基于數據庫的高速鐵路運營期沉降數據管理與分析

王德順，付寧波，趙忠海

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

基于數據庫的高速鐵路運營期沉降數據管理與分析

王德順1，付寧波2，趙忠海3

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

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

關鍵詞：數據庫；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。地質條件、構筑物的物理因素以及外界環境的變化都會對運營中的高鐵線路產生沉降影響，這種沉降直接影響到線路的平順性、安全性[1]。及時發現沉降區域或異常區間，可以為線路養護維修和應急處理提供必要的依據，避免重大事故的發生。

高速鐵路通常每60米有一對監測點，所以全線監測點通常上千或者上萬，采用傳統的文件方式管理、分析數據，必然效率低下。同時，進行幾期觀測后，數據量巨大，更容易導致數據文件混亂，甚至缺失，給后續沉降分析帶來不必要的麻煩。采用數據庫管理后，可以大大提高內業效率，而且便于數據備份，保障數據安全。

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

2　數據庫架構

在選擇數據庫作為數據存儲平臺后，接下來面臨的問題是選擇何種數據庫管理軟件，因為目前常用的數據庫管理軟件有Oracle、SQL Server、DB2、MySQL、Access等，但就目前沉降數據管理而言，選擇Access數據庫即可，因為該數據庫有成本低、界面友好、開發簡單、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，實現無縫連接，為數據錄入、報表輸出提供便利，而其它數據庫管理軟件則更適合于大型事務處理或者網絡應用。

關系數據庫以二維表形式存在，沉降數據需要經過規范化變為簡潔的表。規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據值，沒有重復或嵌套的值；第二范式：所有非鍵列依賴整個鍵，如果一個數據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]。

根據上述分析以及高鐵沉降觀測數據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。點屬性表是每個監測點的信息集合，用來查詢該點具有哪些特性，例如根據里程區間，就可以獲取該段內所有監測點，便于后續查找、分析；高程表包含所有監測點的高程信息，由觀測日期等字段區分監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個表輸入數據，灰色標記的表（CST）外部不可見，不需要用戶干預，供前臺程序獲取數據使用。黃色標記的屬性字段必需存在，不能為空，程序在執行過程中需要這些關鍵信息。在把外部數據錄入數據庫時，可由前臺程序完成，不需要用戶接觸數據庫，保障數據完整、安全。

圖1　數據庫表結構

3　以數據庫為基礎的程序開發

在設計完數據庫結構后，即可按照工程項目需要，依據相應規范[4，5]、技術設計書編寫前臺程序。首先是外業數據的錄入，包括點位屬性和高程信息，根據外業特點，多數成果采用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上，主要完成監測點點信息、高程信息的查詢、刪改，時間上的檢測點沉降分析、空間上的區間沉降分析，以及根據觀測數據預測沉降量。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與數據庫連接[6]。因為在程序執行過程中會經常操作數據庫，所以可以把數據庫操作作為一個類“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

在以數據庫為基礎的編程實現上，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，實現了沉降預測分析，縮短開發周期。

4　應用與結論

在“某城際高鐵精密控制網復測及構筑物變形監測”項目中，程序經過不斷完善后，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　程序執行與Excel報表

越來越多的工程項目需要進行沉降變形監測，以數據庫為基礎的數據存儲成為趨勢。本程序經過適當的修改后，完全可以滿足樓房、地鐵等項目的沉降觀測需要，為數據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.數據庫的選擇及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建筑變形測量規范[S].北京：中國建筑工業出版社，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范[S].北京：中國鐵道出版社，2010.

[6]Vidya Vrat Agarwal，James Huddleston.C#2008數據庫入門經典[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、城市規劃測量相關工作。