質(zhì)黏性土以及呈中粗粒結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造的燕山期花崗巖等。鑒于其監(jiān)測(cè)項(xiàng)目多、數(shù)據(jù)量大,應(yīng)用傳統(tǒng)的人工方式進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理勞動(dòng)強(qiáng)度大、計(jì)算精度達(dá)不到要求,從而要求深圳地鐵7號(hào)線工程需要一個(gè)更高效、質(zhì)量更高的、集數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)解算、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)權(quán)限管理、信息過(guò)濾查詢、變形分析計(jì)算、預(yù)警、變形曲線報(bào)表輸出以及對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析功能于一體的軟件,以保證海量數(shù)據(jù)的分類歸檔存儲(chǔ)和建立內(nèi)部聯(lián)系。

        3 該信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想

        該系統(tǒng)主要應(yīng)具有對(duì)各種地鐵監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集處理、管理、應(yīng)用和分析預(yù)警功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用客戶機(jī)/服務(wù)器計(jì)算系統(tǒng)。客戶機(jī)/服務(wù)器是分布計(jì)算的一種,由三部分組成:客戶部分、服務(wù)器部分和連接這兩部分的互聯(lián)網(wǎng)部分;所有部件操作通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。系統(tǒng)中作為服務(wù)器的計(jì)算機(jī)安裝SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。SQL Server是專門(mén)為客戶機(jī)/服務(wù)器環(huán)境設(shè)計(jì)并被設(shè)計(jì)為此結(jié)構(gòu)中的后端服務(wù)器角色,其具有管理大量數(shù)據(jù)的能力。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的所有數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在服務(wù)器端,SQL服務(wù)器與客戶軟件通信,處理數(shù)據(jù)請(qǐng)求,而且僅返回所要求的數(shù)據(jù)。SQL Server還同時(shí)完成選擇數(shù)據(jù)鎖定功能,使多個(gè)用戶可以同時(shí)工作在同一數(shù)據(jù)集的不同部分。它依靠客戶機(jī)部分提供用戶界面和應(yīng)用處理功能。系統(tǒng)中的SQL Server與前端客戶軟件通過(guò)開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)互連(ODEC)進(jìn)行聯(lián)接,系統(tǒng)之所以選用SQLServer是因?yàn)槠浣?jīng)常運(yùn)行在一些高性能的計(jì)算機(jī)上,實(shí)際上它是一個(gè)軟件包,對(duì)硬件并無(wú)要求,故其可以運(yùn)行在不同的硬件配置上,能夠提供很大的靈活性??蛻魴C(jī)主要提供用戶端界面,系統(tǒng)中主要是圖形用戶界面(GUI)??蛻魴C(jī)并不直接訪問(wèn)大量數(shù)據(jù),而是在需要時(shí)向服務(wù)器發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求。程序客戶端軟件采用Visual Basic6.0開(kāi)發(fā)。

        4 該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與具有的功能

        基于以上系統(tǒng)基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃和軟件設(shè)計(jì)思想,該地鐵施工監(jiān)測(cè)管控系統(tǒng)由“數(shù)據(jù)處理”、“數(shù)據(jù)管理”、“工程安全綜合評(píng)估”、“工程綜合預(yù)警”四個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成(圖1)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理之前,用戶需要登錄軟件,用戶登錄分為兩種模式:第一種模式為本地化模式登錄,第二種為服務(wù)器模式登錄。登錄可實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件的管理,若擁有管理員權(quán)限的登錄用戶可進(jìn)行新數(shù)據(jù)的入庫(kù)操作,并可對(duì)入庫(kù)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行查看、導(dǎo)出、編輯、刪除等操作;若為一般登陸權(quán)限的用戶,則只可對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中已有的數(shù)據(jù)進(jìn)行查看、導(dǎo)出等操作,而無(wú)法進(jìn)行外部數(shù)據(jù)的導(dǎo)入以及對(duì)已有數(shù)據(jù)的編輯和刪除等操作。軟件會(huì)記錄使用人員的每一次登錄。系統(tǒng)軟件出現(xiàn)的所有異常和報(bào)警信息均會(huì)自動(dòng)加上時(shí)間、登錄工作人員用戶名作為標(biāo)識(shí)進(jìn)行記錄,以方便整個(gè)系統(tǒng)的管理糾錯(cuò)處理。系統(tǒng)具有的主要功能:(1)數(shù)據(jù)采集。實(shí)現(xiàn)各類傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集和周期數(shù)據(jù)的采集功能。(2)數(shù)據(jù)處理。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理以及周期數(shù)據(jù)的平差處理。(3)數(shù)據(jù)管理。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與周期數(shù)據(jù)的統(tǒng)一入庫(kù)綜合管理。(4)數(shù)據(jù)分析。實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析、變形預(yù)測(cè)評(píng)估、工程安全預(yù)警等。

        4.1 數(shù)據(jù)采集處理

        該系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理內(nèi)容包括周期性數(shù)據(jù)采集處理和實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)采集處理。周期性數(shù)據(jù)采集處理包括平面網(wǎng)、高程網(wǎng)、GPS網(wǎng)、三維網(wǎng)數(shù)據(jù)處理、聯(lián)合平差功能;實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)采集處理包括粗差剔除、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)優(yōu)化等功能。

