地鐵施工監(jiān)測信息管理及安全預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘　要:介紹了“地鐵施工監(jiān)測信息管理及安全預(yù)警系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)過程,該系統(tǒng)主要用于廣州市軌道交通線路及車站土建工程施工監(jiān)測信息化管理,系統(tǒng)在投入應(yīng)用后將實(shí)現(xiàn)監(jiān)測-作業(yè)-管理三方信息的互聯(lián)互動,為地鐵施工監(jiān)測信息的可視化管理提供技術(shù)保障。關(guān)鍵詞:ＷｅｂGIS;地鐵施工監(jiān)測;信息管理;安全預(yù)警1前　言 “地鐵施工監(jiān)測信息管理及安全預(yù)警系統(tǒng)”具有地鐵施工監(jiān)測信息可視化信息管理、統(tǒng)計(jì)分析等功能。用于地鐵土建工程施工監(jiān)測信息化管理,可使任何一位相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)或主管(Ａｎｙ ｂｏｄｙ)在任何時間(Ａｎｙｔｉｍｅ)、任意地點(diǎn)(Ａｎｙｗｈｅｒｅ),只要能夠接入互聯(lián)網(wǎng)即可訪問本系統(tǒng),就能完成系統(tǒng)中涵蓋的所有管理工作(Ａｎｙｔｈｉｎｇ),從而實(shí)現(xiàn)基于ＷｅｂＧＩＳ可視化的地鐵施工監(jiān)測的4Ａ服務(wù)。 土建工程現(xiàn)場監(jiān)測信息化管理的目的主要為: (1)為施工開展提供及時的反饋信息; (2)為基坑周圍環(huán)境進(jìn)行及時、有效的保護(hù)提供依據(jù); (3)將監(jiān)測結(jié)果用于反饋優(yōu)化設(shè)計(jì),為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù); (4)通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論值的比較、分析,可以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)理論的正確性; (5)在施工全過程中,通過對既有地面和地下建筑物、構(gòu)筑物各項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)測,將結(jié)構(gòu)變形嚴(yán)格控制在標(biāo)準(zhǔn)限值內(nèi),保證既有建筑物和構(gòu)筑物的安全; (6)積累量測數(shù)據(jù),為今后類似工程設(shè)計(jì)與施工提供工程參考數(shù)據(jù); (7)為業(yè)主提供及時信息,以便業(yè)主對整個項(xiàng)目進(jìn)行科學(xué)化管理。2 地鐵施工監(jiān)測信息管理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 “地鐵施工監(jiān)測信息管理系統(tǒng)“的設(shè)計(jì)思想是建成一個信息管理服務(wù)平臺,一個為地鐵總公司領(lǐng)導(dǎo)和主管、工點(diǎn)單位(監(jiān)測、施工、工點(diǎn)設(shè)計(jì)單位)、地鐵總體設(shè)計(jì)單位之間互動的施工監(jiān)測信息與預(yù)警信息處理平臺。根據(jù)系統(tǒng)建設(shè)的目的和范圍,在給定的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想基礎(chǔ)上,劃分系統(tǒng)的邏輯層次,明確系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能模塊,并確定子系統(tǒng)的劃分。 該系統(tǒng)采用人機(jī)交互式的處理方式,從業(yè)務(wù)和性能角度出發(fā),系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循以下原則: (1)系統(tǒng)可擴(kuò)展性和靈活性(Ｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙ＆Ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ):實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)上的可擴(kuò)展性和靈活性(包括硬件網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、軟件架構(gòu))、系統(tǒng)應(yīng)用功能的可擴(kuò)展性和靈活性。