城市軌道交通監測信息管理系統研究開發

李　純　邢　躍

(1.中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京　100055；2.中鐵建設集團有限公司北京分公司,北京　100020)

1　系統概述

1.1　數據導入子系統

數據導入子系統是將實測的數據轉化成圖文查詢系統和報表及分析子系統所能讀入的數據格式。針對不同監測項目所使用的不同檢測儀器(包括各類觀測數據、手工觀測記錄或者數據報表文件等)分別開發專用軟件接口，從而實現觀測數據的自動化入庫。

1.2　數據處理分析管理子系統

對不同的監測數據進行處理、計算、分析和預測，生成滿足各種要求的報表，繪制各監測點的沉降歷時曲線、縱橫斷面圖等，并以友好的界面提供給用戶，以便對工程的安全狀態和應采取的措施進行輔助評估決策。

1.3　圖文查詢及反饋報警子系統

圖文查詢子系統是將處理后的監測數據、CAD矢量圖等資料進行計算機處理后，在遠程服務器上創建GIS矢量圖形數據庫，從而實現各種信息的直觀查詢、反饋報警與管理。系統對數據查詢表單按照雙控指標實施紅、橙、黃三色報警，對GIS圖形中的各類監測點實施閃爍報警。

1.4　日志備份系統

日志備份系統記錄了數據庫中任何一條記錄的入庫時間，所屬文件名以及入庫操作人員ID，這套模塊的建成不僅為數據庫的日常維護提供了方便，而且還能對全線監測數據的變動有更精確的掌握。

1.5　數據庫維護子系統

擁有系統管理員權限的用戶可以通過數據庫維護子系統，利用網絡對后臺數據庫進行諸如數據庫備份恢復、系統升級、用戶權限配置、數據結構變更等遠程維護，提高了數據安全性及系統部署的靈活性。

2　系統結構設計

充分利用計算機存儲量大、運算速度快的特點，將城市軌道土建施工第三方監測及各標段監測的信息資源集中在一個計算機軟件系統中，便于統一管理和綜合分析，通過互聯網實現信息的快速傳輸和發布，提高監測工作的整體水平，更好地為城市軌道建設服務。該系統按照物理網絡的組成分為以下兩個部分：

2.1　客戶端

系統客戶端集成GIS矢量圖形顯示、外業觀測數據處理、數據查詢分析和各類觀測曲線圖實時繪制等功能。通過對權限的配置，實現不同用戶群組對數據傳輸、查詢分析、圖形動態顯示和數據庫后臺管理等不同的需求。

客戶端的作用主要是進行數據處理、數據上傳、數據查詢分析和各類報表輸出等。各標段監測人員負責把日常的觀測數據及時上傳到遠程數據庫中，對出現報警情況的監測點進行相關原因描述，登記監測點破壞情況，并把最新的測點布置圖同步傳輸到遠程服務器。各標段監測用戶只能上傳和查詢、輸出本標段數據，無權修改或查詢到其他標段的監測數據。業主用戶可對全線所有監測數據進行查詢，了解工況信息，并可利用客戶端實現特定數據查詢分析，進行圖形數據和報表數據輸出。現場監測系統的建立使現場監測人員改變現有傳送各種紙質監測報告和數據報表的方式，利用系統網絡來提高監測數據在各個客戶端發布的速度，增強了監測數據的時效性。

2.2　服務器端

日常的監測數據需要及時進行對比分析，但各施工現場的設施簡單，流動性強，不宜長期保存監測數據。因此，系統采用遠程數據庫模式，將服務器端布設在遠程服務器上，由監測人員及時將日常觀測數據通過客戶端上傳到遠程服務器中，由該服務器對全線監測數據及矢量圖形進行集中管理和存儲，響應客戶端的各種數據服務請求，對外發布監測相關信息，使各類用戶可通過網絡方便地檢索查詢所需要的信息。

