地鐵施工監測信息管理及安全預警系統的設計摘 要:介紹了“地鐵施工監測信息管理及安全預警系統”的設計過程,該系統主要用于廣州市軌道交通線路及車站土建工程施工監測信息化管理,系統在投入應用后將實現監測-作業-管理三方信息的互聯互動,為地鐵施工監測信息的可視化管理提供技術保障。關鍵詞:ＷｅｂGIS;地鐵施工監測;信息管理;安全預警1前 言 “地鐵施工監測信息管理及安全預警系統”具有地鐵施工監測信息可視化信息管理、統計分析等功能。用于地鐵土建工程施工監測信息化管理,可使任何一位相關領導或主管(Ａｎｙ ｂｏｄｙ)在任何時間(Ａｎｙｔｉｍｅ)、任意地點(Ａｎｙｗｈｅｒｅ),只要能夠接入互聯網即可訪問本系統,就能完成系統中涵蓋的所有管理工作(Ａｎｙｔｈｉｎｇ),從而實現基于ＷｅｂＧＩＳ可視化的地鐵施工監測的4Ａ服務。 土建工程現場監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)為基坑周圍環境進行及時、有效的保護提供依據; (3)將監測結果用于反饋優化設計,為改進設計提供依據; (4)通過對監測數據與理論值的比較、分析,可以檢驗設計理論的正確性; (5)在施工全過程中,通過對既有地面和地下建筑物、構筑物各項指標的監測,將結構變形嚴格控制在標準限值內,保證既有建筑物和構筑物的安全; (6)積累量測數據,為今后類似工程設計與施工提供工程參考數據; (7)為業主提供及時信息,以便業主對整個項目進行科學化管理。2 地鐵施工監測信息管理系統的總體設計2.1系統設計原則 “地鐵施工監測信息管理系統“的設計思想是建成一個信息管理服務平臺,一個為地鐵總公司領導和主管、工點單位(監測、施工、工點設計單位)、地鐵總體設計單位之間互動的施工監測信息與預警信息處理平臺。根據系統建設的目的和范圍,在給定的設計指導思想基礎上,劃分系統的邏輯層次,明確系統的業務功能模塊,并確定子系統的劃分。 該系統采用人機交互式的處理方式,從業務和性能角度出發,系統設計遵循以下原則: (1)系統可擴展性和靈活性(Ｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙ＆Ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ):實現系統體系結構上的可擴展性和靈活性(包括硬件網絡架構、軟件架構)、系統應用功能的可擴展性和靈活性。比如:可以在將來自由擴充更多的地鐵線路和基坑等功能。 (2)系統可重用性(Ｒｅｕｓａｂｉｌｉｔｙ):保證系統的升級維護能夠充分利用已有的資源。 (3)系統可靠性(Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ):做到系統不但能夠在正常狀態下完成滿足需求的功能,而且能夠在各種異常情況下,可以進行適當的處理。 (4)系統安全性(Ｓｅｃｕｒｉｔｙ):充分考慮網絡系統級、操作系統級、數據庫系統級和應用程序的安全性,保證系統安全的運行。針對不同的用戶賦予不同的可訪問的權限。 針對上述的設計原則,系統設計的出發點是: (1)良好的框架結構和參數驅動的設計思想,以便今后的升級和重用; (2)相對獨立的子系統,保證穩定性和易擴展性; (3)良好和統一的用戶界面; (4)系統安全性(Ｓｅｃｕｒｉｔｙ):充分考慮網絡系統級、操作系統級、數據庫系統級和應用程序的安全性,保證系統安全的運行。 針對不同的用戶賦予不同的可訪問的權限。針對上述的設計原則,系統設計的出發點是: (1)良好的框架結構和參數驅動的設計思想,以便今后的升級和重用; (2)相對獨立的子系統,保證穩定性和易擴展性; (3)良好和統一的用戶界面; (4)整個系統基于廣域網來開發,通過網絡來管理、傳遞、和共享信息,適應網絡化信息化的趨勢; (5)系統力求簡潔、清晰、經濟實用,以最小的投入取得最大的成效。2.2 系統的組成及主要業務功能劃分2.2.1 監測信息管理系統的組成 系統由數據采集和監測信息管理兩大部分組成,數據采集采用筆記本電腦或電子手薄(如ＰＤＡ)野外自動、半自動采集數據(通過數據傳輸),通過互聯網或無線網絡向監測系統主機發送監測原始數據。