地鐵結構安全監控與預警中心系統的設計及應用

鄧顯威

摘要：闡述了地鐵結構安全監控與預警中心的需求分析，詳細介紹了系統架構。對實際開發中遇到的問題及解決辦法進行了詳細解析。軟件架構及解決方法，可在類似的工程軟件中推廣應用。

關鍵詞：自動化；監控系統；大屏展示；隧道結構安全

1 概述

隨著我國經濟的發展和城市化水平的提高，城市軌道交通也在大力發展。城市軌道交通結構以地下軌道交通為主，其建設是在巖土體內部進行的，無論采用何種開挖方法以及不同的埋深， 地鐵隧道結構在建設中以及建成后，因地質、地下水、鄰近基坑施工以及本身結構負荷等各方面的綜合影響，可能會使隧道結構產生裂縫、變形等危害隧道安全的變化，必須及時準確的進行長期的變形監測以便及時發現和預報險情，保證隧道的施工以及運營的安全。

現階段地鐵結構監測成果反饋存在監測數據分散、數據管理混亂、數據報警不及時等問題，難以對地鐵隧道結構進行實時維護及管理外部施工。隨著各大城市地鐵多條線路的相繼投入運營使用，存在的問題會越來越突出。針對這些存在的問題，開發監控與預警中心，保障地鐵結構、信息化管理外部施工，是非常有必要的。本文詳細闡述地鐵結構變形監控與預警中心的相關開發問題。

2 需求分析

根據廣州地鐵結構運營監測及地保監測項目的運行，分析得出地鐵結構安全監控與預警中心的具體需求如下：

[JP2]（1）運營期隧道結構變形監測數據實時接入；（2）多項目管理；（3）數據成果的科學管理；（4）用戶及用戶權限管理；（5）監測成果資料的查詢；（6）監測成果的圖形顯示；（7）報表的自動生成，數據成果輸出；（8）后期擴展要求；（9）性能、界面友好等。[JP]

3 系統架構

根據需求分析，地鐵結構安全監控與預警中心采取在企業云上部署服務器及數據庫，外部數據統一經過物聯網及VPN的安全驗證后才能接入數據庫。前端展示形式為Web端大屏瀏覽、手機端瀏覽、Web端后臺管理，為兼容計算機硬件和操作系統的約束而在任意計算機環境下正常運行，本系統采用java語言編寫。

（1）數據錄入：數據錄入主要來源為現場可自動測量無需人工操作的數據采集設備如：全自動全站儀、靜力水準儀、裂縫計、溫度計等經過自動采集裝置采集數據后，通過VPN自動上傳至云平臺；另外由人工測量所得數據，通過統一格式手動導入云平臺。

（2）Web端大屏瀏覽：大屏瀏覽為監控中心的主要功能，該瀏覽放置在實時監控中心60寸大屏幕上，可查閱所有項目數據信息、報警信息等資料。當有項目數據超過報警值時，會自動滾動報警信息，并對該項目進行閃爍標記。

（3）手機端瀏覽：手機端主要為方便查閱數據，可在微信關注該軟件公眾號，當獲得某項目的權限后，即可在公眾號上獲得推送項目實時報警等相關信息的服務，并能隨時在手機上查閱項目數據信息。

（4）后臺管理：后臺可進行工程管理，分配人員項目權限，預警消除，信息推送等操作。

4 系統的應用

本系統采取開發、使用、測試平行推進的開發模式，以實際工程人員的使用意見為測試的界面及修改意見，項目經過半年、上百個項目、超過一百萬條的監測數據測試，現已申請獲得軟件著作權，并正式投入應用。本系統的成功應用為地鐵隧道結構安全提供了保障。

5 開發中的問題及解決

在開發過程中遇到了一些問題，為系統的推進造成了一定阻礙，以下為開發中的遇到的部分問題及解決辦法。

（1）海量數據的查詢優化：本系統整合了廣州地鐵全線網多年運營監測數據及地保監測數據。由于數據量巨大，當項目進行至一半，系統中數據已達百萬條，導致數據讀取慢、曲線圖加載頁面卡死等問題出現。

為了解決該問題，在數據庫中采取建立臨時表，優化數據查詢條件，解決了數據讀取慢的問題；采用取樣繪制曲線圖，解決了曲線圖加載頁面卡死的問題。

（2）大屏幕展示分塊：由于需要在國家實驗室通過大屏實時監控多個項目的監測情況，大屏顯示內容有限，且一般情況下不允許跳轉。

為了完全利用大屏資源，在本系統中將大屏切割成左、中、右三部分，中間部分展示地鐵大線網圖，可在線網圖選取線路、區間或項目，直接點擊某項目進入項目信息查閱；左邊部分展示總的項目數據、統計信息及發布信息，可查閱總項目數、項目報警、設備使用情況等信息；右邊部分展示單個項目信息及曲線圖，可查閱項目的詳細信息、數據、曲線圖等資料。線網數據及項目數據在分塊中各自清晰顯示、互相關聯、互不干擾。

圖5 大屏功能區示意圖

（3）多種類數據兼容：本系統中錄入了全自動全站儀、靜力水準、裂縫計、測距儀、人工監測項目等十多種數據，各種數據輸入格式不同。

本系統中針對不同的輸入方式采取不同的輸入函數接口，數據輸出為統一的輸出接口，既兼容了數據錄入的多樣性，又保證了數據展示的協調性、統一性。

6 結語

廣州多年運營的地鐵線網，積累了大量的運營監測數據，為建立本系統提供了基礎支撐。該系統的應用，全面提高了廣州地鐵運營信息化反饋的效率，為地鐵隧道結構安全的健康安全提供了保障。地鐵隧道結構的安全，直接影響著運營地鐵車輛的運行安全，保障地鐵結構的安全就有效的保證了國家和人民的生命財產安全，保障了社會的穩定。

如何充分利用廣州地鐵多年運運營的隧、運、機、工、電、車等監測數據服務于地鐵隧道、服務于工程，挖掘數據的共性等若干問題還有待進一步深入研究。本系統的成功應用，可為類似的軟件工程開發提供參考。

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