基于數(shù)據(jù)庫的高速鐵路運營期沉降數(shù)據(jù)管理與分析

王德順，付寧波，趙忠海

（1德州市城市規(guī)劃測量隊，山東德州　253000；2江西省測繪成果質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心，南昌　330046；3黑龍江第一測繪工程院，哈爾濱　150081）

基于數(shù)據(jù)庫的高速鐵路運營期沉降數(shù)據(jù)管理與分析

王德順1，付寧波2，趙忠海3

（1德州市城市規(guī)劃測量隊，山東德州253000；2江西省測繪成果質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心，南昌330046；3黑龍江第一測繪工程院，哈爾濱150081）

摘要：本文介紹了采用數(shù)據(jù)庫存儲變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的必要性，以及根據(jù)數(shù)據(jù)特點選擇何種數(shù)據(jù)庫，如何建立滿足需求數(shù)據(jù)庫的方法，并對具體的編程實現(xiàn)方式上進行了闡述，最后在某高速鐵路沉降項目中，得到了很好的檢驗。

關鍵詞：數(shù)據(jù)庫；高速鐵路；運營期；沉降

1　概述

隨著高速鐵路不斷建設與通車，突顯出其運營期沉降觀測的必要性。地質(zhì)條件、構筑物的物理因素以及外界環(huán)境的變化都會對運營中的高鐵線路產(chǎn)生沉降影響，這種沉降直接影響到線路的平順性、安全性[1]。及時發(fā)現(xiàn)沉降區(qū)域或異常區(qū)間，可以為線路養(yǎng)護維修和應急處理提供必要的依據(jù)，避免重大事故的發(fā)生。

高速鐵路通常每60米有一對監(jiān)測點，所以全線監(jiān)測點通常上千或者上萬，采用傳統(tǒng)的文件方式管理、分析數(shù)據(jù)，必然效率低下。同時，進行幾期觀測后，數(shù)據(jù)量巨大，更容易導致數(shù)據(jù)文件混亂，甚至缺失，給后續(xù)沉降分析帶來不必要的麻煩。采用數(shù)據(jù)庫管理后，可以大大提高內(nèi)業(yè)效率，而且便于數(shù)據(jù)備份，保障數(shù)據(jù)安全。

本文在分析高鐵沉降數(shù)據(jù)特點后，介紹了數(shù)據(jù)庫如何建表、建字段，在此基礎上利用C#編程實現(xiàn)沉降數(shù)據(jù)存儲，以及對數(shù)據(jù)進行分析的基本實現(xiàn)，并在某高鐵沉降觀測中得到應用。

2　數(shù)據(jù)庫架構

在選擇數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)存儲平臺后，接下來面臨的問題是選擇何種數(shù)據(jù)庫管理軟件，因為目前常用的數(shù)據(jù)庫管理軟件有Oracle、SQL Server、DB2、MySQL、Access等，但就目前沉降數(shù)據(jù)管理而言，選擇Access數(shù)據(jù)庫即可，因為該數(shù)據(jù)庫有成本低、界面友好、開發(fā)簡單、接口靈活等特點[2]，并且作為微軟公司Of fi ce辦公套件中的一部分，可以和Of fi ce集成，實現(xiàn)無縫連接，為數(shù)據(jù)錄入、報表輸出提供便利，而其它數(shù)據(jù)庫管理軟件則更適合于大型事務處理或者網(wǎng)絡應用。

關系數(shù)據(jù)庫以二維表形式存在，沉降數(shù)據(jù)需要經(jīng)過規(guī)范化變?yōu)楹啙嵉谋怼Ｒ?guī)范化過程包括第一范式：表中只有原子元素，也就是表中每一個單元存儲簡單的數(shù)據(jù)值，沒有重復或嵌套的值；第二范式：所有非鍵列依賴整個鍵，如果一個數(shù)據(jù)表的鍵只有一個字段的話，它就一定符合第二范式；第三范式：每個非鍵列只依賴于鍵，也就是所有非鍵列屬性之間是無關的[3]。

根據(jù)上述分析以及高鐵沉降觀測數(shù)據(jù)特點設計了四個表和相應的字段屬性，分別是線上點屬性表（RMBP）、線下點屬性表（LDT）、高程表（BST）、沉降信息計算表（CST），如圖1所示。點屬性表是每個監(jiān)測點的信息集合，用來查詢該點具有哪些特性，例如根據(jù)里程區(qū)間，就可以獲取該段內(nèi)所有監(jiān)測點，便于后續(xù)查找、分析；高程表包含所有監(jiān)測點的高程信息，由觀測日期等字段區(qū)分監(jiān)測點高程屬于哪一期觀測成果；沉降信息計算表包含由各期高程計算獲得的沉降量、速率等信息，供沉降分析直接使用。其中藍色標記的表（RMBP、LDT、BST）是外部可見表，即需要外部對這3個表輸入數(shù)據(jù)，灰色標記的表（CST）外部不可見，不需要用戶干預，供前臺程序獲取數(shù)據(jù)使用。黃色標記的屬性字段必需存在，不能為空，程序在執(zhí)行過程中需要這些關鍵信息。在把外部數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫時，可由前臺程序完成，不需要用戶接觸數(shù)據(jù)庫，保障數(shù)據(jù)完整、安全。

