基于VB的沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)建與實(shí)踐

李孝雁，黃颯，趙柯柯

（1.河南理工大學(xué)測(cè)繪與國土信息工程學(xué)院，河南焦作454003；2.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南開封475004）

基于VB的沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)建與實(shí)踐

李孝雁1，2，黃颯2，趙柯柯2

（1.河南理工大學(xué)測(cè)繪與國土信息工程學(xué)院，河南焦作454003；2.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南開封475004）

建筑物沉降監(jiān)測(cè)對(duì)建筑物安全施工、運(yùn)營維護(hù)具有重要作用。通過對(duì)建筑物沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理問題的研究，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于Visual Basic的建筑物沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，探討了建筑物沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、系統(tǒng)模型和主要功能模塊。

沉降監(jiān)測(cè)；數(shù)據(jù)處理；Visual Basic；功能模塊

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市化進(jìn)程的不斷加快，高層及超高層建筑物越來越多。高層及超高層建筑物的興建，改變了地面原有狀態(tài)，增加了地基荷載。地基荷載的增加，引起地基及周圍地層的變形［1］。為保障建筑物的使用安全，建筑物沉降監(jiān)測(cè)的必要性和重要性愈加明顯。

建筑物沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集工具從過去的光學(xué)水準(zhǔn)儀到現(xiàn)在的電子水準(zhǔn)儀，在數(shù)據(jù)質(zhì)量和作業(yè)效率上有了很大提升。但在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理方面，采用傳統(tǒng)的手工處理方法，中間數(shù)據(jù)人為干預(yù)多，出錯(cuò)概率大，作業(yè)效率低。另外，在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理階段，存在數(shù)據(jù)利用率低，數(shù)據(jù)挖掘不充分的現(xiàn)象。因此，開發(fā)建筑物沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)化預(yù)報(bào)分析處理軟件，對(duì)建筑工程安全施工、運(yùn)營維護(hù)具有重要意義［2］。

1 沉降監(jiān)測(cè)的技術(shù)要求

建筑沉降觀測(cè)應(yīng)測(cè)定建筑及地基的沉降量、沉降差及沉降速度，并根據(jù)需要計(jì)算基礎(chǔ)傾斜、局部傾斜、相對(duì)彎曲及構(gòu)件傾斜。沉降觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)能全面反映建筑及地基變形特征，并顧及地質(zhì)情況及建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

1.1 建筑施工階段的觀測(cè)要求

建筑施工階段的觀測(cè)應(yīng)符合下列規(guī)定［3］。

（1）普通建筑可在基礎(chǔ)完工后或地下室砌完后開始觀測(cè)，大型、高層建筑可在基礎(chǔ)墊層或基礎(chǔ)底部完成后開始觀測(cè)。

（2）觀測(cè)次數(shù)與間隔時(shí)間應(yīng)視地基與加荷情況而定。民用高層建筑可每加高1～5層觀測(cè)一次，工業(yè)建筑可按回填基坑、安裝柱子和屋架、砌筑墻體、設(shè)備安裝等不同施工階段分別進(jìn)行觀測(cè)。若建筑施工均勻增高，應(yīng)至少在增加荷載的25%、50%、75%和100%時(shí)各測(cè)一次。

1.2 建筑使用階段的觀測(cè)要求

建筑使用階段的觀測(cè)次數(shù)應(yīng)視地基土類型和沉降速率大小而定。除有特殊要求外，可在第一年觀測(cè)3～4次，第二年觀測(cè)2～3次，第三年后每年觀測(cè)1次，直至穩(wěn)定為止。在觀測(cè)過程中，若有基礎(chǔ)附近地面荷載突然增減、基礎(chǔ)口周大量積水、長時(shí)間連續(xù)降雨等情況，均應(yīng)及時(shí)增加觀測(cè)次數(shù)。當(dāng)建筑突然發(fā)生大量沉降、不均勻沉降或嚴(yán)重裂縫時(shí)，應(yīng)立即進(jìn)行逐日觀測(cè)或2～3 d觀測(cè)1次。