        4.2 數(shù)據(jù)管理

        數(shù)據(jù)管理主要實(shí)現(xiàn)對(duì)文件及點(diǎn)的管理與數(shù)據(jù)入庫(kù)。數(shù)據(jù)入庫(kù)主要實(shí)現(xiàn)點(diǎn)管理。將測(cè)點(diǎn)導(dǎo)入指定最終節(jié)點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)點(diǎn)的統(tǒng)一管理。文件管理。該系統(tǒng)以結(jié)構(gòu)樹(shù)的形式建立文件,分級(jí)明確,條理更清晰。項(xiàng)目管理。該功能實(shí)現(xiàn)了建立新數(shù)據(jù)庫(kù)并可激活舊數(shù)據(jù)庫(kù),可查看不同數(shù)據(jù)庫(kù)文件。

        圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能圖

        系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理功能包括系統(tǒng)管理權(quán)限、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)入庫(kù)、信息過(guò)濾查詢。

        4.3 數(shù)據(jù)分析及預(yù)測(cè)

        數(shù)據(jù)分析主要是對(duì)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)及周期采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行包括位置圖、位移圖的顯示,計(jì)算位移量、數(shù)據(jù)內(nèi)插、數(shù)據(jù)優(yōu)化、異常定位、預(yù)測(cè)計(jì)算等。主要包括對(duì)原始資料的統(tǒng)計(jì)分析和邏輯分析。

        原始資料的統(tǒng)計(jì)分析:包括監(jiān)測(cè)資料奇異值的檢驗(yàn)與插補(bǔ)、對(duì)數(shù)據(jù)的篩選等內(nèi)容,其涉及到用數(shù)學(xué)方法的計(jì)算與檢驗(yàn)。

        原始資料的邏輯分析:根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的內(nèi)在物理意義分析原始實(shí)測(cè)值的可靠性,主要用于工程監(jiān)測(cè)變形的原始實(shí)測(cè)值。一般進(jìn)行以下兩種分析:(1)一致性分析。從時(shí)間的關(guān)聯(lián)性分析連續(xù)積累的資料,從變化趨勢(shì)上推測(cè)其是否具有一致性。主要手段是繪制時(shí)間——效應(yīng)量的過(guò)程線圖和原因——效應(yīng)量的相關(guān)圖;(2)相關(guān)性分析:從空間的關(guān)聯(lián)性出發(fā)檢查一些內(nèi)在物理關(guān)系的效應(yīng)量之間的相關(guān)性。

        4.4 工程綜合預(yù)警

        通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測(cè),判斷監(jiān)測(cè)對(duì)象的安全狀態(tài)和周邊環(huán)境的安全狀態(tài)。系統(tǒng)內(nèi)可設(shè)置設(shè)計(jì)及規(guī)范允許的相應(yīng)監(jiān)測(cè)對(duì)象的預(yù)警值、報(bào)警值和控制值,實(shí)現(xiàn)三級(jí)預(yù)警(表1)。當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有異常時(shí),系統(tǒng)會(huì)以相應(yīng)的報(bào)警方式將監(jiān)測(cè)信息反饋給系統(tǒng)管理員,實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和施工的動(dòng)態(tài)結(jié)合。

        表1 三級(jí)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)表

        5 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)運(yùn)行環(huán)境

        服務(wù)器端

        網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng):Mircosoft Office 2003/2007/2010

        網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù):Microsoft SQL Server 2005+

        客戶端操作系統(tǒng)

        Mircosoft?Windows Mobile? Version 5.0

        Mircosoft?Windows XP/Vista/Win7及其以上

        運(yùn)行時(shí)庫(kù):Mircosoft.Net.Framework 4.0

        6 結(jié) 語(yǔ)

        結(jié)合深圳地鐵7號(hào)線的監(jiān)測(cè),綜合多種施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)研究,建立并開(kāi)發(fā)了集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集、處理、管理和預(yù)警于一體的城市地鐵監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集處理管控系統(tǒng),其主要作用體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)由分散到集成,減少了人員投入,節(jié)約了項(xiàng)目成本;(2)一體化操作模式提高了項(xiàng)目勞動(dòng)生產(chǎn)效率;(3) 有效的監(jiān)測(cè)信息組織管理為安全提供了保障。通過(guò)該系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)信息實(shí)時(shí)反饋,為工程施工和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全提供了有效保障。

        [1] GB/T 8566-2007,信息技術(shù) 軟件生存周期過(guò)程[S].

        [2] 宋力杰.測(cè)量平差程序設(shè)計(jì)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2009.

        [3] 黃聲享,等.變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理(第二版)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2010.

        [4] 張正祿.工程測(cè)量學(xué)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2005.

        [U25];U215

        B

        1001-2184(2017)06-0063-04

        2017-10-24

        王洪義(1966-),男,吉林永吉人,工程師,從事施工測(cè)量技術(shù)與管理工作;

        王曙光(1986-),男,湖北荊門(mén)人,助理工程師,從事施工測(cè)量技術(shù)與管理工作.

        李燕輝)

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