圖1　數(shù)據(jù)庫表結構

3　以數(shù)據(jù)庫為基礎的程序開發(fā)

在設計完數(shù)據(jù)庫結構后，即可按照工程項目需要，依據(jù)相應規(guī)范[4，5]、技術設計書編寫前臺程序。首先是外業(yè)數(shù)據(jù)的錄入，包括點位屬性和高程信息，根據(jù)外業(yè)特點，多數(shù)成果采用Excel表形式存儲，所以前臺程序可設計為直接讀取Excel表格形式，以高程表為例，Excel表格如圖2所示。初測周期定為0周期，其后監(jiān)測周期從1開始編號，日期輸入格式為：YYYY-M-D（年4位，月、日按照實際填寫），數(shù)字之間用“-”分割，高程單位為米。

圖2　高程屬性表（BST）

在沉降分析功能實現(xiàn)上，主要完成監(jiān)測點點信息、高程信息的查詢、刪改，時間上的檢測點沉降分析、空間上的區(qū)間沉降分析，以及根據(jù)觀測數(shù)據(jù)預測沉降量。分析結果可以輸出Excel形式的報表以及AutoCAD圖，滿足成果提交、打印等需求。程序流程如圖3所示。

圖3　程序流程圖

前臺程序采用C#編寫，通過ADO.NET與數(shù)據(jù)庫連接[6]。因為在程序執(zhí)行過程中會經(jīng)常操作數(shù)據(jù)庫，所以可以把數(shù)據(jù)庫操作作為一個類“DealDataBase”封裝，提高代碼利用效率。“DealDataBase”類關鍵代碼如下：

另外在利用SQL語句來實現(xiàn)跨表查詢時，可以采用靈活的臨時表方式，例如下述代碼實現(xiàn)了獲取多期高程值：

select a1.name，B0.hi，B3.hi，B4.hi，C4.ST，C4.STA

from（select * from RMBP where RMBP.lr='L'）a1，

（select * from BST where BST.cycle=0）B0，

（select * from BST where BST.cycle=3）B3，

（select * from BST where BST.cycle=4）B4，

（select * from CST where CST.cycle=4）C4

where a1.name=B0.name and a1.name=B3.name and a1.name=B4.name and a1.name=C4.name

在以數(shù)據(jù)庫為基礎的編程實現(xiàn)上，充分利用SQL語句的便利，可以大大簡化編程的繁瑣度以及提高程序執(zhí)行效率。除此之外，采用與Matlab混合編程，利用Matlab強大的計算功能，實現(xiàn)了沉降預測分析，縮短開發(fā)周期。

4　應用與結論

在“某城際高鐵精密控制網(wǎng)復測及構筑物變形監(jiān)測”項目中，程序經(jīng)過不斷完善后，基本滿足工程需要，可以隨時查看特定地段沉降趨勢、快速輸出成果報表，大大提高工作效率。程序運行及輸出的Excel報表如圖4所示。

圖4　程序執(zhí)行與Excel報表

越來越多的工程項目需要進行沉降變形監(jiān)測，以數(shù)據(jù)庫為基礎的數(shù)據(jù)存儲成為趨勢。本程序經(jīng)過適當?shù)男薷暮?，完全可以滿足樓房、地鐵等項目的沉降觀測需要，為數(shù)據(jù)自動化處理提供技術保障。

參考文獻：

[1]丁建華.高速鐵路工程測量特點[J].鐵道勘察，2009（05）：1-4.

[2]李哲，許樹勤，李占青.數(shù)據(jù)庫的選擇及ADO技術的應用[J].機械工程與自動化，2004（03）：22-24.

[3]James Perry 美，Gerald Post 美.Oracle基礎教程[M].鐘鳴，郝玉潔，楊樺，等，譯.北京：人民郵電出版社，2008.

[4]建設綜合勘察研究設計院.JGJ 8-2007建筑變形測量規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[5]中鐵二院工程集團有限責任公司.TB 10601—2009高速鐵路工程測量規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2010.

[6]Vidya Vrat Agarwal，James Huddleston.C#2008數(shù)據(jù)庫入門經(jīng)典[M].沈潔，楊華，譯.北京：清華大學出版社，2009.

作者簡介：王德順（1984-），男，山東人，助理工程師，本科，研究方向：主要從事工程測量、城市規(guī)劃測量相關工作。