比如:可以在將來自由擴(kuò)充更多的地鐵線路和基坑等功能。 (2)系統(tǒng)可重用性(Ｒｅｕｓａｂｉｌｉｔｙ):保證系統(tǒng)的升級維護(hù)能夠充分利用已有的資源。 (3)系統(tǒng)可靠性(Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ):做到系統(tǒng)不但能夠在正常狀態(tài)下完成滿足需求的功能,而且能夠在各種異常情況下,可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼?(4)系統(tǒng)安全性(Ｓｅｃｕｒｉｔｙ):充分考慮網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級、操作系統(tǒng)級、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)級和應(yīng)用程序的安全性,保證系統(tǒng)安全的運(yùn)行。針對不同的用戶賦予不同的可訪問的權(quán)限。 針對上述的設(shè)計(jì)原則,系統(tǒng)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是: (1)良好的框架結(jié)構(gòu)和參數(shù)驅(qū)動的設(shè)計(jì)思想,以便今后的升級和重用; (2)相對獨(dú)立的子系統(tǒng),保證穩(wěn)定性和易擴(kuò)展性; (3)良好和統(tǒng)一的用戶界面; (4)系統(tǒng)安全性(Ｓｅｃｕｒｉｔｙ):充分考慮網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級、操作系統(tǒng)級、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)級和應(yīng)用程序的安全性,保證系統(tǒng)安全的運(yùn)行。 針對不同的用戶賦予不同的可訪問的權(quán)限。針對上述的設(shè)計(jì)原則,系統(tǒng)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是: (1)良好的框架結(jié)構(gòu)和參數(shù)驅(qū)動的設(shè)計(jì)思想,以便今后的升級和重用; (2)相對獨(dú)立的子系統(tǒng),保證穩(wěn)定性和易擴(kuò)展性; (3)良好和統(tǒng)一的用戶界面; (4)整個系統(tǒng)基于廣域網(wǎng)來開發(fā),通過網(wǎng)絡(luò)來管理、傳遞、和共享信息,適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化信息化的趨勢; (5)系統(tǒng)力求簡潔、清晰、經(jīng)濟(jì)實(shí)用,以最小的投入取得最大的成效。2.2 系統(tǒng)的組成及主要業(yè)務(wù)功能劃分2.2.1 監(jiān)測信息管理系統(tǒng)的組成 系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測信息管理兩大部分組成,數(shù)據(jù)采集采用筆記本電腦或電子手薄(如ＰＤＡ)野外自動、半自動采集數(shù)據(jù)(通過數(shù)據(jù)傳輸),通過互聯(lián)網(wǎng)或無線網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)測系統(tǒng)主機(jī)發(fā)送監(jiān)測原始數(shù)據(jù)。監(jiān)測信息管理部分主要完成數(shù)據(jù)的處理、存儲、統(tǒng)計(jì)分析和預(yù)警信息發(fā)布,本文主要討論監(jiān)測信息管理部分的相關(guān)問題。2.2.2監(jiān)測信息管理主要業(yè)務(wù)功能劃分 根據(jù)需求分析,監(jiān)測信息管理系統(tǒng)主要提供以下功能: (1)數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)處理及精度評定; (2)生成報表、生成變形曲線圖、變形速率圖; (3)通過回歸分析對變形預(yù)報;安全預(yù)警;網(wǎng)上信息發(fā)布及信息交流。 