基于PDA與WebGIS的地鐵基坑工程監測系統設計

王永明

摘 要：在分析地鐵基坑工程施工環境與監測現狀的基礎上，針對人工觀測、手動計算存在的低效性與滯后性問題，提出了支持全站儀、電子水準儀、傳感器等監測設備，涵蓋水平位移、豎向位移、支撐軸力等應測項目，集數據采集、計算、傳輸、管理等功能于一體的監測系統建設方案，論述了系統總體組成結構，探討了系統功能實現思路，有助于提高監測時效性。

關鍵詞：PDA;WebGIS;基坑監測;變形計算;數據管理

0 引言

隨著城市化進程的加快，城市地鐵建設規模不斷擴大，其涉及的基坑工程逐步增多。受地質條件、開挖卸載與地面超載等因素影響，基坑支護結構與周邊環境難免出現變形，為確保現場施工的穩定性與安全性，須對其進行周期性監測，以便及時發現并反饋險情隱患，采取必要措施予以消除[1]。目前，多數單位仍采用外業人工觀測記錄、內業手動錄入計算的傳統模式，將數據采集與處理工作分開，以紙質圖表形式提交監測成果，無法實時檢核數據準確性并評定工程安全性，作業效率低。針對地鐵基坑工程監測項目多、數據雜等特點，本文在精密變形測量、傳感器檢測、遠程通信、信息可視化監控、WebGIS等技術支撐下，聯合采用嵌入式與WebGIS開發模式，設計內、外業一體化基坑監測系統。

1 監測方法選取

由《城市軌道交通工程監測技術規范》可知，地鐵基坑工程儀器監測的應測項目包括水平位移、豎向位移、深層水平位移、支撐軸力、地下水位、傾斜與裂縫等類別[2]。各監測項目擬選用的主要數據采集方法如表1所示。

2 系統總體設計

系統的建立旨在充分發揮嵌入式移動開發與WebGIS技術的優勢，實現基坑監測內、外業的協同作業。

在外業測量端，涉及到基坑工程監測數據現場采集、處理、分析與上傳問題，開發運行于PDA的子系統。其中，PDA通過數據線或藍牙與水準儀、全站儀等測繪儀器

連接，系統測量模塊發送數據采集指令后，儀器自動觀測并返回數據;測斜儀、應力計、水位計、測縫計等巖土傳感器需借助多通道采集器完成信號轉換，PDA發送測量指令后，采集器激發巖土傳感器應答，待接收到巖土傳感器返回的信號后，再傳至PDA;同時，系統也支持人工讀數的補充錄入。監測數據采集完畢后，利用計算模塊完成數據處理，給出當期變化、累計變化、變化速率等變形指標，提示超報警值點號，實現基坑工程安全狀態的即時評定，待確認無誤后，通過GPRS模塊將數據發送至內業管理服務器。在內業管理端，系統將接收的監測信息統一存放于后臺數據庫上，依據用戶權限，提供對應的Web服務。

3 系統功能實現

3.1 外業測量子系統

該子系統在Windows CE環境下采用C++編程語言進行開發，主要包括工程、信息、連接、測量、查詢、傳輸等功能模塊。

工程：在新建工程時，需填入工程名稱、工程編號、項目負責人等基本信息，并選擇擬監測項目，確認后系統將建立相應的工程文件。

信息：支持監測人員、監測設備、測點屬性、測量技術指標等信息的批量導入或手動錄入。

連接：PDA系統與水準儀、全站儀、多通道采集器等儀器設備是通過基于RS232的串口進行數據通信的。在實現雙向通信前，需設置波特率、數據位等通信參數，并進行串口連接[3]。

測量：在進行新一期監測任務時，需通過新建測量設置日期、天氣、人員、設備等信息，經確認后轉入對應項目的監測界面，待所有監測點數據采集完畢后，即可自動進行變形計算，若閉合差等指標超限，及時予以提示，以便查明原因。

查詢：對存儲于工程文件夾中的已測各期歷史數據進行查詢。

傳輸：采用自帶GPRS模塊的PDA將數據文件或現場照片上傳至服務器。

3.2 內業管理子系統

該子系統在Visual Studio平臺下采用C#編程語言進行開發，系統由菜單欄、工具欄、狀態欄、工程列表、預警概況、電子地圖構成。菜單欄涵蓋了系統的所有功能模塊鏈接;工具欄提供電子地圖刷新按鈕;狀態欄顯示當前工程名稱等輔助信息;工程列表中按在建、竣工和全部三種分類列出用戶權限范圍內涉及的工程名稱，通過雙擊即可切換至對應工程;預警概況顯示在建工程最新監測數據預警點數量，單擊更多，可查看詳細預警數據;電子地圖標示各工程地理位置，并以不同顏色的符號區分各工程最新狀態。

工程管理：包括工程新建與更新、技術文檔備案、巡視檢查信息填報、預警閾值錄入等功能。

數據查詢：依據用戶設置的監測點號、監測期數、時間區段等條件，支持當前工程已存儲的所有實測數據、成果數據及現場圖片的分類查詢。

預警處理：系統采取紅橙黃三級預警機制，并根據預警等級采取不同的預警措施[4]。

統計分析：獲取各監測點歷史最大變形量、預警次數等信息，繪制變形時程曲線圖或位移斷面圖。

成果輸出：提供各類監測文檔（如日報表、巡視檢查表、階段報告、總結報告等）的生成、瀏覽、導出等功能。

信息維護：支持單位、人員、設備、權限等系統級信息的編輯。

文件下載：下載技術文檔、數據模版等資料。

4 結語

本文所設計的監測系統能夠實現地鐵基坑工程監測信息的電子采集、現場處理、及時反饋、全局監控與在線管理。其中，基于PDA的外業測量子系統兼容水準儀、全站儀、測斜儀、應力計、水位計等測繪儀器設備與巖土工程傳感器，涵蓋水平位移、豎向位移、測斜、軸力、水位等幾何量與物理量監測項目，可實現數據采集記錄、處理分析、報警傳輸等功能的一體化;基于WebGIS的內業管理系統能夠實現基坑工程監測成果的即時反饋、在線共享、圖表統計與全面管理。由于基坑工程施工現場環境影響，監測數據采集以人機協作為主，后續有待進一步研究全自動無人值守監測平臺。

參考文獻：

[1]梁亞華，趙維，孫長飛.地鐵深基坑開挖監測方法及常見預警分析[J].現代城市軌道交通，2019（10）：67-72.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部.城市軌道交通工程監測技術規范[S].中國建筑工業出版社，2013.

[3]王新志，柯福陽，趙顯富.基于Visual C#的全站儀與Windows Mobile通信技術[J].測繪通報，2012（7）：91-93.

[4]吳鋒波，金淮，謝謨文，等.城市軌道交通基坑工程監測預警標準研究[J].施工技術，2013（20）：103-107.