監測信息管理部分主要完成數據的處理、存儲、統計分析和預警信息發布,本文主要討論監測信息管理部分的相關問題。2.2.2監測信息管理主要業務功能劃分 根據需求分析,監測信息管理系統主要提供以下功能: (1)數據入庫、數據處理及精度評定; (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報;安全預警;網上信息發布及信息交流。 從系統最高層次的角度上,根據業務邏輯關系以及面向的用戶對象,將本系統劃分為地鐵施工監測管理信息的數據層、數據的管理層和數據應用層三大部分,在這三層結構中,沒有直接的程序接口,它們由數據共享產生的數據流聯系在一起,對統一數據結構下的同一個數據庫系統進行數據操作。 此邏輯設計主要有以下的優點: (1)把數據的生產和數據的使用分離開來。為以后系統功能的擴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計管理的模塊,共享地鐵基坑形變的數據;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測數據的管理。 (2)利于將工程分解為各個模塊,便于項目的管理和開發。 (3)不同的層可以使用不同的開發技術, 不同的硬件和操作系統平臺,減小了相互之間的依賴性。 系統各個層次的基本功能簡要描述如下: (1)數據層:定義系統的數據結構,將系統外部數據納入系統內部。 (2)數據管理層:對系統的數據進行整理錄入、更新、刪除等管理。 (3)應用層:以瀏覽、查詢、下載系統數據的方式將系統數據提供給所有用戶,對系統數據進行可視化的表現;根據地鐵施工監測管理的需要,對系統內數據進行分析加工,得到各項數據的統計分析可視化結果,以多種形式表現數據庫的數據。2.3 系統的邊界 該系統以已經獲取的地鐵施工監測數據為基礎,進行數據的整理、錄入、統計和查詢瀏覽,以及數據的下載和備份恢復。系統主要對已經獲取并錄入到系統中的數據進行統計分析和預警信息發布。2.4 系統的接口 (1)系統與郵件服務器之間的通訊接口:系統在分析最新數據之后,如果達到預警臨界值,需要發送預警郵件到相應的施工監測人員和地鐵主管領導。 (2)系統與短信發送平臺之間的接口:系統在特定的動作觸發下,以及預警信息發布的時刻,需要與手機短信發送平臺取得聯系,并發出預警信息或者相關情況報告。 (3)系統與施工監測數據錄入人員之間接口:地鐵施工監測的數據,需要按照預先規定的格式,通過系統提供的特定頁面導入系統后臺數據庫中,實現數據更新管理。2.5 系統物理視圖2.5.1 系統服務器以及網絡空間分布 按照分布式數據處理的設計,本系統從功能上來說可分為系統應用、基礎數據庫、電子地圖三個服務器節點,也可以將三種系統功能集成在一個服務器節點上。2.5.2 系統軟硬件平臺配置(1) 系統功能分布。 系統應用服務器:系統的總服務器,網絡訪問的入口,實現數據采集與分析、處理的功能;ＷｅｂＧＩＳ服務器:與總服務器交互,實現監測成果及信息發布的功能;施工監測數據服務器:與總服務器交互,實現監測成果及信息瀏覽的功能。(2) 軟件平臺。 服務器端:網絡服務:采用Ｗｉｎｄｏｗｓ2000Ｓｅｒｖｅｒ操作系統下的Ａｐａｃｈｅ2、ＰＨＰ5;施工監測數據庫服務:Ｏｒａｃｌｅ8ｉ/9ｉ企業級數據庫;ＷｅｂＧＩＳ服務:Ｔｏｍｃａｔ4.1,Ｇｅｏｓｕｒｆ2Ｄ。 瀏覽器端:采用ＩｎｔｅｒｎｅｔＥｘｐｌｏｒｅｒ5.5以上版本瀏覽器。(3)硬件平臺。 服務器端:機型:服務器;ＣＰＵ:雙ＣＰＵ,ＸＥＯＮ2.8ＧＨｚ以上;內存:1ＧＢ以上;硬盤:ＳＣＳＩ108ＧＢ;網卡:100Ｍ以太網。 瀏覽器端:主機:臺式微機/便攜式機;ＣＰＵ:ＰＩＩＩ1ＧＨｚ以上;內存: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;網卡:100Ｍ以太網。