李 偉,王俊旻,彭子龍

(1.四川省電力設(shè)計(jì)院，四川 成都 610071；2. 四川省煤田測(cè)繪工程院，四川 成都 610071)

變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李 偉1,王俊旻1,彭子龍2

(1.四川省電力設(shè)計(jì)院，四川 成都 610071；2. 四川省煤田測(cè)繪工程院，四川 成都 610071)

變形監(jiān)測(cè)具有周期性、監(jiān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)多等特點(diǎn)，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量大，故對(duì)海量變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的管理與分析就顯得十分重要。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)海量變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的高效管理與分析，文中采用C#語(yǔ)言，以SQL 2008為數(shù)據(jù)庫(kù)，編寫(xiě)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)，并通過(guò)工程實(shí)例驗(yàn)證系統(tǒng)的高效與可行性。

變形監(jiān)測(cè)；數(shù)據(jù)管理；數(shù)據(jù)分析；軟件系統(tǒng)

變形監(jiān)測(cè)是為了獲得變形體監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移情況而進(jìn)行的長(zhǎng)期性、周期性重復(fù)監(jiān)測(cè)，這種監(jiān)測(cè)手段必然引起變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量逐漸增大。因此對(duì)海量變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效管理十分必要，且變形監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)分析為保證變形體穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)提供了技術(shù)支持[1-2]。本文根據(jù)變形監(jiān)測(cè)的技術(shù)要求，以數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系表和結(jié)構(gòu)體作為數(shù)據(jù)的組織形式，選用C#作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，通過(guò)SQL 2008數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、修改、刪除與查詢等功能；對(duì)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波分析與位移趨勢(shì)圖繪制，集多項(xiàng)功能于一體，開(kāi)發(fā)了變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)模塊與功能設(shè)計(jì)

1.1 數(shù)據(jù)管理模塊

數(shù)據(jù)管理模塊是系統(tǒng)的核心之一，是其他模塊與功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、修改、刪除與查詢等功能的主要載體，本系統(tǒng)采用SQL 2008作為變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理的數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)其進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計(jì)，建立結(jié)構(gòu)合理、性能良好的數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)高效安全的管理模式[3-4]。

1)數(shù)據(jù)輸入與存儲(chǔ)。變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以分為：觀測(cè)數(shù)據(jù)、已知數(shù)據(jù)、平差數(shù)據(jù)與分析結(jié)果數(shù)據(jù)等，其中觀測(cè)數(shù)據(jù)和已知數(shù)據(jù)系統(tǒng)采用工程文件夾的形式進(jìn)行存儲(chǔ)；平差和變形分析結(jié)果數(shù)據(jù)采用SQL 2008數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理。數(shù)據(jù)輸入有自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式，自動(dòng)輸入即提交本系統(tǒng)內(nèi)部平差和變形分析的結(jié)果數(shù)據(jù)；手動(dòng)輸入即輸入其他后處理軟件的結(jié)果數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)平差與結(jié)果分析的格式如表1和表2所示。表中：MN、ME表示坐標(biāo)值的精度；KYD、KYE與KLN、KLE表示卡爾曼預(yù)測(cè)值與濾波值。

表1 XXX-Adjust Table格式

表2 XXX-Analysis Table格式

2)數(shù)據(jù)修改、刪除、添加。對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、刪除與添加操作，其中添加操作又分為人工輸入和EXCEL導(dǎo)入，方便用戶根據(jù)情況對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的更改與完善。

3)數(shù)據(jù)查詢?？梢园幢O(jiān)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)名和監(jiān)測(cè)周期兩種形式查詢，便于用戶根據(jù)實(shí)際情況的需要進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選，提高數(shù)據(jù)分揀工作效率。

4)數(shù)據(jù)輸出。將數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或者查詢結(jié)果數(shù)據(jù)以EXCEL的形式輸出，便于用戶后續(xù)報(bào)告書(shū)寫(xiě)和打印。

1.2 數(shù)據(jù)分析模塊

1)位移趨勢(shì)圖繪制。將監(jiān)測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)位變化趨勢(shì)繪制成可視化的位移趨勢(shì)圖形，使用戶直觀查看監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移大小及變化趨勢(shì)，做深層次的分析。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架和流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架與流程

2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.2.1 數(shù)據(jù)管理模塊

數(shù)據(jù)管理模塊功能的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)對(duì)SQL 2008數(shù)據(jù)庫(kù)和EXCEL一些基本操作來(lái)完成的，部分功能主要代碼如下：

