地鐵自動化監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計

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摘要:針對地鐵隧道變形監(jiān)測任務(wù)多、數(shù)據(jù)量大、海量數(shù)據(jù)處理分析和成果輸出實時性強(qiáng)等特點，本文設(shè)計了地鐵自動化監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合南京市某地鐵監(jiān)測項目驗證了自動化監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的可靠性及優(yōu)越性，為實現(xiàn)自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)提供有力支持。

關(guān)鍵詞:地鐵隧道;變形監(jiān)測;自動化監(jiān)測系統(tǒng);數(shù)據(jù)庫

0引言

地鐵的變形監(jiān)測工作對于地鐵的正常運營十分重要，是保證市民安全出行的重要手段。監(jiān)測的項目主要包括隧道內(nèi)的水平位移監(jiān)測、垂直位移監(jiān)測、隧道收斂監(jiān)測和隧道斷面監(jiān)測［1－2］。地鐵的變形監(jiān)測一般分為人工監(jiān)測和自動化監(jiān)測兩種手段。人工監(jiān)測方法在白天地鐵運營時段無法完成數(shù)據(jù)采集，只能在地鐵停運幾個小時內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測，并存在費時、勞動強(qiáng)度大、效率低等弊端，無法滿足不斷提高運營維護(hù)效率的要求［3］。自動化監(jiān)測方便、可靠、精度高，可在無人值守的情況下完成變形監(jiān)測。自動化監(jiān)測系統(tǒng)不僅精密地監(jiān)控了地鐵隧道內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變形，而且通過數(shù)學(xué)模型還能預(yù)測變化趨勢，為測量人員提供了一種省時省力的監(jiān)測手段。但是由于需要實時掌握變形情況，監(jiān)測系統(tǒng)需要24小時不間斷對多個監(jiān)測點進(jìn)行變形觀測，隨之產(chǎn)生的就是數(shù)據(jù)類別增多和數(shù)據(jù)量增大問題。而數(shù)據(jù)庫技術(shù)以其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、獨立性高、共享性高、冗余度低等特點能很好地解決此問題［4］。由此可見，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫是自動化監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分。本文通過對自動化監(jiān)測系統(tǒng)的功能的設(shè)計和監(jiān)測過程中需要關(guān)注問題的分析，設(shè)計了一款能夠?qū)崟r處理和分析大量監(jiān)測數(shù)據(jù)并能最終生成報表和視圖的數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合南京某地鐵項目的監(jiān)測實例進(jìn)行驗證，結(jié)果證明該系統(tǒng)運行是方便、準(zhǔn)確和可靠的，為以后自動化監(jiān)測的研究提供了技術(shù)支持。

1數(shù)據(jù)庫的功能設(shè)計

1．1數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計

地鐵保護(hù)區(qū)自動化監(jiān)測系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)組成。其中數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)包括監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、處理、輸出與分析，該模塊主要利用SQLServer數(shù)據(jù)庫技術(shù)。SQL是“結(jié)構(gòu)化查詢語言”的英文縮寫，它對于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)而言是最標(biāo)準(zhǔn)的語言［5］。SQLServer的全稱是MicrosoftSQLServer，是由美國微軟公司開發(fā)和推廣的，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建、開發(fā)、設(shè)計和管理功能。SQLServer數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持多種查詢和分析數(shù)據(jù)，并提供了幾乎所有的數(shù)據(jù)庫操作，其中包括數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建、維護(hù)、作業(yè)、警告、數(shù)據(jù)復(fù)制、轉(zhuǎn)換等［5－6］。該技術(shù)縮短了報表的制作周期，提高了工作效率，保證了數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的可靠性。