2.6系統關鍵技術 性能:系統在人機交互的過程中,要準確執行用戶命令,明確表達執行命令的結果,快速完成命令操作,及時發布預警信息。 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,面對因特網上不同角色的用戶,提供不同級別的信息服務,將公開信息的透明化與保密信息的定向傳遞結合起來。3 系統的功能設計3.1系統用戶及日志管理 無論是系統運行過程中,還是數據操作中都不能出現任何差錯,為此在系統的用戶管理、運行日志、錯誤日志、操作錯誤預處理、數據備份與導出等方面考慮了運行維護系統的安全性問題。(1)用戶管理。 系統用戶分為三級,系統管理員(超級用戶)、地鐵總公司領導、主管(業主)、工點單位(監理、施工、工點設計單位)。超級用戶除具有數據瀏覽、數據查詢、數據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。而工點單位只具有數據瀏覽、數據查詢、數據輸出等功能。(2) 日志管理。 在系統運行過程中,為了記錄用戶對數據庫的操作過程,系統采用運行日志、出錯日志。運行日志包括:對數據庫進行數據選擇、查詢、統計、數據字典、數據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行輸出、刪除、打印等操作,包括用戶注冊、用戶授權、用戶登錄驗證以及操作日志的管理等。對于進入系統的每一個用戶,要對其進行驗證,獲取用戶的級別權限,并將用戶登陸信息和重要操作記錄保存到系統日志中。注冊用戶的權限由管理員進行管理。3.2 地鐵線路、站點基坑管理 對地鐵線路的各個站點、區間,包括名稱、水文、地質、工況等現場條件的信息錄入和更新發布。以及各個站點、區間基坑相關的監測信息瀏覽和變形數據可視化表現。3.3 ＷｅｂＧＩＳ信息管理 利用基于跨平臺的ｊａｖａ語言進行開發,包含了地鐵全線的所有線路、站點基坑、區間、停車線等部位的監測信息的可視化信息的發布,提供地鐵全線的所有區間相關信息的瀏覽和圖形放大、縮小、漫游、查詢等功能。3.4施工監測數據管理 通過前臺界面的交互操作,實現后臺數據庫的數據交換,包括對施工監測獲取的數據的錄入、更新、刪除。特定權限的數據管理人員,可以將施工現場監測的數據通過網絡實時或者準實時提交到本系統,對于授權的用戶,可以查看并下載這些監測數據。3.5預警、預報信息管理 僅僅將施工監測的數據錄入系統中是不夠的,還要根據不同的模型對獲取的數據進行處理,對基坑施工引起的變形情況進行時間序列分析,提供可視化的變形監測圖形報表,比如:水平位移監測、沉降位移監測、測斜監測、軸力監測、錨桿(索)監測、爆破監測,實現預警信息的多路實時發布,為領導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測相關各方互動的板塊,交流地鐵施工監測的經驗、發布地鐵主管部門的公告通知和其它資料。4結 語 測繪技術正經歷由數字測繪到信息化測繪的轉變,隨之而來的是測繪所涉及的理論體系、技術體系、作業手段和方法、產品模式、管理模式、服務模式等的轉變和發展。 系統通過對地鐵施工監測信息的需求分析,設計了綜合數據庫,并設計完成了地鐵監測信息管理系統,有利于施工信息進行合理的組織和有效的管理,為地鐵監測信息分析反饋提供完善的數據支持。 監測信息管理系統具備一定的可擴充性,可以反映施工中的動態變化;針對監測信息反饋分析的需要,研究開發了一些施工監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,建立了一些實用的監控模型,包括:傳統單點回歸模型,因子集包括各類日期函數;改進的單點回歸模型,以不同時間起點的多個多項式函數描述可能的條件變化以得到更準確的擬合及預報成果。參考文獻:[1] 中國有色金屬工業長沙勘察設計研究院 廣州地鐵五號線土建工程第三方監測Ａ標段技術設計書[Ｒ] 湖南:中國有色金屬工業長沙勘察設計研究院,2005 [2] ＪＧＪ/Ｔ8-97,建筑變形測量規程[Ｓ].[3] ＧＪＢ02-98,廣州地區建筑基坑支護技術[Ｓ].
