基于JAVA的建筑變形信息管理系統構建方法設計

黎昕宜

（柳州市勘察測繪研究院 廣西柳州 545006）

基于JAVA的建筑變形信息管理系統構建方法設計

黎昕宜

（柳州市勘察測繪研究院 廣西柳州 545006）

通過變形監測所得到的數據，利用Java與VRML建立三維建筑變形信息自動化采集與管理技術系統。該系統主要功能是顯示變形曲線與建筑物虛擬三維模型變化。管理者通過系統可以獲得變形體的空間狀態和時間特征并做出變形的幾何分析和物理解釋，據此確保建筑物施工和運行的安全。

變形監測；VRML；虛擬現實；三維GIS

1 緒論

1.1 建筑變形概述

變形監測指利用專用的儀器和方法對變形體的變形現象進行持續觀測、對變形體變形性態進行分析和變形體變形的發展態勢進行預測等的各項工作。其任務是確定在各種荷載和外力作用下，變形體的形狀、大小、及位置變化的空間狀態和時間特征。通過其了解建筑物的穩定性，監視它的安全情況，研究變形規律，檢驗設計理論及其所采用的計算方法和經驗數據，是工程測量學的重要內容之一。

在測量工程的實施和科學研究活動中，變形監測占有重要的位置。通過變形觀測取得的數據，可以獲知工程建筑物的狀態變化和工作情況，在發現有不正常現象時，可以及時分析原因，采取措施，防止事故發生，并改善運營方式，以保證建筑物安全。所以說，變形測量是工程管理工作的耳目。其次，在施工在竣工后對建筑物進行觀測和分析研究，可以驗證地基合基礎的計算方法是否正確，對不同的地基與工程結構制定合理的允許沉降與變形的數值，為工程建筑的設計、施工、管理工作提供資料。因此在現行建筑施工規范中已明確規定，建筑物完工并交付使用之前的驗收，其變形監測資料是該項工程是否合格的一項重要內容及依據[1]。

1.2 研究內容

本研究將采用現代工程測繪和虛擬現實技術、信息系統技術，從自動化、信息化的角度，通過合理、有效的技術集成和融合，利用VRML與Java的結合研究開發出一套面向大型和高層建筑目標的數字化、高精度、自動化、高效實用的建筑變形監測信息采集和建筑變形信息管理的技術方法，開發出一套適用于建筑變形數據監測的信息管理系統，實現變形監測數據采集、處理、分析和預報的自動化、科學化和信息化管理，使之能夠方便、快捷地應用于建筑變形的實際工程[2]。

2 系統構建方法設計

2.1 整體設計思路

本系統設計大體上遵循用VRML建模，Java驅動這么一個思路。利用同一個工程的建筑三維模型、二維圖形、沉降觀測數據來運行該軟件。具體思路如下：

首先，系統的窗口界面用Java語言編寫，制作成Applet小程序嵌入網頁中運行。界面分為四個窗口，左上角為三維模型窗口，右上角為二維窗口，左下角為曲線窗口，右下角為表格數據窗口。界面具備菜單欄。大體樣式如表1。

表1

實現如下的功能：

曲線窗口和三維窗口為主導窗口。

當曲線窗口顯示最大或最小或任一點沉降曲線時，三維窗口中的三維模型改變視點并且發光顯示對應沉降點，二維窗口中對應的點號改變顏色，表格中對應的點所占的行改變顏色。

當三維窗口中的模型根據需要變換時，單擊任一沉降點，二維窗口對應的沉降點改變顏色，曲線窗口自動生成該點的沉降曲線，表格窗口中對應的沉降點所占的行改變顏色。

最終實現四個窗口的聯動，三維顯示，二維顯示，曲線顯示，表格數據顯示。

2.2 結構設計

通過驅動數據庫服務器讀寫數據庫里的數據，把數據顯示在數據表格中，應用模塊中的其他項通過數據表格產生作用，包括實現三維模型顯示、變形曲線顯示、CAD二維圖片顯示。最后實現設計的瀏覽器界面，如圖1所示。

圖1

2.3 功能設計

（1）數據窗口

利用Java編程讀取所選取的TXT數據文件，讀取該建筑的沉降觀測數據，并且把讀到的數據顯示在用Java創建的表格中。讀取的同時利用Java里的數組功能，定義一個二維數組，一維用來表示某點，另一維用來表示該點某次觀測。用某點第一次觀測的高程數據減該點的每次觀測的高程數據，由此計算出每一點每一次觀測的沉降量、最大沉降點、最小沉降點、平均沉降量。并且算出觀測次數與觀測點數。把所算值分別賦給一個變量，方便其他窗口的引用。

（2）曲線窗口

根據所計算出的某點每次的沉降量，利用Java里的繪圖面板，把沉降量數組的值轉化為確定直線兩點的坐標值，畫出每兩次觀測之間的直線，整體連起來就為某點的沉降曲線。并且可以顯示最大沉降點、最小沉降點沉降曲線和平均沉降曲線。

