地铁施工监测信息管理及安全预警的设计

地铁施工监测信息管理及安全预警系统的设计摘　要:介绍了“地铁施工监测信息管理及安全预警系统”的设计过程,该系统主要用于广州市轨道交通线路及车站土建工程施工监测信息化管理,系统在投入应用后将实现监测-作业-管理三方信息的互联互动,为地铁施工监测信息的可视化管理提供技术保障。关键词:ＷｅｂGIS;地铁施工监测;信息管理;安全预警1前　言 “地铁施工监测信息管理及安全预警系统”具有地铁施工监测信息可视化信息管理、统计分析等功能。用于地铁土建工程施工监测信息化管理,可使任何一位相关领导或主管(Ａｎｙ ｂｏｄｙ)在任何时间(Ａｎｙｔｉｍｅ)、任意地点(Ａｎｙｗｈｅｒｅ),只要能够接入互联网即可访问本系统,就能完成系统中涵盖的所有管理工作(Ａｎｙｔｈｉｎｇ),从而实现基于ＷｅｂＧＩＳ可视化的地铁施工监测的4Ａ服务。 土建工程现场监测信息化管理的目的主要为: (1)为施工开展提供及时的反馈信息; (2)为基坑周围环境进行及时、有效的保护提供依据; (3)将监测结果用于反馈优化设计,为改进设计提供依据; (4)通过对监测数据与理论值的比较、分析,可以检验设计理论的正确性; (5)在施工全过程中,通过对既有地面和地下建筑物、构筑物各项指标的监测,将结构变形严格控制在标准限值内,保证既有建筑物和构筑物的安全; (6)积累量测数据,为今后类似工程设计与施工提供工程参考数据; (7)为业主提供及时信息,以便业主对整个项目进行科学化管理。2 地铁施工监测信息管理系统的总体设计2.1系统设计原则 “地铁施工监测信息管理系统“的设计思想是建成一个信息管理服务平台,一个为地铁总公司领导和主管、工点单位(监测、施工、工点设计单位)、地铁总体设计单位之间互动的施工监测信息与预警信息处理平台。根据系统建设的目的和范围,在给定的设计指导思想基础上,划分系统的逻辑层次,明确系统的业务功能模块,并确定子系统的划分。 该系统采用人机交互式的处理方式,从业务和性能角度出发,系统设计遵循以下原则: (1)系统可扩展性和灵活性(Ｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙ＆Ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ):实现系统体系结构上的可扩展性和灵活性(包括硬件网络架构、软件架构)、系统应用功能的可扩展性和灵活性。比如:可以在将来自由扩充更多的地铁线路和基坑等功能。 (2)系统可重用性(Ｒｅｕｓａｂｉｌｉｔｙ):保证系统的升级维护能够充分利用已有的资源。 (3)系统可靠性(Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ):做到系统不但能够在正常状态下完成满足需求的功能,而且能够在各种异常情况下,可以进行适当的处理。 (4)系统安全性(Ｓｅｃｕｒｉｔｙ):充分考虑网络系统级、操作系统级、数据库系统级和应用程序的安全性,保证系统安全的运行。针对不同的用户赋予不同的可访问的权限。 针对上述的设计原则,系统设计的出发点是: (1)良好的框架结构和参数驱动的设计思想,以便今后的升级和重用; (2)相对独立的子系统,保证稳定性和易扩展性; (3)良好和统一的用户界面; (4)系统安全性(Ｓｅｃｕｒｉｔｙ):充分考虑网络系统级、操作系统级、数据库系统级和应用程序的安全性,保证系统安全的运行。 针对不同的用户赋予不同的可访问的权限。针对上述的设计原则,系统设计的出发点是: (1)良好的框架结构和参数驱动的设计思想,以便今后的升级和重用; (2)相对独立的子系统,保证稳定性和易扩展性; (3)良好和统一的用户界面; (4)整个系统基于广域网来开发,通过网络来管理、传递、和共享信息,适应网络化信息化的趋势; (5)系统力求简洁、清晰、经济实用,以最小的投入取得最大的成效。