從系統(tǒng)最高層次的角度上,根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系以及面向的用戶對象,將本系統(tǒng)劃分為地鐵施工監(jiān)測管理信息的數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)的管理層和數(shù)據(jù)應(yīng)用層三大部分,在這三層結(jié)構(gòu)中,沒有直接的程序接口,它們由數(shù)據(jù)共享產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流聯(lián)系在一起,對統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)下的同一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)操作。 此邏輯設(shè)計(jì)主要有以下的優(yōu)點(diǎn): (1)把數(shù)據(jù)的生產(chǎn)和數(shù)據(jù)的使用分離開來。為以后系統(tǒng)功能的擴(kuò)展帶來了極大的靈活性。例如,可以在將來增加歷史形變資料統(tǒng)計(jì)管理的模塊,共享地鐵基坑形變的數(shù)據(jù);也可以增加新的地鐵線路而不至于影響原有線路地鐵施工監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理。 (2)利于將工程分解為各個模塊,便于項(xiàng)目的管理和開發(fā)。 (3)不同的層可以使用不同的開發(fā)技術(shù), 不同的硬件和操作系統(tǒng)平臺,減小了相互之間的依賴性。 系統(tǒng)各個層次的基本功能簡要描述如下: (1)數(shù)據(jù)層:定義系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),將系統(tǒng)外部數(shù)據(jù)納入系統(tǒng)內(nèi)部。 (2)數(shù)據(jù)管理層:對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理錄入、更新、刪除等管理。 (3)應(yīng)用層:以瀏覽、查詢、下載系統(tǒng)數(shù)據(jù)的方式將系統(tǒng)數(shù)據(jù)提供給所有用戶,對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化的表現(xiàn);根據(jù)地鐵施工監(jiān)測管理的需要,對系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析加工,得到各項(xiàng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析可視化結(jié)果,以多種形式表現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)。2.3 系統(tǒng)的邊界 該系統(tǒng)以已經(jīng)獲取的地鐵施工監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理、錄入、統(tǒng)計(jì)和查詢?yōu)g覽,以及數(shù)據(jù)的下載和備份恢復(fù)。系統(tǒng)主要對已經(jīng)獲取并錄入到系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和預(yù)警信息發(fā)布。2.4 系統(tǒng)的接口 (1)系統(tǒng)與郵件服務(wù)器之間的通訊接口:系統(tǒng)在分析最新數(shù)據(jù)之后,如果達(dá)到預(yù)警臨界值,需要發(fā)送預(yù)警郵件到相應(yīng)的施工監(jiān)測人員和地鐵主管領(lǐng)導(dǎo)。 (2)系統(tǒng)與短信發(fā)送平臺之間的接口:系統(tǒng)在特定的動作觸發(fā)下,以及預(yù)警信息發(fā)布的時刻,需要與手機(jī)短信發(fā)送平臺取得聯(lián)系,并發(fā)出預(yù)警信息或者相關(guān)情況報告。 (3)系統(tǒng)與施工監(jiān)測數(shù)據(jù)錄入人員之間接口:地鐵施工監(jiān)測的數(shù)據(jù),需要按照預(yù)先規(guī)定的格式,通過系統(tǒng)提供的特定頁面導(dǎo)入系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫中,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)更新管理。