1．2數(shù)據(jù)庫功能

地鐵隧道保護(hù)區(qū)的監(jiān)測范圍一般都比較大，監(jiān)測點布設(shè)多，每個監(jiān)測點都要進(jìn)行周期性的數(shù)據(jù)采集，而且采集的周期短、頻率高，這就會產(chǎn)生大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)。而且在監(jiān)測的過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)監(jiān)測點被遮擋、讀數(shù)超限等問題。因此為了對大量的自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)合理的分類、組織、存儲、查詢和修改，本文系統(tǒng)所建立的數(shù)據(jù)庫應(yīng)具備以下幾點功能［7］:1)數(shù)據(jù)的預(yù)處理和存儲數(shù)據(jù)庫會對原始的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，把合格的數(shù)據(jù)自動保存到數(shù)據(jù)庫中，并對保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行管理。這樣可以有效地節(jié)省數(shù)據(jù)庫的空間，提高工作效率。2)信息的瀏覽和查詢在非編輯狀態(tài)下，數(shù)據(jù)庫可以提供歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前信息的瀏覽和查詢功能;在編輯狀態(tài)下，數(shù)據(jù)庫會設(shè)置權(quán)限，通過輸入用戶名和密碼的驗證方式，判斷用戶是否具有對數(shù)據(jù)可操作性的權(quán)限。該功能保證了系統(tǒng)的安全，防止監(jiān)測數(shù)據(jù)的外泄。3)項目的添加、修改和刪除添加項目時，數(shù)據(jù)庫會在后臺自動生成一個數(shù)據(jù)庫，新生成的數(shù)據(jù)庫包含監(jiān)測項目用到的所有的表類型，在新的數(shù)據(jù)庫中可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和存儲;修改項目時，會打開已有的數(shù)據(jù)庫，打開后就可對此項目進(jìn)行修改;項目的刪除，可以對過期的、沒有利用價值的項目、信息及時地進(jìn)行清理，節(jié)約數(shù)據(jù)庫的空間。4)報表的輸出和打印數(shù)據(jù)庫可根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，生成變形曲線圖，并對生成的圖形進(jìn)行管理、打印和輸出。便于用戶分析隧道的變形趨勢。

1．3數(shù)據(jù)庫的表結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫包含眾多數(shù)據(jù)表，要想建立正確、完整的數(shù)據(jù)表，就要對地鐵監(jiān)測數(shù)據(jù)類型進(jìn)行正確的分類［8］。按照地鐵監(jiān)測數(shù)據(jù)類型具體分類如下:1)文字信息。測量時間的設(shè)定周期、預(yù)警值的設(shè)定、用戶信息等。2)屬性信息。項目創(chuàng)建時間、項目描述等。3)數(shù)據(jù)信息。監(jiān)測項目中的各種數(shù)據(jù)信息，例如點位的三維坐標(biāo)、本期變化量等。4)圖形信息。輸出的各種變形曲線圖等。自動化監(jiān)測系統(tǒng)的每一個項目都應(yīng)該對應(yīng)著一個數(shù)據(jù)庫，用戶通過數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)對項目的管理［8－9］。本文根據(jù)監(jiān)測項目所涉及各種數(shù)據(jù)的特點，研發(fā)了基于VB語言SQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了對監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時處理與分析。設(shè)計的數(shù)據(jù)庫主要表結(jié)構(gòu)包括項目表、點位表、點組表、測站信息表、點位學(xué)習(xí)表、測量表、數(shù)據(jù)結(jié)果表等，下面將簡單地對這些表進(jìn)行描述。

2數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)

該模塊的設(shè)計主要是允許用戶在測量之前可以對儀器的通訊端口和儀器的一些基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。該模塊主要包括通訊參數(shù)設(shè)置和機(jī)器人基本參數(shù)設(shè)置。通訊參數(shù)設(shè)置有通訊端口、協(xié)議、波特率等;全站儀基本參數(shù)設(shè)置包括激光開關(guān)、補(bǔ)償器、棱鏡模式等。系統(tǒng)能生成原始數(shù)據(jù)和分析處理后數(shù)據(jù)的各種報表，繪制變形過程曲線，并能將繪制的曲線圖形進(jìn)行打印輸出。具體包括原始觀測數(shù)據(jù)、平差后數(shù)據(jù)和各種報表與圖表等。通過生成的變形曲線，用戶可以分析變形體的變化趨勢，從而做到提前預(yù)防，及時報警的目的。

3結(jié)束語

隨著監(jiān)測設(shè)備的不斷更新，建立集成監(jiān)測數(shù)據(jù)庫和基于集成監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的自動化監(jiān)測系統(tǒng)勢在必行。本文設(shè)計的數(shù)據(jù)庫模型采用了SQL2008Sever軟件設(shè)計數(shù)據(jù)庫，保證了數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的可用性，并能夠支持自動化監(jiān)測系統(tǒng)24小時不間斷地對地鐵隧道進(jìn)行監(jiān)測，多樣格式的成果輸出，而且該系統(tǒng)能生成原始數(shù)據(jù)和分析處理后數(shù)據(jù)的各種報表，繪制變形過程曲線，并能將繪制的曲線圖形進(jìn)行打印輸出，包括原始觀測數(shù)據(jù)、平差后數(shù)據(jù)和各種報表與圖表等。最后通過實例驗證，該數(shù)據(jù)庫模型在監(jiān)測工作過程中取得了良好效果，對自動變形監(jiān)測系統(tǒng)軟件的研制具有一定的參考價值。

參考文獻(xiàn):

［1］潘國榮，陳曉龍．城市地鐵施工建設(shè)中自動變形監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)及應(yīng)用［J］．工程建設(shè)與設(shè)計，2012(4):590－599．

作者：韓易 王立偉 單位：天津市測繪院