基于GPS的基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理及可視化實(shí)現(xiàn)

趙志剛 蒙恬

摘要：本文結(jié)合基坑數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和編程語(yǔ)言C#，聯(lián)合SQL Server 2005探究一套新的數(shù)據(jù)基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理體系，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合VC++6.0開(kāi)發(fā)工具和OpenGL相關(guān)特性實(shí)現(xiàn)GPS基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一維、二維、三維三個(gè)層面的可視化處理，便于相關(guān)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞：GPS；基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；可視化

中圖分類號(hào)：P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）06-0043-02

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市里陸續(xù)出現(xiàn)了很多大型建筑物，很多基坑的開(kāi)挖和支護(hù)難度也在逐漸增加，為此我們必須要對(duì)基坑進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并做好基坑監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)處理，以便能夠?yàn)榛娱_(kāi)挖工程提供更好的數(shù)據(jù)分析結(jié)果?；颖O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理方面出現(xiàn)了許多問(wèn)題，尤以數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)方法不一為重。因此，我們必須要研發(fā)一套整體的基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，以達(dá)到更好的處理和分析各種數(shù)據(jù)的目的。

1 基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理體系

本體系將以.NET為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用C#編寫(xiě)語(yǔ)言，并借助于SQL Server2005數(shù)據(jù)庫(kù)，最終達(dá)到精確監(jiān)測(cè)和分析基坑數(shù)據(jù)的目的。

1.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

本體系將針對(duì)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和后期分析處理將體系功能從八個(gè)方面設(shè)計(jì)實(shí)施，分別是：數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)分類和查找、數(shù)據(jù)的編輯和整理、分析處理數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)分析結(jié)果、系統(tǒng)管理以及數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)、幫助方面[1]。

（1）數(shù)據(jù)輸入：本體系可以接收輸入的數(shù)據(jù)格式為txt文本和excel格式，此外也能夠接收手動(dòng)輸入的數(shù)據(jù)。（2）數(shù)據(jù)查找：本套系統(tǒng)的查找功能將會(huì)按照各個(gè)工程類別、基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)日期以及各類組別進(jìn)行分類，以保證施工人員能夠更清晰地看到基坑實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，做出更好的施工方案。數(shù)據(jù)查找人員可以根據(jù)不同工程和組號(hào)類別等單獨(dú)查找相關(guān)數(shù)據(jù)，也可以同時(shí)查找多組數(shù)據(jù)，還能夠通過(guò)該系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的最大值和最小值的查找。（3）數(shù)據(jù)的編輯和整理：本套基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理體系在輸入數(shù)據(jù)后將對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的編輯和整理，包括剔除一些差別較大的數(shù)據(jù)和修改一些數(shù)據(jù)等。（4）分析處理數(shù)據(jù)：該項(xiàng)功能是指通過(guò)使用一些算法對(duì)于輸入系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的極值、方差等的計(jì)算和分析，并根據(jù)相應(yīng)計(jì)算結(jié)果分析數(shù)據(jù)是否符合相關(guān)規(guī)定，是否超出了相應(yīng)工程規(guī)定報(bào)警值，以保證最終施工安全。（5）輸出數(shù)據(jù)分析結(jié)果：即將上述數(shù)據(jù)處理結(jié)果以表格的形式導(dǎo)出，方便后期的查找分析。（6）系統(tǒng)管理：該項(xiàng)功能則是為了方便相關(guān)人員對(duì)于整套系統(tǒng)的使用和維護(hù)。其中包括各類數(shù)據(jù)以及原始數(shù)據(jù)等的備份和恢復(fù)、系統(tǒng)相關(guān)的管理設(shè)置、系統(tǒng)的維護(hù)管理以及相關(guān)用戶信息管理。（7）數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)：根據(jù)數(shù)據(jù)的處理分析結(jié)果，與系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定的報(bào)警值相比，做出相應(yīng)的未來(lái)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)。（8）幫助：即在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要設(shè)定好相應(yīng)數(shù)據(jù)的格式，并做出詳細(xì)的使用手冊(cè)幫助用戶更好地使用系統(tǒng)。

1.2 具體功能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)

（1）數(shù)據(jù)輸入：使用C#語(yǔ)言編寫(xiě)相關(guān)的數(shù)據(jù)格式識(shí)別程序，并設(shè)定相應(yīng)的數(shù)據(jù)手動(dòng)輸入格式，方便用戶特定情況下手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)。（2）數(shù)據(jù)查找：在C#語(yǔ)言中加入SQL查詢語(yǔ)言，并在其中采用ADO.NET技術(shù)以達(dá)到實(shí)時(shí)查找各類相關(guān)數(shù)據(jù)的目的，注意輸入的查找條件要符合相應(yīng)的查找指令。（3）數(shù)據(jù)的編輯和整理：結(jié)合.NET開(kāi)發(fā)工具，利用Data Grid View創(chuàng)設(shè)相關(guān)的Data Set數(shù)據(jù)集，并借助于輸入的數(shù)據(jù)返回到相應(yīng)數(shù)據(jù)集對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理，以及一些必要的數(shù)據(jù)刪改和更新。（4）分析處理數(shù)據(jù)：利用圖形圖像等相關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)編寫(xiě)基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所需算法，如計(jì)算原始數(shù)據(jù)的最值、均值分析算法、遞歸算法等。最終根據(jù)算法結(jié)果與系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定的報(bào)警值相比對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。（5）輸出數(shù)據(jù)分析結(jié)果：利用EXCEL將相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果的表格、折線圖等導(dǎo)出來(lái)。（6）系統(tǒng)管理：在.NET下利用相關(guān)的編程控件，設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)系統(tǒng)，并設(shè)置基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理所需的窗口和相應(yīng)信息管理欄目，如報(bào)警值的設(shè)定、用戶信息管理以及系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)的維護(hù)設(shè)計(jì)等。（7）數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)：采用卡爾曼濾波算法，在系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后與報(bào)警值比對(duì)分析，對(duì)未來(lái)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。（8）幫助：利用word仔細(xì)編寫(xiě)本套系統(tǒng)的用戶使用手冊(cè)，編寫(xiě)完成后要將其設(shè)置特定的文件夾，以便用戶能夠隨時(shí)查用[2]。

