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，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)只為專門項(xiàng)目設(shè)計(jì)開發(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)集中管理帶來不便。未來數(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)?？蛻魴C(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開放數(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。客戶機(jī)主要提供用戶端界面，系統(tǒng)中主要是圖形用戶界面(GUI)。客戶機(jī)并不直接訪問大量數(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

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，湖北荊門人，助理工程師，從事施工測(cè)量技術(shù)與管理工作.

李燕輝)