基于GPS的基坑監測數據處理及可視化實現

趙志剛 蒙恬

摘要：本文結合基坑數據的特點和編程語言C#，聯合SQL Server 2005探究一套新的數據基坑監測數據處理體系，并在此基礎上結合VC++6.0開發工具和OpenGL相關特性實現GPS基坑監測數據一維、二維、三維三個層面的可視化處理，便于相關人員進行數據的實時動態監測。

關鍵詞：GPS；基坑監測數據；可視化

中圖分類號：P228.4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）06-0043-02

隨著我國經濟的發展，城市里陸續出現了很多大型建筑物，很多基坑的開挖和支護難度也在逐漸增加，為此我們必須要對基坑進行監測，并做好基坑監測的數據處理，以便能夠為基坑開挖工程提供更好的數據分析結果。基坑監測數據處理方面出現了許多問題，尤以數據監測方法不一為重。因此，我們必須要研發一套整體的基坑監測數據處理系統，以達到更好的處理和分析各種數據的目的。

1 基坑監測數據處理體系

本體系將以.NET為開發平臺，利用C#編寫語言，并借助于SQL Server2005數據庫，最終達到精確監測和分析基坑數據的目的。

1.1 系統功能設計

本體系將針對數據的監測和后期分析處理將體系功能從八個方面設計實施，分別是：數據輸入、數據分類和查找、數據的編輯和整理、分析處理數據、輸出數據分析結果、系統管理以及數據預測、幫助方面[1]。

（1）數據輸入：本體系可以接收輸入的數據格式為txt文本和excel格式，此外也能夠接收手動輸入的數據。（2）數據查找：本套系統的查找功能將會按照各個工程類別、基坑監測數據日期以及各類組別進行分類，以保證施工人員能夠更清晰地看到基坑實時監測數據，做出更好的施工方案。數據查找人員可以根據不同工程和組號類別等單獨查找相關數據，也可以同時查找多組數據，還能夠通過該系統進行相關數據的最大值和最小值的查找。（3）數據的編輯和整理：本套基坑監測數據處理體系在輸入數據后將對數據進行相關的編輯和整理，包括剔除一些差別較大的數據和修改一些數據等。（4）分析處理數據：該項功能是指通過使用一些算法對于輸入系統的原始數據進行相應的極值、方差等的計算和分析，并根據相應計算結果分析數據是否符合相關規定，是否超出了相應工程規定報警值，以保證最終施工安全。（5）輸出數據分析結果：即將上述數據處理結果以表格的形式導出，方便后期的查找分析。（6）系統管理：該項功能則是為了方便相關人員對于整套系統的使用和維護。其中包括各類數據以及原始數據等的備份和恢復、系統相關的管理設置、系統的維護管理以及相關用戶信息管理。（7）數據預測：根據數據的處理分析結果，與系統內部設定的報警值相比，做出相應的未來數據的預測。（8）幫助：即在系統設計時要設定好相應數據的格式，并做出詳細的使用手冊幫助用戶更好地使用系統。

1.2 具體功能實現設計

（1）數據輸入：使用C#語言編寫相關的數據格式識別程序，并設定相應的數據手動輸入格式，方便用戶特定情況下手動輸入數據。（2）數據查找：在C#語言中加入SQL查詢語言，并在其中采用ADO.NET技術以達到實時查找各類相關數據的目的，注意輸入的查找條件要符合相應的查找指令。（3）數據的編輯和整理：結合.NET開發工具，利用Data Grid View創設相關的Data Set數據集，并借助于輸入的數據返回到相應數據集對數據進行分類整理，以及一些必要的數據刪改和更新。（4）分析處理數據：利用圖形圖像等相關技術設計編寫基坑監測數據所需算法，如計算原始數據的最值、均值分析算法、遞歸算法等。最終根據算法結果與系統內部設定的報警值相比對相關數據進行預測。（5）輸出數據分析結果：利用EXCEL將相應的數據分析結果的表格、折線圖等導出來。（6）系統管理：在.NET下利用相關的編程控件，設置相應的數據備份和恢復系統，并設置基坑監測數據處理所需的窗口和相應信息管理欄目，如報警值的設定、用戶信息管理以及系統出現問題時的維護設計等。（7）數據預測：采用卡爾曼濾波算法，在系統對數據進行分析后與報警值比對分析，對未來數據進行預測。（8）幫助：利用word仔細編寫本套系統的用戶使用手冊，編寫完成后要將其設置特定的文件夾，以便用戶能夠隨時查用[2]。