2 監(jiān)測(cè)基坑數(shù)據(jù)可視化的實(shí)現(xiàn)

隨著科技的發(fā)展，越來(lái)越多的繪圖軟件被開(kāi)發(fā)出來(lái)，其中不乏一些能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)可視化的繪圖工具。如在建筑工程中常用的3DMAX建模軟件、AutoCAD制圖軟件。但前者在進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化處理時(shí)不能夠做到數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，而后者又不能夠隨數(shù)據(jù)變化而實(shí)時(shí)更新，也不能夠很好地應(yīng)用于基坑數(shù)據(jù)可視化的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。而OpenGL工具則能較好地規(guī)避上述問(wèn)題，且擁有豐富的圖形庫(kù)，不僅能獨(dú)立使用也能夠跨平臺(tái)使用，十分符合基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的需求。因此本文將以VC++6.0作為開(kāi)發(fā)工具，利用OpenGL設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)三維圖形，達(dá)到GPS基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可視化的目的[3]。這種數(shù)據(jù)可視化的實(shí)現(xiàn)包括一維、二維以及三維三個(gè)層面的功能，一維可以實(shí)現(xiàn)單一維度的位移時(shí)數(shù)據(jù)的可視化，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的振幅范圍等內(nèi)容；二維則能夠?qū)崿F(xiàn)平面數(shù)據(jù)的可視化的監(jiān)測(cè)，進(jìn)而分析監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平面位置等；三維則能夠?qū)崿F(xiàn)立體空間數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)性可視化功能，反映監(jiān)測(cè)部位立體空間的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)變化。通過(guò)這三種層面數(shù)據(jù)可視化的實(shí)現(xiàn)能夠幫助相關(guān)人員對(duì)于基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有更深的了解，便于其做出更科學(xué)的決策。

2.1 建立OpenGL應(yīng)用程序框架

因OpenGL工具的操作體系不受相應(yīng)硬件系統(tǒng)和窗口系統(tǒng)的影響，因此在利用這個(gè)工具進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)繪圖前，必須要利用VC++6.0在其中加入一些相關(guān)的設(shè)置，如相應(yīng)的視圖文件設(shè)置、繪圖函數(shù)設(shè)置等。即要建立OpenGL應(yīng)用程序框架，以便實(shí)現(xiàn)后期三個(gè)層面數(shù)據(jù)可視化繪圖處理。

2.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的三個(gè)層面可視化實(shí)現(xiàn)流程

（1）首先要建立一個(gè)新的窗口，然后進(jìn)行窗口初始化的設(shè)置，調(diào)節(jié)其背景顏色。并在其中設(shè)置定時(shí)器以及程序開(kāi)始的觸發(fā)開(kāi)關(guān)。（2）然后進(jìn)行OpenGL變換，具體是根據(jù)計(jì)算機(jī)屏幕的坐標(biāo)系和實(shí)際坐標(biāo)的關(guān)系設(shè)置相應(yīng)視口，并進(jìn)行投影變換。（3）根據(jù)所需模式，分別進(jìn)行一維、二維、三維層面的背景設(shè)置和視景變換，最終畫(huà)出所需圖形。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，GPS定位技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)和各個(gè)方面。其不僅能夠用于車載導(dǎo)航，也能夠用于測(cè)繪以及數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)方面。本文針對(duì)其在基坑中的監(jiān)測(cè)作用設(shè)計(jì)探討了相關(guān)基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理體系，并運(yùn)用相應(yīng)的編寫(xiě)軟件和圖形開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行了數(shù)據(jù)可視化實(shí)現(xiàn)的技術(shù)探討。希望本文對(duì)于相關(guān)人員有一定的幫助作用。

參考文獻(xiàn)

[1]徐楊青，程琳.基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析處理及預(yù)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2014，（S1）：219-224.

[2]孟鵬.基于感知數(shù)據(jù)的三維可視化平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].天津大學(xué)，2013.

[3]黃聲享，沈鳳嬌，張翠峰.GPS幾何監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的三維可視化設(shè)計(jì)與初步實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪工程，2010，（01）：1-4.

Abstract：In this paper， according to the characteristics of the excavation data and programming language c #， SQL Server 2005 joint to explore a new set of data of foundation pit monitoring data processing system， and on this basis， combining with vc + + 6.0 development tools and OpenGL features related to realize GPS foundation pit monitoring data of one dimension， from three aspects of 2 d and 3 d visualization processing， is advantageous for the related personnel for the real-time dynamic monitoring data.

Key words：GPS； foundation pit monitoring data； visualization