劉 強

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司，北京 102600）

0 引言

水平位移監(jiān)測常見于城市軌道交通的建（構(gòu)）筑物監(jiān)測工作中，包括基坑圍護結(jié)構(gòu)樁頂水平位移、周邊建筑物水平位移、基坑內(nèi)立柱結(jié)構(gòu)水平位移等，常規(guī)的監(jiān)測手段實現(xiàn)過程一般分為3 個步驟：第一步，使用全站儀通過某種測量方法采集水平位移監(jiān)測點的坐標信息，其中現(xiàn)場水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)采集方法主要有小角法、視準線法、后方交會法、極坐標法等；第二步，將全站儀采集的坐標數(shù)據(jù)導入計算機，進行平差計算等數(shù)據(jù)處理；第三步，編制監(jiān)測報告，如果數(shù)據(jù)出現(xiàn)預(yù)警，還需編制預(yù)警信息并通過短信、郵箱、風險平臺等上報。常規(guī)的監(jiān)測手段存在流程復雜、耗時長、反饋慢、數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)造假漏洞多等不足，因此非常必要開發(fā)一種新的即時監(jiān)測系統(tǒng)。

隨著手持設(shè)備無線傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展，以及工程建設(shè)參與各方對監(jiān)測數(shù)據(jù)即時性、準確性、真實性的要求不斷提高，基于手持設(shè)備（手機、Pad 等）的即時監(jiān)測軟件成了各監(jiān)測單位的研究熱點，本文提出一種基于Android 平臺的建（構(gòu)）筑物水平位移即時監(jiān)測新方法，并從系統(tǒng)設(shè)計、功能實現(xiàn)、實踐驗證3 個方面對該軟件進行介紹。

1 即時監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

1.1 執(zhí)行標準與原則

執(zhí)行的標準主要有兩個，分別為GB/T 50308—2017《城市軌道交通工程測量規(guī)范》和GB 50911—2013《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》。

該系統(tǒng)的設(shè)計原則為：嚴格按照規(guī)范中的各項要求，各等級監(jiān)測對應(yīng)各自的規(guī)范標準，不得越級或降級設(shè)計（表1）。

表1 建（構(gòu)）筑物水平位移監(jiān)測精度

需要注意的是：①監(jiān)測點坐標中誤差指的是監(jiān)測點相對測站點的坐標中誤差，為點位中誤差的②當根據(jù)累計變化量和變化速率選擇的精度要求不一致時，優(yōu)先按變化速率的要求確定。

1.2 測量程序設(shè)計

基于Android 平臺的建（構(gòu)）筑物水平位移即時監(jiān)測軟件的測量流程，主要內(nèi)容包括新建測量任務(wù)（或加載既有任務(wù)）、現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、中間測量參數(shù)限差檢核、數(shù)據(jù)預(yù)警情況檢核、數(shù)據(jù)保存、成果檢查及上傳（圖1）。

圖1 程序執(zhí)行流程

2 功能的實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)功能架構(gòu)

該系統(tǒng)以Android Studio 為開發(fā)平臺，使用Java語言開發(fā)實現(xiàn)，由“用戶管理系統(tǒng)”“測量系統(tǒng)”和“成果應(yīng)用系統(tǒng)”共3 個子系統(tǒng)組成，其中：“用戶管理系統(tǒng)”包括“用戶注冊”和“測站管理”兩個模塊，“測量系統(tǒng)”包括“新建任務(wù)”“加載任務(wù)”“數(shù)據(jù)恢復”3 個模塊，“成果應(yīng)用系統(tǒng)”包括“數(shù)據(jù)同步”“成果報表”兩個模塊（圖2）。

圖2 系統(tǒng)功能架構(gòu)