////////////////////存儲(chǔ)數(shù)據(jù)/////

////////////////

string sql = string.Format("insert into GNSS-Adjust Table (“列名”) values (“添加值”));

////////////////////修改監(jiān)測(cè)點(diǎn)GPSX的第XX期N坐標(biāo)值/////////////////////

string MyUpdate="Update GNSS-Adjust Table set N ='"+ N坐標(biāo)值 +"',……….

where Point ='"+點(diǎn)名+'", Period='"+監(jiān)測(cè)周期+'"";

//////////////////////////刪掉第XX期監(jiān)測(cè)成果/////////////////////////////

string MyDelete="Delete from GNSS-Adjust Table where Period ='"+監(jiān)測(cè)周期+'"";

//////////////////////////EXCEL導(dǎo)入數(shù)據(jù)/////////////////////////////

string connectionString =@"Provider=Microsoft.ACE.OLEDB.12.0;Data Source="

+ openfile + ";Extended Properties='Excel 12.0;HDR=YES;'";

string strSQL = "SELECT * FROM [Sheet1MYM]";

基于德?tīng)柗品ǖ尼t(yī)院藥品不良反應(yīng)快速上報(bào)信息化系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建 …………………………… 溫潤(rùn)龍等（13）：1742

2.2.2 數(shù)據(jù)分析模塊

1)位移趨勢(shì)圖繪制。趨勢(shì)圖繪制功能實(shí)現(xiàn)是利用繪圖控件ZedGraph完成的，首先在C#中添加引用該控件，并定義繪圖區(qū)域、各軸名稱及單位，之后對(duì)數(shù)組元素進(jìn)行賦值，根據(jù)數(shù)組值進(jìn)行趨勢(shì)圖繪制。圖形繪制需要4個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)組元素，分別為：點(diǎn)名數(shù)組、點(diǎn)位數(shù)組、顏色數(shù)組以及點(diǎn)位圖形，根據(jù)點(diǎn)名分別給相應(yīng)的數(shù)組賦值，繪制趨勢(shì)圖主要代碼如下：

using ZedGraph;

////////////////////////////////////繪制趨勢(shì)圖///////////////////////////////////

LineItem myCurve = zedGraphControl1.GraphPane.AddCurve("N-Dis", ttw, Color.Yellow, SymbolType.Circle );

/////////////////////////////////

刷新繪圖

//////////////////////////////////////////

2)卡爾曼濾波分析，其流程如圖2所示。

圖2 卡爾曼濾波算法流程

卡爾曼濾波分析是一個(gè)不斷循環(huán)過(guò)程，首選根據(jù)1.2節(jié)確定初始狀態(tài)向量及其方差陣，循環(huán)讀取n期觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用狀態(tài)一步預(yù)測(cè)和狀態(tài)估計(jì)等模型進(jìn)行預(yù)測(cè)值和修正值計(jì)算，保存模型解算結(jié)果中最后一組的狀態(tài)向量和相應(yīng)的協(xié)方差陣，更新觀測(cè)數(shù)據(jù)，再次構(gòu)成n期觀測(cè)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行重復(fù)計(jì)算。

3 管理與分析系統(tǒng)應(yīng)用

為了驗(yàn)證管理與分析系統(tǒng)的高效和可行性，現(xiàn)以鹽水溝變形監(jiān)測(cè)預(yù)警工程為例。鹽水溝隧道是西氣東輸管道的標(biāo)志性工程，它是我國(guó)迄今為止距離最長(zhǎng)、輸氣量最大、施工條件最復(fù)雜的天然氣輸氣管道，為了監(jiān)測(cè)隧道的變形情況，在隧道區(qū)域布置4個(gè)周期性GNSS監(jiān)測(cè)點(diǎn)，兩個(gè)實(shí)時(shí)自動(dòng)化GNSS監(jiān)測(cè)點(diǎn)，隧道內(nèi)布置86個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)和20個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)設(shè)備分別為L(zhǎng)eica 902雙星接收機(jī)、TM30以及DNA03。到目前為止共監(jiān)測(cè)10期，現(xiàn)以GNSS監(jiān)測(cè)點(diǎn)為例。

