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地铁施工监测信息系统的设计与开发[摘要]目前地铁施工监测数据的文件管理模式已无法满足大量监测数据快速分析和长期安全保存的要求本文提出了基于分布式数据库技术和网络技术的信息化解决方案即建立一套以分布式数据库为数据存储方式、采用计算机网络作为传输和共享平台的地铁施工监测信息系统让用户及时、准确地获取各施工现场的监测信息[关键词]地铁施工;监测;分布式数据库;信息系统地铁大多位于人口稠密的城区通常周围有重要的建筑物和地下管网地铁施工有可能使其产生位移、沉降和变形以至遭受破坏造成严重的工程事故通过施工现场监测数据的分析可以及时掌握支护结构变位和周围环境条件的变化反馈信息以指导施工因此现场监测数据的及时分析和保存在地铁施工过程中具有特别重要的意义然而现场监测数据的管理也存在许多问题[1~3]主要表现在现场监测数据还停留在文件管理模式下如:监测数据的计算由人工完成监测报表用Word或Excel手工制作;导致数据不能共享查询困难降低了工作效率和管理分析水平而且由于施工现场的设施简单环境较差人员流动性强监测数据的保存缺乏安全性和可靠性随着信息化技术的发展以数字化信息为核心的信息系统对土木工程领域原有的设计模式、检测和监测技术产生了深远的影响
[4]信息系统的自动化、网络化、以及分布式数据库技术
[5]为解决现存地铁监测工作的不足提供了重要途径为了能及时对监测对象的状态、稳定程度和变形进行分析并能长期安全地保存监测信息以实现地铁的信息化施工本文提出基于分布式数据库的信息化解决方案即建立一套以分布式数据库为数据存储方式、采用计算机网络作为传输和共享平台的地铁施工监测信息系统它不仅用于分散的、各自独立的施工现场的监测数据的管理还对所有监测数据进行集中统一管理和长期保存让用户及时、准确地获取监测信息而且还可为以后类似地铁施工方案设计及规范修改提供数据参考1系统的结构设计在进行地铁施工时施工现场需要及时分析处理监测数据但由于各施工现场的设施简单流动性强不易长期保存监测数据而地铁管理单位计算机设备较好环境稳定适合统一维护各施工现场的监测数据根据上述情况将整个系统分成2个部分:1现场监测系统现场监测系统布设在地铁各施工段上由现场监测人员使用采集监测数据并将该施工段的概况信息录入到系统存储于本地数据库管理分析数据库中的监测数据并将其及时传送到地铁管理单位现场监测系统的建立使现场监测人员改变现有的递送监测报告、数据报表的方式数据自动远程传输进一步提高工作效率实现信息化施工2监测中心管理系统监测中心管理系统布设在地铁管理单位从多个现场监测系统及时收集监测数据进行集中管理和存储实现各施工现场监测数据的对比分析以及对外发布监测信息使各类用户可通过Intranet或Internet方便地检索查询所需要的信息地铁施工监测信息系统可以有效地服务于对地铁施工监测的全面、准确、及时的管理和反馈并对监测信息进行分析和长期保存提供信息交流的平台提高资源的共享水平进而在功能上达到纵向信息反馈及时横向信息共享系统物理结构框架如图1所示2系统的功能设计
2.1现场监测系统功能设计现场监测系统是一套具有本地数据管理分析功能同时还具备网络传输功能的传统Windows桌面应用程序其具体功能模块如下:1数据采集预处理模块现场监测系统从监测仪器采集接口自动读取监测数据不能自动采集的监测数据采用人工录入并对各种原始数据进行监测值序列的系统误差检验把含有粗差的监测值定位和剔除2数据管理和预警模块把监测数据存入本地数据库内由数据库管理系统管理实现数据显示、更新、增删、查询、打印等如果某项监测数据的分析结果超过预定的警戒值该模块将自动报警3数据图形化模块该模块主要完成现场监测点布置图的绘制以及各测点沉降过程线图、水平位移过程线图等动态显示4数据预测模块运用时间序列模型和灰色理论模型由人机对话或计算机自动选择合适的预测函数对测点的监测数据进行分析以预测该测点状态变化的趋势5数据上传模块采用消息队列技术MSMQ
[6]即使现场监测系统离线或断线所有的数据都会被缓存起来重新连入Internet之后可自动将数据上传到地铁管理单位内的数据库服务器保证了监测数据传输的可靠性和效率