2.5 系統(tǒng)物理視圖2.5.1 系統(tǒng)服務(wù)器以及網(wǎng)絡(luò)空間分布 按照分布式數(shù)據(jù)處理的設(shè)計(jì),本系統(tǒng)從功能上來說可分為系統(tǒng)應(yīng)用、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、電子地圖三個服務(wù)器節(jié)點(diǎn),也可以將三種系統(tǒng)功能集成在一個服務(wù)器節(jié)點(diǎn)上。2.5.2 系統(tǒng)軟硬件平臺配置(1) 系統(tǒng)功能分布。 系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器:系統(tǒng)的總服務(wù)器,網(wǎng)絡(luò)訪問的入口,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與分析、處理的功能;ＷｅｂＧＩＳ服務(wù)器:與總服務(wù)器交互,實(shí)現(xiàn)監(jiān)測成果及信息發(fā)布的功能;施工監(jiān)測數(shù)據(jù)服務(wù)器:與總服務(wù)器交互,實(shí)現(xiàn)監(jiān)測成果及信息瀏覽的功能。(2) 軟件平臺。 服務(wù)器端:網(wǎng)絡(luò)服務(wù):采用Ｗｉｎｄｏｗｓ2000Ｓｅｒｖｅｒ操作系統(tǒng)下的Ａｐａｃｈｅ2、ＰＨＰ5;施工監(jiān)測數(shù)據(jù)庫服務(wù):Ｏｒａｃｌｅ8ｉ/9ｉ企業(yè)級數(shù)據(jù)庫;ＷｅｂＧＩＳ服務(wù):Ｔｏｍｃａｔ4.1,Ｇｅｏｓｕｒｆ2Ｄ。 瀏覽器端:采用ＩｎｔｅｒｎｅｔＥｘｐｌｏｒｅｒ5.5以上版本瀏覽器。(3)硬件平臺。 服務(wù)器端:機(jī)型:服務(wù)器;ＣＰＵ:雙ＣＰＵ,ＸＥＯＮ2.8ＧＨｚ以上;內(nèi)存:1ＧＢ以上;硬盤:ＳＣＳＩ108ＧＢ;網(wǎng)卡:100Ｍ以太網(wǎng)。 瀏覽器端:主機(jī):臺式微機(jī)/便攜式機(jī);ＣＰＵ:ＰＩＩＩ1ＧＨｚ以上;內(nèi)存:64ＭＢ以上;磁盤:可用空間100Ｍ以上;顯卡:1024Ｘ768,32位真彩色,顯存32Ｍ以上;網(wǎng)卡:100Ｍ以太網(wǎng)。2.6系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 性能:系統(tǒng)在人機(jī)交互的過程中,要準(zhǔn)確執(zhí)行用戶命令,明確表達(dá)執(zhí)行命令的結(jié)果,快速完成命令操作,及時發(fā)布預(yù)警信息。 易用性:能夠按照“所見即所得”的原則,簡化操作且完善功能。 安全性:在Ｂ/Ｓ模式下,面對因特網(wǎng)上不同角色的用戶,提供不同級別的信息服務(wù),將公開信息的透明化與保密信息的定向傳遞結(jié)合起來。3 系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)用戶及日志管理 無論是系統(tǒng)運(yùn)行過程中,還是數(shù)據(jù)操作中都不能出現(xiàn)任何差錯,為此在系統(tǒng)的用戶管理、運(yùn)行日志、錯誤日志、操作錯誤預(yù)處理、數(shù)據(jù)備份與導(dǎo)出等方面考慮了運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)的安全性問題。(1)用戶管理。 系統(tǒng)用戶分為三級,系統(tǒng)管理員(超級用戶)、地鐵總公司領(lǐng)導(dǎo)、主管(業(yè)主)、工點(diǎn)單位(監(jiān)理、施工、工點(diǎn)設(shè)計(jì)單位)。超級用戶除具有數(shù)據(jù)瀏覽、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)輸出等基本功能以外,還具有用戶管理的功能,如增加、刪除、修改一般用戶的功能。而工點(diǎn)單位只具有數(shù)據(jù)瀏覽、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)輸出等功能。(2) 日志管理。 在系統(tǒng)運(yùn)行過程中,為了記錄用戶對數(shù)據(jù)庫的操作過程,系統(tǒng)采用運(yùn)行日志、出錯日志。運(yùn)行日志包括:對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)選擇、查詢、統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)字典、數(shù)據(jù)輸出等主要操作信息的記錄等,出錯信息日志包括:警告信息、錯誤信息等。