本文關鍵詞：地鐵施工監(jiān)測信息管理及安全預警系統(tǒng)的設計，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

地鐵施工監(jiān)測信息管理及安全預警系統(tǒng)的設計

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摘　要:介紹了“地鐵施工監(jiān)測信息管理及安全預警系統(tǒng)”的設計過程,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)在投入應用后將實現(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保障。

關鍵詞:ＷｅｂＧＩＳ;地鐵施工監(jiān)測;信息管理;安全預警
 
1 前　言
      “地鐵施工監(jiān)測信息管理及安全預警系統(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(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),從而實現(xiàn)基于ＷｅｂＧＩＳ可視化的地鐵施工監(jiān)測的4Ａ服務。
      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)境進行及時、有效的保護提供依據(jù);
      (3)將監(jiān)測結(jié)果用于反饋優(yōu)化設計,為改進設計提供依據(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(jiān)測,將結(jié)構變形嚴格控制在標準限值內(nèi),保證既有建筑物和構筑物的安全;
      (6)積累量測數(shù)據(jù),為今后類似工程設計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)主對整個項目進行科學化管理。
2 地鐵施工監(jiān)測信息管理系統(tǒng)的總體設計
2.1 系統(tǒng)設計原則
      “地鐵施工監(jiān)測信息管理系統(tǒng)“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(jiān)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(jiān)測信息與預警信息處理平臺。根據(jù)系統(tǒng)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(tǒng)的邏輯層次,明確系統(tǒng)的業(yè)務功能模塊,并確定子系統(tǒng)的劃分。
      該系統(tǒng)采用人機交互式的處理方式,從業(yè)務和性能角度出發(fā),系統(tǒng)設計遵循以下原則:
      (1)系統(tǒng)可擴展性和靈活性(Ｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙ＆Ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ):實現(xiàn)系統(tǒng)體系結(jié)構上的可擴展性和靈活性(包括硬件網(wǎng)絡架構、軟件架構)、系統(tǒng)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(tǒng)可重用性(Ｒｅｕｓａｂｉｌｉｔｙ):保證系統(tǒng)的升級維護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,可以進行適當?shù)奶幚怼?bR>      (4)系統(tǒng)安全性(Ｓｅｃｕｒｉｔｙ):充分考慮網(wǎng)絡系統(tǒng)級、操作系統(tǒng)級、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)級和應用程序的安全性,保證系統(tǒng)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(tǒng)設計的出發(fā)點是:
      (1)良好的框架結(jié)構和參數(shù)驅(qū)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(tǒng),保證穩(wěn)定性和易擴展性;
      (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)絡系統(tǒng)級、操作系統(tǒng)級、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)級和應用程序的安全性,保證系統(tǒng)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(tǒng)設計的出發(fā)點是:
      (1)良好的框架結(jié)構和參數(shù)驅(qū)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(tǒng),保證穩(wěn)定性和易擴展性;
      (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)絡來管理、傳遞、和共享信息,適應網(wǎng)絡化信息化的趨勢;
      (5)系統(tǒng)力求簡潔、清晰、經(jīng)濟實用,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)絡向監(jiān)測系統(tǒng)主機發(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)計分析和預警信息發(fā)布,本文主要討論監(jiān)測信息管理部分的相關問題。
2.2.2 監(jiān)測信息管理主要業(yè)務功能劃分
      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報;安全預警;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)務邏輯關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)應用層三大部分,在這三層結(jié)構中,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)構下的同一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)操作。
      此邏輯設計主要有以下的優(yōu)點:
      (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, 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,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(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)進行分析加工,得到各項數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析可視化結(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,進行數(shù)據(jù)的整理、錄入、統(tǒng)計和查詢?yōu)g覽,以及數(shù)據(jù)的下載和備份恢復。系統(tǒng)主要對已經(jīng)獲取并錄入到系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和預警信息發(fā)布。
2.4 系統(tǒng)的接口
      (1)系統(tǒng)與郵件服務器之間的通訊接口:系統(tǒng)在分析最新數(shù)據(jù)之后,如果達到預警臨界值,需要發(fā)送預警郵件到相應的施工監(jiān)測人員和地鐵主管領導。
      (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,以及預警信息發(fā)布的時刻,需要與手機短信發(fā)送平臺取得聯(lián)系,并發(fā)出預警信息或者相關情況報告。
      (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),需要按照預先規(guī)定的格式,通過系統(tǒng)提供的特定頁面導入系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫中,實現(xiàn)數(shù)據(jù)更新管理。
2.5 系統(tǒng)物理視圖
2.5.1 系統(tǒng)服務器以及網(wǎng)絡空間分布
      按照分布式數(shù)據(jù)處理的設計,本系統(tǒng)從功能上來說可分為系統(tǒng)應用、基礎數(shù)據(jù)庫、電子地圖三個服務器節(jié)點,也可以將三種系統(tǒng)功能集成在一個服務器節(jié)點上。
2.5.2 系統(tǒng)軟硬件平臺配置
(1) 系統(tǒng)功能分布。
      系統(tǒng)應用服務器:系統(tǒng)的總服務器,網(wǎng)絡訪問的入口,實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與分析、處理的功能;ＷｅｂＧＩＳ服務器:與總服務器交互,實現(xiàn)監(jiān)測成果及信息發(fā)布的功能;施工監(jiān)測數(shù)據(jù)服務器:與總服務器交互,實現(xiàn)監(jiān)測成果及信息瀏覽的功能。
(2) 軟件平臺。
      服務器端:網(wǎng)絡服務:采用Ｗｉｎｄｏｗｓ2000Ｓｅｒｖｅｒ操作系統(tǒng)下的Ａｐａｃｈｅ2、ＰＨＰ5;施工監(jiān)測數(shù)據(jù)庫服務:Ｏｒａｃｌｅ8ｉ/9ｉ企業(yè)級數(shù)據(jù)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(nèi)存:1ＧＢ以上;硬盤:ＳＣＳＩ108ＧＢ;網(wǎng)卡:100Ｍ以太網(wǎng)。
      瀏覽器端:主機:臺式微機/便攜式機;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)關鍵技術
      性能:系統(tǒng)在人機交互的過程中,要準確執(zhí)行用戶命令,明確表達執(zhí)行命令的結(jié)果,快速完成命令操作,及時發(fā)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(wǎng)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(jié)合起來。
3 系統(tǒng)的功能設計
3.1 系統(tǒng)用戶及日志管理
      無論是系統(tǒng)運行過程中,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、運行日志、錯誤日志、操作錯誤預處理、數(shù)據(jù)備份與導出等方面考慮了運行維護系統(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)、地鐵總公司領導、主管(業(yè)主)、工點單位(監(jiān)理、施工、工點設計單位)。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)采用運行日志、出錯日志。運行日志包括:對數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)選擇、查詢、統(tǒng)計、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(tǒng)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(tǒng)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(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、區(qū)間基坑相關的監(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語言進行開發(fā),包含了地鐵全線的所有線路、站點基坑、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)絡實時或者準實時提交到本系統(tǒng),對于授權的用戶,可以查看并下載這些監(jiān)測數(shù)據(jù)。
3.5 預警、預報信息管理
      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(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,實現(xiàn)預警信息的多路實時發(fā)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(jiān)測相關各方互動的板塊,交流地鐵施工監(jiān)測的經(jīng)驗、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、技術體系、作業(yè)手段和方法、產(chǎn)品模式、管理模式、服務模式等的轉(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,設計了綜合數(shù)據(jù)庫,并設計完成了地鐵監(jiān)測信息管理系統(tǒng),有利于施工信息進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,建立了一些實用的監(jiān)控模型,包括:傳統(tǒng)單點回歸模型,因子集包括各類日期函數(shù);改進的單點回歸模型,以不同時間起點的多個多項式函數(shù)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:
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