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地鐵隧道結構變形監測信息管理系統的開發論文
摘 要：地鐵隧道結構變形監測的特殊性、周期性和長期性，使其信息量非常龐大。信息管理是地鐵隧道結構變形監測中一項重要的工作，現有的管理方式效率很低。為了高效、準確地管理監測信息，及時分析預報地鐵隧道結構的穩定狀況，本文結合南京地鐵運營期隧道結構變形監測實例，開發了一套具有變形監測資料存儲、預處理、管理分析、可視化分析、預測預報及限值預警等功能的信息管理系統，保證了準確及時快速的數據處理和信息反饋，具有良好的運用和推廣前景。
關鍵詞：地鐵隧道；變形監測；信息管理系統
1、引 言
隨著經濟的發展，越來越多的城市開始興建地鐵工程。地鐵隧道建造在地質復雜、道路狹窄、地下管線密集、交通繁忙的鬧市中心，其安全問題不容忽視。無論在施工期還是在運營期都要對其結構進行變形監測，以確保主體結構和周邊環境安全。
地鐵隧道是一狹長的線狀地下建構筑物，監測點數量比較大，其周期性和長期性，使數據量非常龐大。面對這些繁雜而又龐大的數據能否管理利用好，關系到監測隧道結構變形和預測預報結構變形工作能否實現和實現的質量。為此，如何有效地管理原始信息，并進行相應的處理顯得尤為重要。目前多數監測信息的管理和應用存在不直觀、不及時、自動化程度較低等缺點[1，2]，根據地鐵隧道結構自身特點研制一套高效率的、使用方便的監測信息管理系統是必要的，它與變形監測一樣具有重要的實用意義和科學意義。
2、系統設計思想
以地鐵隧道結構變形監測信息為管理對象，根據地鐵隧道結構變形監測的實際情況，綜合運用監測數據處理分析技術、數據庫技術和信息管理技術，實現對地鐵隧道結構變形信息的存儲、預處理、管理分析、可視化分析監測信息、預測預報及限值預警，為結構分析提供數據資源，以及時反饋地鐵隧道結構安全狀況，使安全監測管理人員更為方便和高效的管理監測信息，為確保地鐵隧道結構的安全運行提供有效的決策支持。地鐵隧道結構變形監測數據管理系統主要應滿足如下要求：
2.1 提高地鐵隧道結構變形監測數據處理分析與管理的科學化和自動化水平，滿足輔助決策需求。
2.2 構建地鐵隧道結構變形監測信息管理基礎平臺。
2.3 為后期自動化監測的開展及安全監測專家系統的建立提供基礎。
3、系統功能
地鐵隧道結構變形監測信息管理系統包括文檔管理、數據預處理、數據庫管理、監測數據分析、信息預警預報和系統管理六大模塊，內容不僅涵蓋了相關技術規范的所有要求，而且具有地鐵隧道自身的特點，全面、標準、專業，有良好的應用前景。
3.1 文檔管理模塊
3.1.1 變形監測資料
地鐵隧道結構變形監測根據地鐵隧道結構設計、國家相關規范和類似工程的變形監測以及當前地鐵所處階段來確定，主要內容包括[3]：垂直位移監測(區間隧道沉降監測和隧道與地下車站沉降差異監測);水平位移監測(區間隧道水平位移監測和隧道相對地下車站水平位移監測);隧道斷面收斂變形監測等。
對于不同的地鐵隧道結構變形監測項目內容，所用監測方法和儀器也不相同。通常，對于隧道垂直位移和水平位移監測，可通過大地測量或者自動化測量的方法利用精密水準儀、精密全站儀或智能全站儀進行;而對于隧道斷面收斂變形監測，則要通過物理量測的方法利用收斂儀(計)進行。
變形監測資料包括歷次變形監測的原始數據，監測報告及鑒定報告等。
3.1.2 工程概況資料
工程概況資料主要有工程概況、工程特性參數、重要技術資料和安全監測系統檔案等。
(1)工程概況：
包括地鐵地理位置，車站布置，沿線主要建筑物概況，工程地質與水文地質條件，結構特性、施工情況等。
(2)重要技術資料：
主要結構設計文件、圖紙，運行設計報告，竣工驗收報告，隧道加固改建或觀測更新改造專題報告，重要工程圖形和圖像。
(3)變形監測系統檔案：
主要包括監測儀器運行、維護和歷次檢查、鑒定記錄及報告。
(4)其他資料：
主要包括水文、氣象和地震資料等。
3.1.3 巡檢資料
包括對隧道結構的各個部位和斷面的滲漏、變形和裂縫等的日常巡查記錄表，隧道安全情況和隧道重大事故報告等。
3.2 數據預處理模塊
通過不同的方式導入原始監測資料，并對其進行粗差檢驗，若有粗差則提示警告，以便查找原因返工重測，然后再進行初步處理分析。對基準點和工作基點的穩定性進行檢驗，不同的穩定性檢驗結果決定平差方法的選取。最后對所得監測結果進行整理，存儲至相關數據庫。
3.2.1 數據導入
目前嵌入式操作系統發展特別迅速，根據監測手段和方式不同，用戶可以通過系統的接口程序實現系統和觀測電子手簿直接相連，自動導入或手工導入。
3.2.2 粗差檢驗
依據相關規范規程應用相應檢驗粗差的方法對其進行檢驗，若有粗差則給出提示警告和可能原因，以便查找原因返工重測;若沒有粗差則提示檢驗通過，可進行下一步處理計算。
3.2.3 穩定性檢驗