每周期觀測(cè)后，應(yīng)及時(shí)對(duì)觀測(cè)資料進(jìn)行整理，計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)的沉降量、沉降差以及本周期平均沉降量、沉降速率和累計(jì)沉降量，并對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和建模，提交工程平面位置圖及基準(zhǔn)點(diǎn)分布圖、沉降觀測(cè)點(diǎn)位分布圖、沉降觀測(cè)成果表、時(shí)間—荷載—沉降量曲線圖、等沉降曲線圖、沉降觀測(cè)分析報(bào)告等成果。

2 沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)［4］

當(dāng)前，沉降監(jiān)測(cè)主要應(yīng)用精密電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量。外業(yè)觀測(cè)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。為了實(shí)現(xiàn)沉降監(jiān)測(cè)外業(yè)實(shí)施和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的無縫鏈接，提升內(nèi)業(yè)自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)沉降監(jiān)測(cè)內(nèi)外業(yè)一體化，筆者結(jié)合當(dāng)前沉降監(jiān)測(cè)所采用的主要方法和新設(shè)備，按照實(shí)際工作中沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)處理步驟進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)思路如下：

（1）分析幾種常用電子水準(zhǔn)儀的外業(yè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式，再區(qū)分測(cè)站觀測(cè)程序，設(shè)計(jì)了幾種原始數(shù)據(jù)讀取和錄入方式，并自動(dòng)生成外業(yè)記錄手簿，降低了因人工記簿或手動(dòng)編輯導(dǎo)致出錯(cuò)的幾率。

（2）根據(jù)控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理和沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理兩種情況，設(shè)計(jì)了錄入起算點(diǎn)、基準(zhǔn)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)、觀測(cè)日期、監(jiān)測(cè)周期等相關(guān)信息選項(xiàng)，通過讀取第一步生成的記錄手簿組網(wǎng)進(jìn)行控制網(wǎng)或監(jiān)測(cè)網(wǎng)平差數(shù)據(jù)處理，生成平差計(jì)算成果表。

（3）匯總各個(gè)觀測(cè)周期的平差計(jì)算成果表，整理匯編沉降監(jiān)測(cè)成果表。

（4）讀取沉降監(jiān)測(cè)成果表數(shù)據(jù)，繪制不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同時(shí)間段的沉降監(jiān)測(cè)曲線圖和沉降速率曲線圖，包括整個(gè)監(jiān)測(cè)對(duì)象的全周期監(jiān)測(cè)曲線圖的繪制和生成。

（5）利用成熟的沉降監(jiān)測(cè)分析模型對(duì)本項(xiàng)目實(shí)施的沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，檢查成果的可靠性，預(yù)測(cè)沉降變形的趨勢(shì)，確保工程實(shí)體的安全。

以上5個(gè)步驟緊密聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了從外業(yè)到內(nèi)業(yè)的一體化自動(dòng)作業(yè)，提高了成果的可靠性，提升了數(shù)據(jù)的利用率。本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路框圖Fig.1 General design of system

2.2 系統(tǒng)功能模塊構(gòu)建

系統(tǒng)的主要功能包括：系統(tǒng)登錄、工程基本信息錄入、外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)處理、沉降監(jiān)測(cè)成果整理與分析。

（1）系統(tǒng)登錄。登錄界面的設(shè)計(jì)考慮到了數(shù)據(jù)的保密性和安全性，需要輸入預(yù)先設(shè)定的密碼，才能進(jìn)入系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種計(jì)算和分析等功能。登錄界面如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)登錄界面Fig.2 System inter face login

（2）工程基本信息錄入。開始一個(gè)新的工程，監(jiān)測(cè)一個(gè)新的對(duì)象，需要錄入相應(yīng)工程監(jiān)測(cè)對(duì)象的基本信息，其中包括項(xiàng)目基本情況和測(cè)期基本情況。工程基本信息錄入界面如圖3所示。

