地鐵沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)

龐紅軍 金新平 衛(wèi)建東

摘要：車站及區(qū)間隧道的沉降測(cè)量是地鐵變形監(jiān)測(cè)中是非常重要的一項(xiàng)，使用電子水準(zhǔn)儀減少了監(jiān)測(cè)工作量，提高了工作效率，然而內(nèi)業(yè)資料的數(shù)據(jù)處理和分析，僅僅依靠人工計(jì)算，并繪制成圖，工作非常繁重和低效。本文設(shè)計(jì)并開發(fā)了一種軟件，從沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)處理分析軟件的總體功能設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、平差核心數(shù)學(xué)模型、軟件功能模塊設(shè)計(jì)等方面，實(shí)現(xiàn)了從沉降觀測(cè)原始觀測(cè)文件讀取到數(shù)據(jù)處理、報(bào)告生成等功能的自動(dòng)化。

關(guān)鍵詞：沉降觀測(cè)；軟件開發(fā)；變形分析

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）30-0074-03

Abstract：The subsidence measurement of stations and tunnels is very important in the deformation monitoring of subways. The use of electronic leveling instrument reduces the monitoring workload and improves the work efficiency. However， the data processing and analysis of internal data only depends on manual calculations. Drawing into a map， the work is very arduous and inefficient. This paper designs and develops a software that can achieve functions such as readout of raw observation data from settlement observation， data processing， report generation， etc. from the aspects of the overall function design， storage database design， and software function module design of settlement observation data processing and analysis software. Automation.

Key words： settlement observation； software development； deformation analysis

在地鐵監(jiān)測(cè)工作中，數(shù)據(jù)處理和編制監(jiān)測(cè)報(bào)告是非常艱辛的，每天白天測(cè)量各類監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，晚上加班處理數(shù)據(jù)和編制監(jiān)測(cè)報(bào)告，每到月末趕上日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)[1]同時(shí)提交時(shí)間，更是疲于應(yīng)付。比如沉降監(jiān)測(cè)，主要采用幾何水準(zhǔn)測(cè)量方法[2]，目前比較常用的儀器為天寶DiNi03、徠卡的DNA03。DiNi03配數(shù)據(jù)傳輸軟件，將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)文件，可以用Excel直接讀出，但無(wú)法自動(dòng)提取每站的高差數(shù)據(jù)。我們?cè)_發(fā)一個(gè)從DiNi03原始數(shù)據(jù)文件提取高差的小軟件，然后將高差數(shù)據(jù)整理成清華三維平差軟件能認(rèn)的格式進(jìn)行平差，將平差結(jié)果整理成Excel表格進(jìn)行監(jiān)測(cè)報(bào)告的編制。這樣做下來，每天原始數(shù)據(jù)文件、處理過程文件、處理結(jié)果文件、監(jiān)測(cè)報(bào)告文件等文件管理很煩瑣，整個(gè)工作還是相當(dāng)花費(fèi)時(shí)間和精力，所以開發(fā)一套從讀入數(shù)子水準(zhǔn)儀原始數(shù)據(jù)到監(jiān)測(cè)報(bào)表生成一體化的沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)處理分析軟件十分必要。

1 軟件總體功能設(shè)計(jì)

軟件采用Access數(shù)據(jù)庫(kù)管理每期數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)能夠讀取天寶DiNi03、徠卡DNA03等常用數(shù)字水準(zhǔn)儀原始觀測(cè)數(shù)據(jù)文件，將觀測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)，然后軟件進(jìn)行閉合差計(jì)算檢查、水準(zhǔn)線路網(wǎng)的平差計(jì)算、周期沉降量計(jì)算，同時(shí)可以生成基于WORD或EXCEL的觀測(cè)手簿、平差報(bào)告、監(jiān)測(cè)報(bào)表等。另外能做一些相關(guān)性分析、回歸分析等。總體功能結(jié)構(gòu)圖見圖1所示。

2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)采用比較常用的Microsoft Access來建立沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。Microsoft Access是Microsoft Office套裝軟件之一，是一個(gè)開放式的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)[3]。沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)是用來存儲(chǔ)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)、已知基準(zhǔn)數(shù)據(jù)、預(yù)處理數(shù)據(jù)、平差結(jié)果數(shù)據(jù)、沉降變形數(shù)據(jù)等，是系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心。

本數(shù)據(jù)庫(kù)由不同的表組成，各種不同表之間通過關(guān)鍵字建立相應(yīng)的關(guān)系。主要表有：

1）周期信息表，包含：周期號(hào)、觀測(cè)日期、氣象概況、儀器型號(hào)、儀器號(hào)、觀測(cè)員、A尺員、B尺員、限差方式、限差系數(shù)、平差方式、相關(guān)量、備注等字段。

2） 原始觀測(cè)值表，包含：周期號(hào)、線路號(hào)、站序、后視點(diǎn)、前視點(diǎn)、后尺讀數(shù)1、后尺讀數(shù)2、前尺讀數(shù)1、前尺讀數(shù)2、后尺距離1、后尺距離2、前尺距離1、前尺距離2、觀測(cè)順序、測(cè)量時(shí)間、備注等字段。

3） 高差觀測(cè)值表，包含：周期號(hào)、段序、起點(diǎn)、終點(diǎn)、高差、測(cè)段長(zhǎng)度、測(cè)站數(shù)、終點(diǎn)類型、線路號(hào)、備注等字段。

