基于PDA與WebGIS的地鐵基坑工程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王永明

摘 要：在分析地鐵基坑工程施工環(huán)境與監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對(duì)人工觀測(cè)、手動(dòng)計(jì)算存在的低效性與滯后性問(wèn)題，提出了支持全站儀、電子水準(zhǔn)儀、傳感器等監(jiān)測(cè)設(shè)備，涵蓋水平位移、豎向位移、支撐軸力等應(yīng)測(cè)項(xiàng)目，集數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、傳輸、管理等功能于一體的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)方案，論述了系統(tǒng)總體組成結(jié)構(gòu)，探討了系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)思路，有助于提高監(jiān)測(cè)時(shí)效性。

關(guān)鍵詞：PDA;WebGIS;基坑監(jiān)測(cè);變形計(jì)算;數(shù)據(jù)管理

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市地鐵建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，其涉及的基坑工程逐步增多。受地質(zhì)條件、開(kāi)挖卸載與地面超載等因素影響，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與周邊環(huán)境難免出現(xiàn)變形，為確保現(xiàn)場(chǎng)施工的穩(wěn)定性與安全性，須對(duì)其進(jìn)行周期性監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)并反饋險(xiǎn)情隱患，采取必要措施予以消除[1]。目前，多數(shù)單位仍采用外業(yè)人工觀測(cè)記錄、內(nèi)業(yè)手動(dòng)錄入計(jì)算的傳統(tǒng)模式，將數(shù)據(jù)采集與處理工作分開(kāi)，以紙質(zhì)圖表形式提交監(jiān)測(cè)成果，無(wú)法實(shí)時(shí)檢核數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性并評(píng)定工程安全性，作業(yè)效率低。針對(duì)地鐵基坑工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目多、數(shù)據(jù)雜等特點(diǎn)，本文在精密變形測(cè)量、傳感器檢測(cè)、遠(yuǎn)程通信、信息可視化監(jiān)控、WebGIS等技術(shù)支撐下，聯(lián)合采用嵌入式與WebGIS開(kāi)發(fā)模式，設(shè)計(jì)內(nèi)、外業(yè)一體化基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 監(jiān)測(cè)方法選取

由《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》可知，地鐵基坑工程儀器監(jiān)測(cè)的應(yīng)測(cè)項(xiàng)目包括水平位移、豎向位移、深層水平位移、支撐軸力、地下水位、傾斜與裂縫等類(lèi)別[2]。各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目擬選用的主要數(shù)據(jù)采集方法如表1所示。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的建立旨在充分發(fā)揮嵌入式移動(dòng)開(kāi)發(fā)與WebGIS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)基坑監(jiān)測(cè)內(nèi)、外業(yè)的協(xié)同作業(yè)。

在外業(yè)測(cè)量端，涉及到基坑工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集、處理、分析與上傳問(wèn)題，開(kāi)發(fā)運(yùn)行于PDA的子系統(tǒng)。其中，PDA通過(guò)數(shù)據(jù)線或藍(lán)牙與水準(zhǔn)儀、全站儀等測(cè)繪儀器

連接，系統(tǒng)測(cè)量模塊發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令后，儀器自動(dòng)觀測(cè)并返回?cái)?shù)據(jù);測(cè)斜儀、應(yīng)力計(jì)、水位計(jì)、測(cè)縫計(jì)等巖土傳感器需借助多通道采集器完成信號(hào)轉(zhuǎn)換，PDA發(fā)送測(cè)量指令后，采集器激發(fā)巖土傳感器應(yīng)答，待接收到巖土傳感器返回的信號(hào)后，再傳至PDA;同時(shí)，系統(tǒng)也支持人工讀數(shù)的補(bǔ)充錄入。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集完畢后，利用計(jì)算模塊完成數(shù)據(jù)處理，給出當(dāng)期變化、累計(jì)變化、變化速率等變形指標(biāo)，提示超報(bào)警值點(diǎn)號(hào)，實(shí)現(xiàn)基坑工程安全狀態(tài)的即時(shí)評(píng)定，待確認(rèn)無(wú)誤后，通過(guò)GPRS模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至內(nèi)業(yè)管理服務(wù)器。在內(nèi)業(yè)管理端，系統(tǒng)將接收的監(jiān)測(cè)信息統(tǒng)一存放于后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)上，依據(jù)用戶權(quán)限，提供對(duì)應(yīng)的Web服務(wù)。

3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

3.1 外業(yè)測(cè)量子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)在Windows CE環(huán)境下采用C++編程語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，主要包括工程、信息、連接、測(cè)量、查詢(xún)、傳輸?shù)裙δ苣K。

工程：在新建工程時(shí)，需填入工程名稱(chēng)、工程編號(hào)、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人等基本信息，并選擇擬監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，確認(rèn)后系統(tǒng)將建立相應(yīng)的工程文件。

信息：支持監(jiān)測(cè)人員、監(jiān)測(cè)設(shè)備、測(cè)點(diǎn)屬性、測(cè)量技術(shù)指標(biāo)等信息的批量導(dǎo)入或手動(dòng)錄入。