圖3 工程基本信息錄入界面Fig.3 Engineering basic information input interface

（3）外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)處理。一個(gè)沉降監(jiān)測(cè)項(xiàng)目需要對(duì)基準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行平差計(jì)算和對(duì)各個(gè)周期沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)進(jìn)行平差數(shù)據(jù)處理。所以，在錄入基本測(cè)量信息時(shí)，首先區(qū)分作業(yè)類型（基準(zhǔn)點(diǎn)觀測(cè)或沉降點(diǎn)觀測(cè)），確定觀測(cè)所用儀器型號(hào)。因?yàn)椴煌瑑x器型號(hào)觀測(cè)的原始電子數(shù)據(jù)格式不一樣。其次，確定外業(yè)測(cè)站觀測(cè)程序。觀測(cè)程序分為“后－后－前－前”和“后－前－前－后”，觀測(cè)程序不一樣，外業(yè)數(shù)據(jù)格式也是不一樣的。最后，按控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理和沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理兩種情況，分別錄入起算點(diǎn)、基準(zhǔn)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)、觀測(cè)日期、監(jiān)測(cè)周期等相關(guān)信息選項(xiàng)。通過“錄入觀測(cè)信息”“讀入觀測(cè)數(shù)據(jù)”“生成并保存記錄手簿”“平差計(jì)算”“保存平差成果表”等步驟，完成從外業(yè)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)到內(nèi)業(yè)平差計(jì)算全自動(dòng)數(shù)據(jù)處理。由外業(yè)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)到外業(yè)記錄手簿到平差成果表一系列處理和成果產(chǎn)出。外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)平差處理界面如圖4所示。

圖4外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)處理界面Fig.4 Field observation data processing interface

圖4 主要包含了2個(gè)功能模塊：一是外業(yè)記錄手簿生成，從外業(yè)觀測(cè)的原始電子記錄數(shù)據(jù)到讀取、篩選、生成記錄手簿；二是平差計(jì)算功能模塊，包括基準(zhǔn)點(diǎn)控制網(wǎng)平差計(jì)算和沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)平差計(jì)算。其中，平差計(jì)算的數(shù)學(xué)模型為水準(zhǔn)網(wǎng)間接平差計(jì)算。

（4）沉降監(jiān)測(cè)成果整理與分析。匯總各個(gè)觀測(cè)周期的平差計(jì)算成果表，整理匯編沉降監(jiān)測(cè)成果表，界面如圖5所示。

圖5 沉降監(jiān)測(cè)成果整理界面Fig.5 Settlement monitoring results collating inter face

讀取沉降監(jiān)測(cè)成果表數(shù)據(jù)，繪制不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同時(shí)間段的沉降監(jiān)測(cè)曲線圖，包括整個(gè)監(jiān)測(cè)對(duì)象的全周期監(jiān)測(cè)曲線圖的繪制和生成，界面如圖6所示。

讀取沉降監(jiān)測(cè)成果表數(shù)據(jù)，繪制不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同時(shí)間段的沉降速率曲線圖，包括整個(gè)監(jiān)測(cè)對(duì)象的全周期沉降監(jiān)測(cè)速率曲線圖的繪制和生成，界面如圖7所示。

預(yù)報(bào)是沉降觀測(cè)的最終目的。所以，為了使沉降觀測(cè)結(jié)果對(duì)工程的安全更具有指導(dǎo)意義，就需要根據(jù)已有的沉降數(shù)據(jù)對(duì)后期的沉降量進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。這就要求系統(tǒng)具有根據(jù)已選定的預(yù)測(cè)模型具有趨勢(shì)分析的功能。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平的提高，各種理論和方法為變形分析和變形預(yù)報(bào)提供了廣泛的研究途徑。目前，常用于變形觀測(cè)數(shù)據(jù)分析與處理的預(yù)測(cè)模型主要有曲線擬合、回歸模型、時(shí)間序列分析模型、灰色系統(tǒng)分析模型、卡爾曼濾波模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、小波理論等。本系統(tǒng)趨勢(shì)分析功能中采用非等間距灰色理論模型對(duì)沉降量進(jìn)行預(yù)測(cè)，并通過工程實(shí)例的應(yīng)用測(cè)試，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可靠性，界面如圖8所示。