日志管理可以對日志信息進(jìn)行輸出、刪除、打印等操作,包括用戶注冊、用戶授權(quán)、用戶登錄驗(yàn)證以及操作日志的管理等。對于進(jìn)入系統(tǒng)的每一個用戶,要對其進(jìn)行驗(yàn)證,獲取用戶的級別權(quán)限,并將用戶登陸信息和重要操作記錄保存到系統(tǒng)日志中。注冊用戶的權(quán)限由管理員進(jìn)行管理。3.2 地鐵線路、站點(diǎn)基坑管理 對地鐵線路的各個站點(diǎn)、區(qū)間,包括名稱、水文、地質(zhì)、工況等現(xiàn)場條件的信息錄入和更新發(fā)布。以及各個站點(diǎn)、區(qū)間基坑相關(guān)的監(jiān)測信息瀏覽和變形數(shù)據(jù)可視化表現(xiàn)。3.3 ＷｅｂＧＩＳ信息管理 利用基于跨平臺的ｊａｖａ語言進(jìn)行開發(fā),包含了地鐵全線的所有線路、站點(diǎn)基坑、區(qū)間、停車線等部位的監(jiān)測信息的可視化信息的發(fā)布,提供地鐵全線的所有區(qū)間相關(guān)信息的瀏覽和圖形放大、縮小、漫游、查詢等功能。3.4施工監(jiān)測數(shù)據(jù)管理 通過前臺界面的交互操作,實(shí)現(xiàn)后臺數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)交換,包括對施工監(jiān)測獲取的數(shù)據(jù)的錄入、更新、刪除。特定權(quán)限的數(shù)據(jù)管理人員,可以將施工現(xiàn)場監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時或者準(zhǔn)實(shí)時提交到本系統(tǒng),對于授權(quán)的用戶,可以查看并下載這些監(jiān)測數(shù)據(jù)。3.5預(yù)警、預(yù)報信息管理 僅僅將施工監(jiān)測的數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)中是不夠的,還要根據(jù)不同的模型對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,對基坑施工引起的變形情況進(jìn)行時間序列分析,提供可視化的變形監(jiān)測圖形報表,比如:水平位移監(jiān)測、沉降位移監(jiān)測、測斜監(jiān)測、軸力監(jiān)測、錨桿(索)監(jiān)測、爆破監(jiān)測,實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息的多路實(shí)時發(fā)布,為領(lǐng)導(dǎo)和主管提供決策支持。3.6信息交流 開辟一個供地鐵施工監(jiān)測相關(guān)各方互動的板塊,交流地鐵施工監(jiān)測的經(jīng)驗(yàn)、發(fā)布地鐵主管部門的公告通知和其它資料。4結(jié)　語 測繪技術(shù)正經(jīng)歷由數(shù)字測繪到信息化測繪的轉(zhuǎn)變,隨之而來的是測繪所涉及的理論體系、技術(shù)體系、作業(yè)手段和方法、產(chǎn)品模式、管理模式、服務(wù)模式等的轉(zhuǎn)變和發(fā)展。 系統(tǒng)通過對地鐵施工監(jiān)測信息的需求分析,設(shè)計(jì)了綜合數(shù)據(jù)庫,并設(shè)計(jì)完成了地鐵監(jiān)測信息管理系統(tǒng),有利于施工信息進(jìn)行合理的組織和有效的管理,為地鐵監(jiān)測信息分析反饋提供完善的數(shù)據(jù)支持。 監(jiān)測信息管理系統(tǒng)具備一定的可擴(kuò)充性,可以反映施工中的動態(tài)變化;針對監(jiān)測信息反饋分析的需要,研究開發(fā)了一些施工監(jiān)測可視化分析工具包括:綜合過程線、施工影響分析等;針對地鐵施工安全控制的需要,建立了一些實(shí)用的監(jiān)控模型,包括:傳統(tǒng)單點(diǎn)回歸模型,因子集包括各類日期函數(shù);改進(jìn)的單點(diǎn)回歸模型,以不同時間起點(diǎn)的多個多項(xiàng)式函數(shù)描述可能的條件變化以得到更準(zhǔn)確的擬合及預(yù)報成果。參考文獻(xiàn):[1] 中國有色金屬工業(yè)長沙勘察設(shè)計(jì)研究院 廣州地鐵五號線土建工程第三方監(jiān)測Ａ標(biāo)段技術(shù)設(shè)計(jì)書[Ｒ] 湖南:中國有色金屬工業(yè)長沙勘察設(shè)計(jì)研究院,2005 [2] ＪＧＪ/Ｔ8-97,建筑變形測量規(guī)程[Ｓ].[3] ＧＪＢ02-98,廣州地區(qū)建筑基坑支護(hù)技術(shù)[Ｓ].