通過對監測資料的計算分析，應用統計方法(F檢驗和t檢驗)對基準點和工作基點的穩定性狀況進行分析，為平差計算采用何種平差方法提供依據。
3.2.4 平差計算
根據基準點及工作基點穩定性檢驗結果，對變形監測網相應的選用經典平差、擬穩平差或自由網平差;如果監測資料(如隧道收斂變形監測資料等) 無需平差計算的則直接進行相關成果計算。
3.2.5 資料整理入庫
根據前述各部分處理計算所得結果，對所得監測成果以及檢驗結果進行整理和存儲入庫。此外，可根據需要對相關監測屬性信息進行相關編輯、修改，然后再整理入庫。
3.3 數據庫管理模塊
對數據庫相關數據進行查詢、添加錄入、修改和刪除，同時可根據需要進行數據報表生成輸出。
3.3.1 數據查詢
根據不同監測項目特點，采用不同的查詢方式對測點的屬性信息和監測成果進行條件查詢和遍歷查詢，并可根據需要將查詢結果以不同的方式輸出。
3.3.2 數據錄入添加
根據實際需要對測點屬性數據和監測單位所提供的直接成果數據進行錄入添加，同時可對屬性數據信息進行編輯、修改添加。
3.3.3 數據修改
考慮到操作的規范性，系統只允許對監測點屬性進行修改。通過查詢所要修改的監測點，對其屬性信息進行修改，同時可以動態顯示數據庫中的監測點屬性信息，方便用戶及時看到修改結果。
3.3.4 數據刪除
與數據修改功能相似，通過對數據信息查詢后再進行刪除，刪除前須經確認，然后才能操作，確保準確無誤。
3.3.5 報表生成
可根據用戶需要，查詢相關監測信息，然后以相關的報表形式輸出監測信息。
3.4 監測數據分析模塊
通過應用不同的數據分析方法和方式對各種監測數據進行處理分析，分析過程和方式采用表格和曲線圖形方式進行。
3.4.1 監測點穩定性分析
應用相關穩定性分析方法及指標，結合監測現場實際，對不同類型監測點穩定性進行分析評判。
3.4.2 可視化分析
針對監測信息反饋分析的需要，提供可視化的變形監測圖形報表，輔助測點穩定性分析評判，以便使用者更直觀具體地了解隧道結構整體變形趨勢。
以南京地鐵西延線垂直位移監測為例，除提供每期沉降量曲線圖、沉降速率曲線圖、撓度曲線圖、相對撓度曲線圖外，還可提供任意兩期累積沉降量、累積沉降速率、撓度及相對撓度的對比曲線圖。
3.5 信息預警預報模塊
僅僅將監測的信息錄入系統中是不夠的，還要根據穩定性分析以及前n期的監測成果模擬監測點的變形曲線，并結合相關資料預報今后的變化趨勢。由于影響變形體的因素錯綜復雜，考慮到系統的通用性，模塊提供了回歸分析、灰色系統、kalman濾波等傳統的模型供選擇。
根據系統給出的限值進行預警，提供相關區間段的工程圖紙及地質、水文氣象資料，便于隧道結構變形情況的進一步分析。
3.6 系統管理模塊
為保證系統的安全，系統運行和數據操作過程中都不能出現任何差錯，必須對系統進行有效的管理，這主要是指對系統用戶的管理及日常使用日志的管理。
3.6.1 系統用戶管理
為保證監測信息的完整性、正確性和安全性，必須對系統的用戶進行有效的管理。用戶登錄系統的過程必須在系統日志中進行登記，包括用戶名、登錄時間、對系統的操作過程以及在系統中滯留的時間等。系統管理員定期將系統的用戶使用情況向主管領導匯報。在征得主管領導的同意后，系統管理員可以根據實際情況添加用戶或提升、降低某些用戶的用戶使用級別，必要時可以禁止某些用戶的使用權力。系統用戶管理包括系統用戶登錄管理和用戶權限管理兩個部分。
3.6.2 系統日志及安全管理
本系統為系統管理員提供系統日志的檢查和備份功能，使系統管理員通過對系統日志的查看了解系統的使用情況以及存在的不足和問題，及時地處理系統存在的隱患，保證系統的高效運行。
3.6.3 數據庫備份與恢復
為了保證管理系統或計算機系統經災難性毀壞后，能正常恢復運行，必須進行數據庫的備份與恢復。系統采用自動備份與人工備份結合的方式，確保系統的安全穩定運行。
4、結 語
地鐵隧道結構變形監測信息管理系統采用C/S結構設計，各功能模塊間具有相對地獨立性，便于進行功能擴充，為后期自動化監測的開展及安全監測專家系統的建立提供支持和鋪墊[4，5]。該系統已在南京地鐵中應用，不僅準確及時快速的數據處理和信息反饋，提高了地鐵運營的管理水平，而且為地鐵的安全運營提供了保證，具有顯著的社會經濟效益和良好的應用前景。
參考文獻
[1]王浩，葛修潤，鄧建輝，豐定祥.隧道施工期監測信息管理系統的研制[J].巖石力學與工程學報，2001，10：1684—1686
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[3]黃騰，李桂華，孫景領，岳榮花.地鐵隧道結構變形監測數據管理系統的設計與實現[J].測繪工程，2006，6：1—3
[4]趙顯富.變形監測成果數據庫管理系統的研制[J].測繪通報，2001，4：28—32
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