2.2 系统的组成及主要业务功能划分2.2.1 监测信息管理系统的组成 系统由数据采集和监测信息管理两大部分组成,数据采集采用笔记本电脑或电子手薄(如ＰＤＡ)野外自动、半自动采集数据(通过数据传输),通过互联网或无线网络向监测系统主机发送监测原始数据。监测信息管理部分主要完成数据的处理、存储、统计分析和预警信息发布,本文主要讨论监测信息管理部分的相关问题。2.2.2监测信息管理主要业务功能划分 根据需求分析,监测信息管理系统主要提供以下功能: (1)数据入库、数据处理及精度评定; (2)生成报表、生成变形曲线图、变形速率图; (3)通过回归分析对变形预报;安全预警;网上信息发布及信息交流。 从系统最高层次的角度上,根据业务逻辑关系以及面向的用户对象,将本系统划分为地铁施工监测管理信息的数据层、数据的管理层和数据应用层三大部分,在这三层结构中,没有直接的程序接口,它们由数据共享产生的数据流联系在一起,对统一数据结构下的同一个数据库系统进行数据操作。 此逻辑设计主要有以下的优点: (1)把数据的生产和数据的使用分离开来。为以后系统功能的扩展带来了极大的灵活性。例如,可以在将来增加历史形变资料统计管理的模块,共享地铁基坑形变的数据;也可以增加新的地铁线路而不至于影响原有线路地铁施工监测数据的管理。 (2)利于将工程分解为各个模块,便于项目的管理和开发。 (3)不同的层可以使用不同的开发技术, 不同的硬件和操作系统平台,减小了相互之间的依赖性。 系统各个层次的基本功能简要描述如下: (1)数据层:定义系统的数据结构,将系统外部数据纳入系统内部。 (2)数据管理层:对系统的数据进行整理录入、更新、删除等管理。 (3)应用层:以浏览、查询、下载系统数据的方式将系统数据提供给所有用户,对系统数据进行可视化的表现;根据地铁施工监测管理的需要,对系统内数据进行分析加工,得到各项数据的统计分析可视化结果,以多种形式表现数据库的数据。2.3 系统的边界 该系统以已经获取的地铁施工监测数据为基础,进行数据的整理、录入、统计和查询浏览,以及数据的下载和备份恢复。系统主要对已经获取并录入到系统中的数据进行统计分析和预警信息发布。2.4 系统的接口 (1)系统与邮件服务器之间的通讯接口:系统在分析最新数据之后,如果达到预警临界值,需要发送预警邮件到相应的施工监测人员和地铁主管领导。 (2)系统与短信发送平台之间的接口:系统在特定的动作触发下,以及预警信息发布的时刻,需要与手机短信发送平台取得联系,并发出预警信息或者相关情况报告。 (3)系统与施工监测数据录入人员之间接口:地铁施工监测的数据,需要按照预先规定的格式,通过系统提供的特定页面导入系统后台数据库中,实现数据更新管理。2.5 系统物理视图2.5.1 系统服务器以及网络空间分布 按照分布式数据处理的设计,本系统从功能上来说可分为系统应用、基础数据库、电子地图三个服务器节点,也可以将三种系统功能集成在一个服务器节点上。2.5.2 系统软硬件平台配置(1) 系统功能分布。 系统应用服务器:系统的总服务器,网络访问的入口,实现数据采集与分析、处理的功能;ＷｅｂＧＩＳ服务器:与总服务器交互,实现监测成果及信息发布的功能;施工监测数据服务器:与总服务器交互,实现监测成果及信息浏览的功能。(2) 软件平台。 服务器端:网络服务:采用Ｗｉｎｄｏｗｓ2000Ｓｅｒｖｅｒ操作系统下的Ａｐａｃｈｅ2、ＰＨＰ5;施工监测数据库服务:Ｏｒａｃｌｅ8ｉ/9ｉ企业级数据库;ＷｅｂＧＩＳ服务:Ｔｏｍｃａｔ4.1,Ｇｅｏｓｕｒｆ2Ｄ。 浏览器端:采用ＩｎｔｅｒｎｅｔＥｘｐｌｏｒｅｒ5.5以上版本浏览器。(3)硬件平台。 服务器端:机型:服务器;ＣＰＵ:双ＣＰＵ,ＸＥＯＮ2.8ＧＨｚ以上;内存:1ＧＢ以上;硬盘:ＳＣＳＩ108ＧＢ;网卡:100Ｍ以太网。 浏览器端:主机:台式微机/便携式机;ＣＰＵ:ＰＩＩＩ1ＧＨｚ以上;内存:64ＭＢ以上;磁盘:可用空间100Ｍ以上;显卡:1024Ｘ768,32位真彩色,显存32Ｍ以上;网卡:100Ｍ以太网。