圖6 沉降曲線圖繪制界面Fig.6 Settlement curve draw ing interface

圖7 沉降速率曲線圖繪制界面Fig.7 Settlem ent rate curve draw ing inter face

圖8 沉降預(yù)測(cè)分析界面Fig.8 Settlement prediction analysis interface

3 系統(tǒng)實(shí)踐應(yīng)用

本文開發(fā)的沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)已在河南省中緯測(cè)繪規(guī)劃信息工程有限公司的沉降監(jiān)測(cè)項(xiàng)目（焦作地區(qū)農(nóng)信小區(qū)1—8＃八棟高層住宅樓沉降監(jiān)測(cè)、華融國際公寓33層商住樓沉降監(jiān)測(cè)）中應(yīng)用。實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了系統(tǒng)計(jì)算快捷，圖表成果的可靠，為生產(chǎn)單位及時(shí)準(zhǔn)確地提供了可靠的沉降數(shù)據(jù)資料。圖9～圖13是系統(tǒng)對(duì)焦作地區(qū)農(nóng)信小區(qū)高層住宅樓和華融國際公寓33層商住樓的沉降監(jiān)測(cè)成果。

圖9 拓普康DL－101C原始觀測(cè)數(shù)據(jù)Fig.9 Raw observation data of Topcon DL-101C

圖10 自動(dòng)生成的外業(yè)記錄手簿示例Fig.10 Automatically generated field records handbook sam ple

圖11 由記錄手簿自動(dòng)生成的平差計(jì)算數(shù)據(jù)文件Fig.11 Adjustment calculation data files automatically generated by the record handbook

4 結(jié)語

圖12 自動(dòng)計(jì)算生成的平差成果表范例Fig.12 Automatically generated ad justm ent resu lts table samp le

圖13 農(nóng)信小區(qū)1號(hào)樓沉降曲線圖Fig.13 Settlement curve of Nongxin Block Building 1

本文以河南省中緯測(cè)繪規(guī)劃信息工程有限公司的沉降監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為依托，在Visual Basic和Excel平臺(tái)上開發(fā)設(shè)計(jì)了高層建筑沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，系統(tǒng)包括原始外業(yè)數(shù)據(jù)錄入、控制網(wǎng)數(shù)據(jù)及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平差處理、匯總生成沉降監(jiān)測(cè)成果表、查看或生成沉降曲線圖和沉降速率曲線圖、沉降監(jiān)測(cè)分析預(yù)測(cè)等功能，實(shí)踐證明，系統(tǒng)整體上能夠可靠、精準(zhǔn)地對(duì)建筑物沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)報(bào)分析，實(shí)現(xiàn)了沉降監(jiān)測(cè)外業(yè)實(shí)施和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的無縫鏈接，提升內(nèi)業(yè)自動(dòng)化程度，降低工作繁度，大大提高了工作效率和數(shù)據(jù)利用效率，具有很強(qiáng)的應(yīng)用及推廣價(jià)值。

［1］張正祿，黃全義，文鴻雁，等.工程的變形監(jiān)測(cè)分析與預(yù)報(bào)［M］.北京：測(cè)繪出版社，2007：23-61.

［2］黃聲享，尹暉，蔣征.變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2010：57-88.

［3］JGJ 8－2007，建筑變形測(cè)量規(guī)范［S］.

［4］李偉，王俊旻，彭子龍.變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.測(cè)繪工程，2014，23（7）：76-80.

[責(zé)任編輯 楊明慶]

TV698.1

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10.13681／j.cnki.cn41－1282／tv.2016.04.012

2015-09-15

黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研基金項(xiàng)目：高層建筑物沉降監(jiān)測(cè)專家系統(tǒng)研究及應(yīng)用（ZV16KZJS012）

李孝雁（1981－），男，湖南邵陽人，講師，碩士研究生，主要從事測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)習(xí)和研究工作。