3　系統主要功能

系統針對城市軌道交通施工監測項目，結合計算機信息化技術，功能涵蓋監測數據入庫、管理、統計和查詢，分析施工中可能存在的安全隱患。形成了從監測數據采集、分析處理、數據發布、報警到報表輸出的一整套監測數據管理和使用的標準流程。

3.1　數據報表入庫

將現場監測取得的數據和與之相關的信息錄入到數據庫中，根據監測項目采用的儀器設備種類，采用不同錄入方式，有的儀器需要人工讀數、記錄，然后將實測數據輸入計算機；有的儀器則自動采集數據，將數據文件直接傳輸到數據庫管理系統。

3.2　數據分析

采用比較和做圖法，運用數理統計模型，分析各監測物理量值大小、變化規律和趨勢，以便對工程的安全狀態和應采取的措施進行評估決策。在取得足夠的數據后，根據數據分布狀況，對監測結果進行分析。按數據處理結果，計算機自動生成監測點的變形歷時曲線、縱斷面和橫斷面及其他分析圖形，并以界面形式顯示。

3.3　數據庫數據查詢報警

為確保監測結果和質量，加快信息反饋速度，全部監測數據輸入數據庫后由計算機管理、處理及分析，及時反饋上報監測周報、月報表和相應測點的位移時態曲線圖，對當期的施工情況進行評價并提出施工建議。如果被監測點出現異常，系統將出現報警提示。

3.4　GIS矢量圖形及數據查詢

對標段和時間段等參數進行設置后，該模塊會在界面中對超限數據以三色覆蓋的方式列出數據明細，并在圖形中以閃爍的方式顯示對應監測點，同時有聲音報警提示(如圖1所示)。

圖1　GIS模塊顯示界面

3.5　數據報表輸出

用戶可在軟件客戶端設置報表輸出參數，按需求方便快捷的輸出各類數據報表。

3.6　用戶群組權限設置

針對不同用戶，可靈活設置用戶的各種權限，并配置相應的菜單模塊，確保數據管理的規范性和安全性，滿足不同用戶對系統的需求。

3.7　系統內文檔查詢及消息發布

根據需要將工程建設的各種規范或技術文檔在系統中發布，便于統一技術標準，方便用戶隨時查閱，系統也可以通過特定用戶在平臺內部發布各類實時消息。

4　系統主要關鍵技術

根據設計需求，系統的總體結構設計采用C/S模型，即客戶機-服務器模式，用戶利用客戶端登錄遠程服務器，實現各類監測數據入庫、矢量圖形和數據的查詢及報表輸出等一系列應用功能，后臺的遠程服務器對各類圖形和數據進行統一管理和維護。

4.1　遠程數據訪問

系統中包含的數據格式基本有兩大類，日常監測數據和空間矢量圖形數據，針對這兩種不同的數據格式，在遠程數據庫上的存儲和管理方式也有所不同。日常監測數據由客戶端進行入庫操作后，直接存儲到遠程數據庫中。而對于GIS平臺所用矢量圖形數據，首先就要考慮如何能利用施工現場并不穩定的小帶寬網絡來穩定地傳輸各類數據。一般來說，圖形數據因其數據量較大，在進行相關信息查詢時，頻繁的數據傳輸對網絡環境的要求會較高，可能會造成操作響應延時較長，影響用戶的使用。針對這一情況，系統對此類數據采用分布式文件管理的方式，具體來說，各車站、區間的圖形在進行入庫操作后，會由遠程數據庫對其進行存儲和管理，用戶登陸系統時，客戶端和服務器會自動檢索，如果圖形數據有更新，則客戶端自動與服務器端進行同步，將遠程數據庫中的最新圖形數據下載到本地，客戶端在進行矢量圖形查詢的時候訪問本地數據，就大大降低了系統對網絡的要求。