2.6系统关键技术 性能:系统在人机交互的过程中,要准确执行用户命令,明确表达执行命令的结果,快速完成命令操作,及时发布预警信息。 易用性:能够按照“所见即所得”的原则,简化操作且完善功能。 安全性:在Ｂ/Ｓ模式下,面对因特网上不同角色的用户,提供不同级别的信息服务,将公开信息的透明化与保密信息的定向传递结合起来。3 系统的功能设计3.1系统用户及日志管理 无论是系统运行过程中,还是数据操作中都不能出现任何差错,为此在系统的用户管理、运行日志、错误日志、操作错误预处理、数据备份与导出等方面考虑了运行维护系统的安全性问题。(1)用户管理。 系统用户分为三级,系统管理员(超级用户)、地铁总公司领导、主管(业主)、工点单位(监理、施工、工点设计单位)。超级用户除具有数据浏览、数据查询、数据输出等基本功能以外,还具有用户管理的功能,如增加、删除、修改一般用户的功能。而工点单位只具有数据浏览、数据查询、数据输出等功能。(2) 日志管理。 在系统运行过程中,为了记录用户对数据库的操作过程,系统采用运行日志、出错日志。运行日志包括:对数据库进行数据选择、查询、统计、数据字典、数据输出等主要操作信息的记录等,出错信息日志包括:警告信息、错误信息等。日志管理可以对日志信息进行输出、删除、打印等操作,包括用户注册、用户授权、用户登录验证以及操作日志的管理等。对于进入系统的每一个用户,要对其进行验证,获取用户的级别权限,并将用户登陆信息和重要操作记录保存到系统日志中。注册用户的权限由管理员进行管理。3.2 地铁线路、站点基坑管理 对地铁线路的各个站点、区间,包括名称、水文、地质、工况等现场条件的信息录入和更新发布。以及各个站点、区间基坑相关的监测信息浏览和变形数据可视化表现。3.3 ＷｅｂＧＩＳ信息管理 利用基于跨平台的ｊａｖａ语言进行开发,包含了地铁全线的所有线路、站点基坑、区间、停车线等部位的监测信息的可视化信息的发布,提供地铁全线的所有区间相关信息的浏览和图形放大、缩小、漫游、查询等功能。3.4施工监测数据管理 通过前台界面的交互操作,实现后台数据库的数据交换,包括对施工监测获取的数据的录入、更新、删除。特定权限的数据管理人员,可以将施工现场监测的数据通过网络实时或者准实时提交到本系统,对于授权的用户,可以查看并下载这些监测数据。3.5预警、预报信息管理 仅仅将施工监测的数据录入系统中是不够的,还要根据不同的模型对获取的数据进行处理,对基坑施工引起的变形情况进行时间序列分析,提供可视化的变形监测图形报表,比如:水平位移监测、沉降位移监测、测斜监测、轴力监测、锚杆(索)监测、爆破监测,实现预警信息的多路实时发布,为领导和主管提供决策支持。3.6信息交流 开辟一个供地铁施工监测相关各方互动的板块,交流地铁施工监测的经验、发布地铁主管部门的公告通知和其它资料。4结　语 测绘技术正经历由数字测绘到信息化测绘的转变,随之而来的是测绘所涉及的理论体系、技术体系、作业手段和方法、产品模式、管理模式、服务模式等的转变和发展。 系统通过对地铁施工监测信息的需求分析,设计了综合数据库,并设计完成了地铁监测信息管理系统,有利于施工信息进行合理的组织和有效的管理,为地铁监测信息分析反馈提供完善的数据支持。 监测信息管理系统具备一定的可扩充性,可以反映施工中的动态变化;针对监测信息反馈分析的需要,研究开发了一些施工监测可视化分析工具包括:综合过程线、施工影响分析等;针对地铁施工安全控制的需要,建立了一些实用的监控模型,包括:传统单点回归模型,因子集包括各类日期函数;改进的单点回归模型,以不同时间起点的多个多项式函数描述可能的条件变化以得到更准确的拟合及预报成果。参考文献:[1] 中国有色金属工业长沙勘察设计研究院 广州地铁五号线土建工程第三方监测Ａ标段技术设计书[Ｒ] 湖南:中国有色金属工业长沙勘察设计研究院,2005 [2] ＪＧＪ/Ｔ8-97,建筑变形测量规程[Ｓ].[3] ＧＪＢ02-98,广州地区建筑基坑支护技术[Ｓ].