（3）三維窗口

把用3DMAX建立好的三維模型轉換為VRML代碼，由此Java可以識別。利用Java編程去改變VRML代碼里的節點，由此來改變三維模型。最后實現三維模型的顯示和變換功能。

（4）二維窗口

把與變形數據同一建筑的CAD二維平面布點圖顯示在二維窗口里。并用Java繪圖面板在布點圖相應的位置上繪出點號，以便主導窗口變化時點號做出相應顏色的改變。由此實現二維平面圖的顯示與變換。

3 系統實現具體方法

3.1 表格數據與曲線窗口界面

系統下面的窗口為表格數據與曲線窗口，因為兩者連為一體，所以可以作為一個applet小程序進行創建。

3.2 數據表格的創建

創建一個用來顯示沉降數據的表格，表格具有滾動條，關鍵代碼如下：

3.3 沉降量的計算

此為數據曲線顯示的核心內容。以表格數據為基礎，通過分析已讀入表格中的數據，計算出點數ds、觀測次數cs、每一點每次觀測的沉降量cjl、最大沉降量max、最大沉降點max1、最小沉降量min、最小沉降點min1。關鍵代碼如下：

3.4 曲線面板

利用Java中的繪圖面板，繪制坐標網格，根據算出的沉降量畫出變形曲線。變形曲線的顯示命令寫在生成曲線按鈕下。

3.5 CAD二維平面圖窗口

二維窗口作為另一個獨立的applet小程序，暫且命名為applet2。本身是獨立的，但是applet1中能調用applet2的變量，由此來改變applet2中圖片中點號的顏色。在此，就已經實現了三個窗口的聯動。

4 原型系統實現界面（如圖2～3）

圖2 系統啟動界面

5 結論與展望

5.1 研究成果

圖3 系統運行界面

本研究采用了現代工程測繪和虛擬現實技術、信息系統技術，從自動化、信息化的角度，利用VRML與Java的結合研究開發出了一套面向建筑目標的數字化、高精度、自動化、高效實用的建筑變形監測信息采集和建筑變形信息管理的技術方法（包括建筑變形信息綜合數據采集技術、變形數據的分析處理方法、建筑變形信息管理系統建立、建筑變形結果的三維可視化等），該系統適用于建筑變形數據監測的信息管理系統，實現了變形監測數據采集、處理、分析和預報的自動化、科學化和信息化管理，使之能夠方便、快捷地應用于建筑變形的實際工程。研究的成果主要包括：

（1）遵循設計要求設計出了一個符合設計構思的系統；

（2）基本實現了設計要求的系統的功能，例如三維顯示、二維顯示、數據表格顯示、沉降曲線顯示；

（3）該系統主要面向變形監測，在設計中處處依照和考慮變形監測的原理，來實施該系統。

5.2 未來展望

隨著我國改革開放的不斷深入，經濟的高速發展和綜合國力的持續增強，城市建設已經進入了一個嶄新的歷史發展時期，一大批現代的建筑不斷出現，建筑物越來越向高層化，復雜化發展。然而，伴隨著建筑物的大力發展，對建筑物的監測更是必不可少。建筑物成功筑起，并不代表該建筑就是成功的，還需要經得起時間的考驗，自然的摧毀。為了監測建筑物是否抵擋得住時間的沖刷，變形監測起到了不可替代的重要作用。

為了跟上建筑發展的腳步，變形監測也越來越向高科技發展。在測繪技術日新月異、建筑業高度發達的今天，變形監測和安全監控技術領域面臨著前所未有的機遇和挑戰。

本研究將傳統的變形監測技術整合為工程測量技術與GPS、GIS、虛擬現實技術相結合，幾何監測與物理監測相結合，地球物理、土木建筑等多學科相結合的綜合技術應用體系。突破傳統的變形監測模式。從目前該領域的發展趨勢看，將虛擬現實技術和現代工程測量、信息系統技術有效地融合起來，從自動化和信息化的角度出發，通過合理、有效的技術集成，研究開發出一套面向大型或高層建筑物的數字化、高精度化、自動化、高效實用的建筑變形監測信息采集和管理系統是十分必要的。在不摒棄已有的理論和實踐經驗基礎上，將信息化數字化技術融入進來，帶動這一領域的研究繼續向前快速發展。

本系統還有許多地方不夠完善，在今后的時間里繼續鉆研，爭取早日實現。

[1]李青岳，陳永奇.工程測量學[M].北京：測繪出版社，2008：266～273.

[2]伊堯國.基于3DGIS的建筑變形自動化監測與管理系統的研究與開發[J].工程勘察，2010.

TP311.5

A

1004-7344（2016）08-0279-02

2016-2-3

黎昕宜（1989-），女，助理工程師，本科，主要從事測量工程內業工作。