3.1 數(shù)據(jù)管理模塊應(yīng)用

GNSS雙星監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以通過(guò)本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基線解算與網(wǎng)平差等功能，進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值和精度信息的求取(由于本文主要研究數(shù)據(jù)管理與分析，其他功能模塊本文不再陳述)，得到的坐標(biāo)值和精度信息直接保存于SQL數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的GNSS-Adjust Table表中，之后可以通過(guò)數(shù)據(jù)管理模塊內(nèi)的其他功能對(duì)表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、刪除、添加與輸出等操作，如圖3所示，首先查詢2011年11月3日到現(xiàn)在這段時(shí)間內(nèi)GPS1與GPS3兩點(diǎn)的所有坐標(biāo)值信息，之后對(duì)查詢結(jié)果進(jìn)行報(bào)表的輸出。

3.2 數(shù)據(jù)分析模塊應(yīng)用

3.2.1 位移趨勢(shì)圖繪制

位移趨勢(shì)圖繪制涉及到初始值的設(shè)定，由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)穩(wěn)定性受自然災(zāi)害和人為破壞等因素影響，所以監(jiān)測(cè)點(diǎn)的初始值狀態(tài)可能會(huì)變化，故本功能設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了初始值設(shè)置以及限差設(shè)置。如圖4所示，分析GPS1和GPS4兩點(diǎn)的位移趨勢(shì)，初始值為第二期觀測(cè)值。

圖4分別顯示了兩點(diǎn)在X軸方向的變化量，可知GPS1監(jiān)測(cè)點(diǎn)在第9期位移量為1.8 mm，兩條橫線為規(guī)范限差3 mm(建筑變形規(guī)范—JGJ8-2007)，限差亦可根據(jù)不同工程變形監(jiān)測(cè)的需求自行設(shè)定。

圖3 數(shù)據(jù)查詢與報(bào)表輸出

圖4 位移趨勢(shì)圖繪制示意圖

3.2.2 卡爾曼濾波分析

根據(jù)1.2和2.2節(jié)卡爾曼濾波模型建立方法，對(duì)GPS1和GPS4兩點(diǎn)進(jìn)行分析與預(yù)測(cè)，其結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知：GPS1與GPS4的濾波值和實(shí)測(cè)值之差在±0.4 mm內(nèi)，說(shuō)明卡爾曼濾波能較好地反映GNSS變形監(jiān)測(cè)的實(shí)際變化情況，能真實(shí)地體現(xiàn)變形體的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，對(duì)GNSS變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具有很好的去噪作用。

4 結(jié) 論

變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的高效管理與分析，提高了工作效率和數(shù)據(jù)安全性，系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)分析兩大主要模塊。數(shù)據(jù)管理模塊實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)點(diǎn)平差與分析結(jié)果數(shù)據(jù)的SQL 2008數(shù)據(jù)庫(kù)管理，并開(kāi)發(fā)了對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、刪除、修改、輸出等操作，使用戶對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理更加方便；位移趨勢(shì)圖繪制和卡爾曼濾波分析為保證變形體穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)提供了技術(shù)支持。系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)為變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理與分析提供了一種新的途徑，其在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用將發(fā)揮重要作用，為了使系統(tǒng)更好地服務(wù)于變形監(jiān)測(cè)中，后續(xù)仍需對(duì)該系統(tǒng)的功能進(jìn)行完善和擴(kuò)大。

圖5 卡爾曼濾波分析結(jié)果示意圖

[1]劉忠軍,劉強(qiáng).變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)初步研究[J].資源環(huán)境與工程,2012,26(3):281-284.

[2]薛永安,葛永慧.GPS變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào),2006,37(4):423-426.

[3]薩師煊,王珊.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論[M].北京：高等教育出版社,2000:170-176.

[4]KARILI WATSON,CHRISTIAN NAGEL.Beginning Visual C#2010[M].北京:清華大學(xué)出版社, 2012.

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[責(zé)任編輯：張德福]

Design and implementation of deformation monitoring data management and analysis system

LI Wei1,WANG Jun-min1,PENG Zi-long2

(1.Sichuan Electric Power Design Institute,Chengdu 610071,China; 2.Sichuan Provincial Coalfield Surverying and Mapping Engineering Institute, Chengdu 610071,China)

Periodic,the long monitoring time and a lot of monitoring points of deformation monitoring,cause a large amount of monitoring data, so the research for the management and analysis of massive amounts of deformation monitoring data are very important. In order to achieve the efficient management and analysis of massive amounts of deformation monitoring data, C# with SQL 2008 as the database is proposed to write a deformation monitoring data management and analysis system,of which the efficieny and feasibility are validated through the actual engineering example.

deformation monitoring; data management; data analysis; sofeware system

2013-07-15

李 偉(1985-)，男，碩士.

TP311

：A

：1006-7949(2014)07-0076-05