4.2　GIS功能

系統除基本的監測數據存儲和處理分析外，主要關注空間數據庫的建立。具體來說就是圖形中各種特征元素類的分層轉換、存儲，以及在系統中實現矢量圖形與監測數據掛接等問題。通過把CAD圖中的元素轉換成點、線、面、文本注釋的四大類空間數據并存儲于后臺空間數據庫中，實現按照層組織來對矢量圖形進行嚴格管理。在CAD圖形分層轉換成空間數據的過程中要進行空間拓撲驗證，以確保轉換正確。

GIS功能的研發：利用當前主流的GIS平臺控件，方便對圖形進行諸如放大、縮小、漫游等操作，實現了圖形和數據的互查，即可直接點擊圖形查詢相關數據明細，也可以通過數據直接準確定位到圖形。同時GIS矢量圖形的閃爍報警功能也給了用戶顯示最直接的觀感，這些都大大提高了系統面向用戶的能力。

4.3　開發語言

系統的客戶端主要采用POWERBUILDER開發環境，該語言支持的數據窗口在生成報表和數據處理方面有強大的優勢，為系統各種數據查詢及輸出功能的研發提供了極大的便利，同時PB還支持Crosstab、圖形報表、nested報表以及其他一些特性，在批量處理數據和復雜計算的處理中，可以有效節約計算機運算時間。

4.4　數據庫開發

采用大型關系數據庫Sybase，系統將所有的數據和圖形文件均存入服務器數據庫中，復雜的計算或者是要多次訪問數據庫的操作放在服務器端進行處理，實現客戶端和服務器端的計算分離，節省網絡的連接頻率，提高了系統的性能。

5　數據安全性及用戶權限分配管理

城市軌道交通施工監測信息系統是對全線數據統一集中管理存儲的平臺，數據的安全性是整個系統的核心，是系統順利運行的最基本保障。一般說來，系統數據安全性的隱患主要集中在兩個方面，一是數據庫本身因為誤操作或者自身原因出現系統故障而造成的數據丟失；再就是來自網絡的惡意攻擊或者是用戶的不當操作造成系統故障。對于前者，目前的大型關系數據庫自身都具備糾錯恢復能力，只要對系統數據進行定期自動備份和人工備份便可解決。而后面一個安全隱患則較為復雜，權衡多方面因素，為徹底解決這個隱患，最好的辦法是系統采用基于角色(role)的管理方法，位于不同權限層次(或角色)的用戶具有不同的用戶權限，利用權限來嚴格控制用戶對數據庫的訪問，唯一一個可以分配權限的用戶是數據庫管理員。因

此，只需要嚴格控制系統管理員的賬戶安全以及合理的分配用戶權限，即可最大程度的保證系統安全。在本系統用戶權限管理模式中，根據權限不同將用戶分為四個組：管理員、測監中心人員、業主人員和標段人員，針對不同群組的用戶分別配置不同的用戶權限和系統客戶端菜單(如圖2所示)。

圖2　系統權限配置示意

6　結束語

提出了一套實現城市軌道交通施工監測信息化建設系統平臺的設計研發方法，確定了遠程空間數據庫結構及各個監測項目所對應的數據表結構，結合監測工作日常需要，開發出有針對性的功能模塊。信息系統的建立，規范了施工監測管理流程，減小了施工風險，促進工程承建方和管理方在工作中的溝通協作，最大程度地縮短了監測信息的反饋時間，確保了施工安全。同時，也降低了數據收集、整理、分析和使用的成本。

[1]GB50497—2009建筑基坑工程監測技術規范[S]

[2]GB50308—2008城市軌道交通工程測量規范[S]

[3]彭立軍，楊孝如.sybase數據庫系統管理指南[M].北京：中國水利水電出版社,1998

[4]楊昭.PowerBuilder9.0參考手冊[M].北京：中國水利水電出版社,2003

[5]樂鵬.網絡地理信息系統和服務[M].武漢：武漢大學出版社,2011