連接：PDA系統(tǒng)與水準(zhǔn)儀、全站儀、多通道采集器等儀器設(shè)備是通過(guò)基于RS232的串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的。在實(shí)現(xiàn)雙向通信前，需設(shè)置波特率、數(shù)據(jù)位等通信參數(shù)，并進(jìn)行串口連接[3]。

測(cè)量：在進(jìn)行新一期監(jiān)測(cè)任務(wù)時(shí)，需通過(guò)新建測(cè)量設(shè)置日期、天氣、人員、設(shè)備等信息，經(jīng)確認(rèn)后轉(zhuǎn)入對(duì)應(yīng)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)界面，待所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集完畢后，即可自動(dòng)進(jìn)行變形計(jì)算，若閉合差等指標(biāo)超限，及時(shí)予以提示，以便查明原因。

查詢(xún)：對(duì)存儲(chǔ)于工程文件夾中的已測(cè)各期歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)。

傳輸：采用自帶GPRS模塊的PDA將數(shù)據(jù)文件或現(xiàn)場(chǎng)照片上傳至服務(wù)器。

3.2 內(nèi)業(yè)管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)在Visual Studio平臺(tái)下采用C#編程語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)由菜單欄、工具欄、狀態(tài)欄、工程列表、預(yù)警概況、電子地圖構(gòu)成。菜單欄涵蓋了系統(tǒng)的所有功能模塊鏈接;工具欄提供電子地圖刷新按鈕;狀態(tài)欄顯示當(dāng)前工程名稱(chēng)等輔助信息;工程列表中按在建、竣工和全部三種分類(lèi)列出用戶權(quán)限范圍內(nèi)涉及的工程名稱(chēng)，通過(guò)雙擊即可切換至對(duì)應(yīng)工程;預(yù)警概況顯示在建工程最新監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)警點(diǎn)數(shù)量，單擊更多，可查看詳細(xì)預(yù)警數(shù)據(jù);電子地圖標(biāo)示各工程地理位置，并以不同顏色的符號(hào)區(qū)分各工程最新?tīng)顟B(tài)。

工程管理：包括工程新建與更新、技術(shù)文檔備案、巡視檢查信息填報(bào)、預(yù)警閾值錄入等功能。

數(shù)據(jù)查詢(xún)：依據(jù)用戶設(shè)置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)號(hào)、監(jiān)測(cè)期數(shù)、時(shí)間區(qū)段等條件，支持當(dāng)前工程已存儲(chǔ)的所有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、成果數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)圖片的分類(lèi)查詢(xún)。

預(yù)警處理：系統(tǒng)采取紅橙黃三級(jí)預(yù)警機(jī)制，并根據(jù)預(yù)警等級(jí)采取不同的預(yù)警措施[4]。

統(tǒng)計(jì)分析：獲取各監(jiān)測(cè)點(diǎn)歷史最大變形量、預(yù)警次數(shù)等信息，繪制變形時(shí)程曲線圖或位移斷面圖。

成果輸出：提供各類(lèi)監(jiān)測(cè)文檔（如日?qǐng)?bào)表、巡視檢查表、階段報(bào)告、總結(jié)報(bào)告等）的生成、瀏覽、導(dǎo)出等功能。

信息維護(hù)：支持單位、人員、設(shè)備、權(quán)限等系統(tǒng)級(jí)信息的編輯。

文件下載：下載技術(shù)文檔、數(shù)據(jù)模版等資料。

4 結(jié)語(yǔ)

本文所設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)地鐵基坑工程監(jiān)測(cè)信息的電子采集、現(xiàn)場(chǎng)處理、及時(shí)反饋、全局監(jiān)控與在線管理。其中，基于PDA的外業(yè)測(cè)量子系統(tǒng)兼容水準(zhǔn)儀、全站儀、測(cè)斜儀、應(yīng)力計(jì)、水位計(jì)等測(cè)繪儀器設(shè)備與巖土工程傳感器，涵蓋水平位移、豎向位移、測(cè)斜、軸力、水位等幾何量與物理量監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集記錄、處理分析、報(bào)警傳輸?shù)裙δ艿囊惑w化;基于WebGIS的內(nèi)業(yè)管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)基坑工程監(jiān)測(cè)成果的即時(shí)反饋、在線共享、圖表統(tǒng)計(jì)與全面管理。由于基坑工程施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集以人機(jī)協(xié)作為主，后續(xù)有待進(jìn)一步研究全自動(dòng)無(wú)人值守監(jiān)測(cè)平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁亞華，趙維，孫長(zhǎng)飛.地鐵深基坑開(kāi)挖監(jiān)測(cè)方法及常見(jiàn)預(yù)警分析[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2019（10）：67-72.

[2]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

[3]王新志，柯福陽(yáng)，趙顯富.基于Visual C#的全站儀與Windows Mobile通信技術(shù)[J].測(cè)繪通報(bào)，2012（7）：91-93.

[4]吳鋒波，金淮，謝謨文，等.城市軌道交通基坑工程監(jiān)測(cè)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)研究[J].施工技術(shù)，2013（20）：103-107.