2.2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

2.2.1 用戶注冊

點擊系統(tǒng)主界面右上角的“用戶注冊”功能鍵，即可進入用戶注冊界面，該軟件可以在后臺自動識別手持設(shè)備的MAC 地址，用戶依次填寫“用戶姓名”“所在單位名稱”、該用戶權(quán)限內(nèi)的工點，填寫完成后點擊提交審核，平臺管理單位可以在后臺對申請信息進行審核，審核通過后即可完成用戶注冊全部工作。另外，在注冊界面下可以通過“幫助”功能了解各項功能的作用和默認參數(shù)等。

2.2.2 測站管理

在系統(tǒng)主界面下點擊“測站管理”功能鍵，進入“測站管理”模塊，點擊“載入線路”功能鍵即可自動獲取當前設(shè)備MAC 權(quán)限下的所有線路及工點。本模塊包括兩個二級功能，分別為“新建測站”和“修改測站”。其中，“新建測站”用于為當前選擇工點創(chuàng)建新的測站，并從該工點測點庫中選擇需要加入本測量線路的測點，該功能可以實現(xiàn)在后臺提前建立線路，現(xiàn)場使用時可以直接調(diào)用，減少現(xiàn)場復雜環(huán)境下的操作工作量；“修改測站”用于對既有測站的測點庫進行編輯修改，如果實際使用時出現(xiàn)測量線路調(diào)整、監(jiān)測點調(diào)整的情況可以使用該功能，新建測站或修改測站完成后點擊確認提交可以完成該操作。

2.2.3 新建任務(wù)

在系統(tǒng)主界面下點擊“新建任務(wù)”功能鍵，進入新建任務(wù)主界面，在該界面下可以進行測量工點、儀器類型、儀器序列號、測站坐標、后視輸入方式、測回數(shù)、觀測人員、天氣、濕度等參數(shù)的選擇，選擇完成后可以在手持設(shè)備上連接對應(yīng)全站儀的內(nèi)置藍牙，藍牙連接完成后進入測量界面。

該功能又有3 個二級功能，分別為“數(shù)據(jù)獲取”“重測當前測點”和“重測當前測回”。

“數(shù)據(jù)獲取”主要通過手持設(shè)備的藍牙向全站儀發(fā)送測量指令進行測角測距，測量的同時App 可以在后臺同步計算各測量參數(shù)是否存在超限情況，如有超限則會對具體超限原因進行彈窗提示（圖3）。當提示單次測量結(jié)果超過限差要求時，用戶可以重新操作儀器校準，然后使用“重測當前測點”重新測量，如果當前測點的重測無法滿足限差要求或者提示測回超限時，用戶可以使用“重測當前測回”功能重新測量該測回，直至測量結(jié)果滿足精度要求。另外，系統(tǒng)在獲取數(shù)據(jù)的同時還可以通過后臺實時計算判斷是否存在預(yù)警情況，如有新增預(yù)警或預(yù)警升級則會有具體的預(yù)警彈窗提示，用戶可以第一時間核實預(yù)警情況（圖4）。

圖3 測量誤差超限提示

圖4 監(jiān)測結(jié)果預(yù)警情況提示

2.2.4 加載任務(wù)

“加載任務(wù)”功能用于加載已通過該設(shè)備完成的測量任務(wù)，無需重新新建任務(wù)及選擇參數(shù)，默認使用上次測量參數(shù)并直接進入獲取數(shù)據(jù)的步驟，簡化測量流程，大大節(jié)約現(xiàn)場測量時間。

2.2.5 數(shù)據(jù)恢復

“數(shù)據(jù)恢復”功能用于恢復因各種原因?qū)е鲁绦虍惓Ｍ顺龆赐瓿傻臏y量任務(wù)，現(xiàn)場測量時難免出現(xiàn)藍牙中斷、手持設(shè)備電源中斷、系統(tǒng)故障等情況，該功能針對以上情況進行設(shè)計，避免了因異常中斷導致重新返工測量帶來的人力及時間消耗。