4） 高程平差值表，包含：周期號(hào)、點(diǎn)名、高程、高程中誤差、點(diǎn)類型、備注等字段。

5） 高程變化量表，包含：周期號(hào)、點(diǎn)名、本次高程、上次高程、初始高程、沉降值、累計(jì)沉降值、沉降值中誤差、沉降顯著性、置信度、上次周期號(hào)、初始周期號(hào)等字段。

6） 高程基準(zhǔn)值表，包含：周期號(hào)、點(diǎn)名、高程、類型、穩(wěn)定性、穩(wěn)定權(quán)等字段。

3 平差功能數(shù)學(xué)模型

沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)采用最小二乘進(jìn)行平差[4]，本軟件采用帶條件的參數(shù)平差統(tǒng)一模型，具體如下：

同一沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)當(dāng)采用不同平差方法時(shí)，例如采用經(jīng)典網(wǎng)平差、自由網(wǎng)平差或者擬穩(wěn)平差，只存在G陣變化，其他陣則無(wú)須改變，極大簡(jiǎn)化程序代碼的編寫和維護(hù)。

4 軟件功能模塊設(shè)計(jì)

依據(jù)總體功能設(shè)計(jì)要求，軟件應(yīng)具有如下功能模塊[5]：

4.1 工程管理模塊

該模塊主要包含工程文件的建立、打開、另存等。工程文件實(shí)質(zhì)上就是創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫(kù)文件。

4.2 編輯、設(shè)置和數(shù)據(jù)輸入模塊

該模塊主要包含工程概況編輯、周期信息編輯、基準(zhǔn)數(shù)據(jù)輸入、觀測(cè)數(shù)據(jù)輸入、補(bǔ)測(cè)數(shù)據(jù)輸入、點(diǎn)名的修改。其中補(bǔ)測(cè)數(shù)據(jù)輸入是為線路部分測(cè)段超限需補(bǔ)測(cè)而設(shè)置的；點(diǎn)名修改模塊是考慮當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)名前綴較長(zhǎng)，而儀器輸入點(diǎn)名長(zhǎng)度有限制時(shí)，可以批量給點(diǎn)名加前綴，或修改點(diǎn)名。

4.3 平差處理模塊

該模塊包含測(cè)段合并、閉合差計(jì)算、高程網(wǎng)平差。其中測(cè)段合并，可以將一個(gè)測(cè)段中間過渡點(diǎn)去掉，提取該測(cè)段累計(jì)高差、累計(jì)線路長(zhǎng)度、累計(jì)測(cè)站數(shù)等信息。高程網(wǎng)平差可以選擇使用經(jīng)典平差或擬穩(wěn)平差。

4.4 變形分析模塊

該模塊包括首期兩次測(cè)量分析處理、測(cè)段高差周期間對(duì)比分析、沉降量計(jì)算、沉降曲線顯示、變形回歸分析等。

4.5 成果輸出模塊

該模塊包括觀測(cè)手簿輸出、平差報(bào)告生成、單期監(jiān)測(cè)報(bào)告創(chuàng)建、多期監(jiān)測(cè)報(bào)告。其中多期監(jiān)測(cè)報(bào)告可以用于周報(bào)、月報(bào)、匯總報(bào)告的生成。

5 軟件開發(fā)實(shí)現(xiàn)

基于以上設(shè)計(jì)要求，在Microsoft.NET環(huán)境下開發(fā)，采用.net C#語(yǔ)言開發(fā)了地鐵沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)處理與分析軟件HAnalysis1.0軟件，數(shù)據(jù)庫(kù)操作采用ADO.net技術(shù)。采用可視化的窗體界面，含可查看各類數(shù)據(jù)的表格界面和可查看變形曲線的圖形界面。見圖2所示，為軟件在某地鐵監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中應(yīng)用的實(shí)例界面。除成果的軟件界面顯示，軟件也可以輸出原始觀測(cè)手簿、監(jiān)測(cè)網(wǎng)平差報(bào)告、監(jiān)測(cè)報(bào)告等，圖3、圖4、圖5為輸出成果。

6 結(jié)束語(yǔ)

HAnalysis1.0沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)分析軟件，實(shí)現(xiàn)了從讀取數(shù)字水準(zhǔn)儀原始數(shù)據(jù)文件，到閉合差計(jì)算、平差計(jì)算、變形量計(jì)算及相關(guān)分析、成果報(bào)表輸出的自動(dòng)化，保證數(shù)據(jù)處理分析的可靠性，軟件操作方便，極大減輕了沉降監(jiān)測(cè)工作量?？墒褂糜诘罔F結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)、大壩沉降監(jiān)測(cè)、基坑沉降監(jiān)測(cè)等沉降監(jiān)測(cè)工程的數(shù)據(jù)處理和分析。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)編寫組. 《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB50911-2013）[S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

[2] 金淮，張建全. 城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)理論與技術(shù)實(shí)踐[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

[3] 程玉書. 變形監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn). 測(cè)量信息與工程， 2008， 33（3）：31-32.

[4] 孫現(xiàn)申，趙澤平. 應(yīng)用測(cè)量學(xué)[M]. 北京：解放軍出版社，2004.

[5] 李軍，候智勇，王緒本. 變形監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2008 （6）：1904-1907.

【通聯(lián)編輯：梁書】