2 監測基坑數據可視化的實現

隨著科技的發展，越來越多的繪圖軟件被開發出來，其中不乏一些能夠實現數據可視化的繪圖工具。如在建筑工程中常用的3DMAX建模軟件、AutoCAD制圖軟件。但前者在進行數據可視化處理時不能夠做到數據的實時動態監測，而后者又不能夠隨數據變化而實時更新，也不能夠很好地應用于基坑數據可視化的實時動態監測。而OpenGL工具則能較好地規避上述問題，且擁有豐富的圖形庫，不僅能獨立使用也能夠跨平臺使用，十分符合基坑監測數據系統的需求。因此本文將以VC++6.0作為開發工具，利用OpenGL設計數據三維圖形，達到GPS基坑監測數據可視化的目的[3]。這種數據可視化的實現包括一維、二維以及三維三個層面的功能，一維可以實現單一維度的位移時數據的可視化，以實時監測監測點的振幅范圍等內容；二維則能夠實現平面數據的可視化的監測，進而分析監測點的平面位置等；三維則能夠實現立體空間數據的動態性可視化功能，反映監測部位立體空間的動態數據變化。通過這三種層面數據可視化的實現能夠幫助相關人員對于基坑監測數據有更深的了解，便于其做出更科學的決策。

2.1 建立OpenGL應用程序框架

因OpenGL工具的操作體系不受相應硬件系統和窗口系統的影響，因此在利用這個工具進行相關數據繪圖前，必須要利用VC++6.0在其中加入一些相關的設置，如相應的視圖文件設置、繪圖函數設置等。即要建立OpenGL應用程序框架，以便實現后期三個層面數據可視化繪圖處理。

2.2 監測系統的三個層面可視化實現流程

（1）首先要建立一個新的窗口，然后進行窗口初始化的設置，調節其背景顏色。并在其中設置定時器以及程序開始的觸發開關。（2）然后進行OpenGL變換，具體是根據計算機屏幕的坐標系和實際坐標的關系設置相應視口，并進行投影變換。（3）根據所需模式，分別進行一維、二維、三維層面的背景設置和視景變換，最終畫出所需圖形。

3 結語

隨著科學技術的發展，GPS定位技術已經應用于各個行業和各個方面。其不僅能夠用于車載導航，也能夠用于測繪以及數據監測方面。本文針對其在基坑中的監測作用設計探討了相關基坑監測數據處理體系，并運用相應的編寫軟件和圖形開發工具進行了數據可視化實現的技術探討。希望本文對于相關人員有一定的幫助作用。

參考文獻

[1]徐楊青，程琳.基坑監測數據分析處理及預測預警系統研究[J].巖土工程學報，2014，（S1）：219-224.

[2]孟鵬.基于感知數據的三維可視化平臺的設計與實現[D].天津大學，2013.

[3]黃聲享，沈鳳嬌，張翠峰.GPS幾何監測系統的三維可視化設計與初步實現[J].測繪工程，2010，（01）：1-4.

Abstract：In this paper， according to the characteristics of the excavation data and programming language c #， SQL Server 2005 joint to explore a new set of data of foundation pit monitoring data processing system， and on this basis， combining with vc + + 6.0 development tools and OpenGL features related to realize GPS foundation pit monitoring data of one dimension， from three aspects of 2 d and 3 d visualization processing， is advantageous for the related personnel for the real-time dynamic monitoring data.

Key words：GPS； foundation pit monitoring data； visualization