2.2监测中心管理系统功能设计监测中心管理系统是一个典型的Web应用程序系统运行在Intranet企业网内部环境中采用多种网络技术可以方便地和其它网络互联充分利用网络资源同各现场监测系统进行可靠的数据通讯提供方便、快捷、全面的数据查询其具体功能模块如下:1数据管理和预警模块把各现场监测系统上传的监测数据根据施工现场编号存入服务器的数据库内由数据库管理系统有效地管理监测数据对数据进行分类、组织、编码、储存、检索和维护保证数据的完整性、安全性和无冗余性如果某项监测数据的分析结果超过预定的警戒值该模块将自动报警2数据图形化模块该模块主要完成地铁各施工现场监测点布置图的绘制以及各测点沉降过程线图、水平位移过程线图等的动态显示3数据预测模块运用数理统计模型由人机对话或计算机自动选择合适的函数对测点的监测数据进行回归分析以预测该测点状态变化的趋势4数据发布模块基于Web技术将各施工现场监测信息以网页形式发布供相关设计单位和用户参考实现监测工作的开放化和透明化3分布式数据库设计分布式数据库是在分布式管理模式下每个远端分部的数据信息存放在本地数据库内平时可独立操作使用同时定期将本地所有数据信息或汇总数据信息通过远程通信线路发送到远程总部总部接收各个分部发送的数据信息将其存储到总部的数据库服务器中以满足总部对数据的分析决策和长期安全保存的需要根据上述分布式数据库的特点把地铁施工监测信息系统数据库分成以下两类:1现场监测数据库设计按照地铁现场施工的方法把现场监测系统数据库划分为3类:
①明挖监测数据库;
②暗挖监测数据库;
③盾构监测数据库然后在上述3类数据库中根据监测内容建立相应的测点监测表如明挖围护桩墙顶沉降监测表、暗挖拱顶下沉监测表和盾构预制管片凹凸接缝处法向应力监测表以及本地施工现场概况信息表现场监测数据库结构如图2所示2监测中心数据库设计除了上述现场监测数据库的内容还要包括各施工现场概况信息表以及用户访问权限信息表监测中心数据库结构如图3所示4系统的开发环境和应用平台
4.1系统开发环境现场监测系统是在VisualStudioNET2003开发环境中使用C++开发的WinForm风格的桌面应用程序监测数据存储在Access数据库中现场数据上传使用XML格式的消息队列监测中心管理系统则是典型的ASP.NETWeb应用程序使用VisualStudio.NET2003开发web服务器软件使用MicrosoftIIS数据库使用MicrosoftSQLServer
20004.2系统应用平台现场监测系统安装在靠近施工现场的计算机上其系统要求如下:
①中文MicrosoftWindowsXP专业版操作系统;
②安装.NETFrameworkDistributable11版;
③安装MSMQ30组件;
④能够访问Internet监测中心管理系统安装在地铁管理单位的专用服务器上其系统要求如下:
①中档服务器平台以专线联入Internet网络拥有独立IP及域名;
②中文MicrosoftWindowsServer2003操作系统;
③安装.NETFrameworkSDK11版;
④安装IIS60Web服务器软件;
⑤安装SQLServer2000数据库系统5应用实例北京地铁
4、
5、10号线及奥运专线的土建施工几乎同期进行其中地铁5号线雍和宫站和地铁10号线奥支熊猫环岛区间由北京城建设计研究总院设计为保证工地施工安全设计院要求施工单位将监测信息及时反馈以便相互配合并根据监测结果采取得当措施保证施工质量安全本系统开发试运行阶段将应用在上述工程中即分别在两施工现场设置现场监测系统而监测中心管理系统设置在设计院现场监测系统通过各种途径采集监测数据录入本地数据库的同时经由Internet发送到设计院的数据库服务器数据库服务器在汇总施工现场数据的同时又对这些数据进行分类并加以分析和对比总结出一些规律和经验为监测管理人员和相关设计人员提供帮助6结语地铁施工监测信息系统的实现是地铁施工监测工作向数字化、信息化、网络化、高效率管理层次发展的一次飞跃通过现场监测系统我们能够及时对监测对象的状态、稳定程度和变形进行分析修正设计参数优化施工工艺变更施工方法通过监测中心管理系统我们能够存放地铁线路的多个施工现场的监测数据使其具有更全面的数据对比分析功能并通过网上信息的发布让相关单位和用户及时、准确地获取地铁施工监测信息为以后地铁施工及规范修改提供参考参考文献:
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2.
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