2.2.6 數(shù)據(jù)同步

“數(shù)據(jù)同步”功能用于從風險管控平臺把原始數(shù)據(jù)、成果數(shù)據(jù)同步到手持設(shè)備中，用戶可以使用該功能隨時同步任意工點、任意測點、任意時間段的歷史數(shù)據(jù)，進而可以在手持設(shè)備上查看監(jiān)測數(shù)據(jù)并進行變形曲線分析，現(xiàn)場查看變形規(guī)律分析判斷建（構(gòu)）筑物的風險狀態(tài)（圖5）。

圖5 監(jiān)測數(shù)據(jù)變形曲線分析

2.2.7 成果報表

“成果報表”功能用于把保存完成的測量任務(wù)一鍵轉(zhuǎn)為固定格式的原始數(shù)據(jù)及成果報表，用戶可以在手持設(shè)備上第一時間核實原始數(shù)據(jù)和成果報表是否存在錯誤，核實無誤后可以將測量成果一鍵上傳至風險管控平臺。手持設(shè)備上顯示的原始記錄和成果報表如圖6 所示。

圖6 原始記錄和成果報表

3 實測應(yīng)用

該系統(tǒng)分別在徐州地鐵、北京地鐵的兩個在施基坑工程進行實測應(yīng)用，其中：在徐州地鐵選擇某一標準車站主體基坑，基坑監(jiān)測中包含24 個樁頂水平位移監(jiān)測點、4 個立柱水平位移監(jiān)測點、4 個建筑物水平位移監(jiān)測點；在北京地鐵選擇某一較長的車站主體基坑，基坑監(jiān)測中包含36 個樁頂水平位移監(jiān)測點、8 個建筑物水平位移監(jiān)測點。同時使用常規(guī)監(jiān)測手段進行同步監(jiān)測，并將兩種手段的測量結(jié)果進行對比，結(jié)果證明利用該系統(tǒng)測量得到的結(jié)果與常規(guī)監(jiān)測的結(jié)果基本吻合，且同一時間段的重復測量結(jié)果更為穩(wěn)定。

同時使用該建（構(gòu)）筑物水平位移即時監(jiān)測系統(tǒng)和常規(guī)監(jiān)測針對同一基坑進行了外業(yè)數(shù)據(jù)采集及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理使用時間進行比對。從表2 可以看出，雖然即時監(jiān)測系統(tǒng)在現(xiàn)場操作時多用了2～3 min 的時間，但是內(nèi)業(yè)處理耗時大大低于常規(guī)監(jiān)測手段，基本上達到測量的即時處理、即時出報表的程度。

表2 兩種監(jiān)測手段的耗時對比

使用即時監(jiān)測系統(tǒng)可以在現(xiàn)場測量時同步檢核各項測量參數(shù)是否存在超限情況，如存在超限可以第一時間安排重測，避免了常規(guī)測量手段因內(nèi)業(yè)計算發(fā)現(xiàn)超限而返工帶來的大量時間消耗問題。另外，如果存在監(jiān)測預(yù)警情況，測量人員現(xiàn)場第一時間核實后可以一鍵發(fā)送預(yù)警信息給相關(guān)人員，減少了常規(guī)監(jiān)測手段的數(shù)據(jù)處理、預(yù)警單制作、郵箱或短信報送等環(huán)節(jié)的時間消耗；而且使用即時監(jiān)測系統(tǒng)還能夠避免人為篡改監(jiān)測數(shù)據(jù)的問題，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性。

4 結(jié)束語

實踐證明，該基于Android 平臺的建（構(gòu)）筑物水平位移即時監(jiān)測系統(tǒng)基本實現(xiàn)了各類建（構(gòu)）筑物水平位移即時監(jiān)測的需求，系統(tǒng)操作簡單，數(shù)據(jù)的準確性、真實性、即時性更強，大大減少測量人員的工作量，真實反饋了所監(jiān)測建（構(gòu)）筑物的變形情況，實際應(yīng)用價值較高。