基于Android 平臺的建（構）筑物水平位移即時監測系統

劉 強

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

0 引言

水平位移監測常見于城市軌道交通的建（構）筑物監測工作中，包括基坑圍護結構樁頂水平位移、周邊建筑物水平位移、基坑內立柱結構水平位移等，常規的監測手段實現過程一般分為3 個步驟：第一步，使用全站儀通過某種測量方法采集水平位移監測點的坐標信息，其中現場水平位移監測數據采集方法主要有小角法、視準線法、后方交會法、極坐標法等；第二步，將全站儀采集的坐標數據導入計算機，進行平差計算等數據處理；第三步，編制監測報告，如果數據出現預警，還需編制預警信息并通過短信、郵箱、風險平臺等上報。常規的監測手段存在流程復雜、耗時長、反饋慢、數據處理環節造假漏洞多等不足，因此非常必要開發一種新的即時監測系統。

隨著手持設備無線傳輸技術的不斷發展，以及工程建設參與各方對監測數據即時性、準確性、真實性的要求不斷提高，基于手持設備（手機、Pad 等）的即時監測軟件成了各監測單位的研究熱點，本文提出一種基于Android 平臺的建（構）筑物水平位移即時監測新方法，并從系統設計、功能實現、實踐驗證3 個方面對該軟件進行介紹。

1 即時監測系統的設計

1.1 執行標準與原則

執行的標準主要有兩個，分別為GB/T 50308—2017《城市軌道交通工程測量規范》和GB 50911—2013《城市軌道交通工程監測技術規范》。

該系統的設計原則為：嚴格按照規范中的各項要求，各等級監測對應各自的規范標準，不得越級或降級設計（表1）。

表1 建（構）筑物水平位移監測精度

需要注意的是：①監測點坐標中誤差指的是監測點相對測站點的坐標中誤差，為點位中誤差的②當根據累計變化量和變化速率選擇的精度要求不一致時，優先按變化速率的要求確定。

1.2 測量程序設計

基于Android 平臺的建（構）筑物水平位移即時監測軟件的測量流程，主要內容包括新建測量任務（或加載既有任務）、現場監測數據采集、中間測量參數限差檢核、數據預警情況檢核、數據保存、成果檢查及上傳（圖1）。

圖1 程序執行流程

2 功能的實現

2.1 系統功能架構

該系統以Android Studio 為開發平臺，使用Java語言開發實現，由“用戶管理系統”“測量系統”和“成果應用系統”共3 個子系統組成，其中：“用戶管理系統”包括“用戶注冊”和“測站管理”兩個模塊，“測量系統”包括“新建任務”“加載任務”“數據恢復”3 個模塊，“成果應用系統”包括“數據同步”“成果報表”兩個模塊（圖2）。

圖2 系統功能架構

2.2 系統功能實現

2.2.1 用戶注冊

點擊系統主界面右上角的“用戶注冊”功能鍵，即可進入用戶注冊界面，該軟件可以在后臺自動識別手持設備的MAC 地址，用戶依次填寫“用戶姓名”“所在單位名稱”、該用戶權限內的工點，填寫完成后點擊提交審核，平臺管理單位可以在后臺對申請信息進行審核，審核通過后即可完成用戶注冊全部工作。另外，在注冊界面下可以通過“幫助”功能了解各項功能的作用和默認參數等。

2.2.2 測站管理

在系統主界面下點擊“測站管理”功能鍵，進入“測站管理”模塊，點擊“載入線路”功能鍵即可自動獲取當前設備MAC 權限下的所有線路及工點。本模塊包括兩個二級功能，分別為“新建測站”和“修改測站”。其中，“新建測站”用于為當前選擇工點創建新的測站，并從該工點測點庫中選擇需要加入本測量線路的測點，該功能可以實現在后臺提前建立線路，現場使用時可以直接調用，減少現場復雜環境下的操作工作量；“修改測站”用于對既有測站的測點庫進行編輯修改，如果實際使用時出現測量線路調整、監測點調整的情況可以使用該功能，新建測站或修改測站完成后點擊確認提交可以完成該操作。

2.2.3 新建任務

在系統主界面下點擊“新建任務”功能鍵，進入新建任務主界面，在該界面下可以進行測量工點、儀器類型、儀器序列號、測站坐標、后視輸入方式、測回數、觀測人員、天氣、濕度等參數的選擇，選擇完成后可以在手持設備上連接對應全站儀的內置藍牙，藍牙連接完成后進入測量界面。

該功能又有3 個二級功能，分別為“數據獲取”“重測當前測點”和“重測當前測回”。

“數據獲取”主要通過手持設備的藍牙向全站儀發送測量指令進行測角測距，測量的同時App 可以在后臺同步計算各測量參數是否存在超限情況，如有超限則會對具體超限原因進行彈窗提示（圖3）。當提示單次測量結果超過限差要求時，用戶可以重新操作儀器校準，然后使用“重測當前測點”重新測量，如果當前測點的重測無法滿足限差要求或者提示測回超限時，用戶可以使用“重測當前測回”功能重新測量該測回，直至測量結果滿足精度要求。另外，系統在獲取數據的同時還可以通過后臺實時計算判斷是否存在預警情況，如有新增預警或預警升級則會有具體的預警彈窗提示，用戶可以第一時間核實預警情況（圖4）。

圖3 測量誤差超限提示

圖4 監測結果預警情況提示

2.2.4 加載任務

“加載任務”功能用于加載已通過該設備完成的測量任務，無需重新新建任務及選擇參數，默認使用上次測量參數并直接進入獲取數據的步驟，簡化測量流程，大大節約現場測量時間。

2.2.5 數據恢復

“數據恢復”功能用于恢復因各種原因導致程序異常退出而未完成的測量任務，現場測量時難免出現藍牙中斷、手持設備電源中斷、系統故障等情況，該功能針對以上情況進行設計，避免了因異常中斷導致重新返工測量帶來的人力及時間消耗。

2.2.6 數據同步

“數據同步”功能用于從風險管控平臺把原始數據、成果數據同步到手持設備中，用戶可以使用該功能隨時同步任意工點、任意測點、任意時間段的歷史數據，進而可以在手持設備上查看監測數據并進行變形曲線分析，現場查看變形規律分析判斷建（構）筑物的風險狀態（圖5）。

圖5 監測數據變形曲線分析

2.2.7 成果報表

“成果報表”功能用于把保存完成的測量任務一鍵轉為固定格式的原始數據及成果報表，用戶可以在手持設備上第一時間核實原始數據和成果報表是否存在錯誤，核實無誤后可以將測量成果一鍵上傳至風險管控平臺。手持設備上顯示的原始記錄和成果報表如圖6 所示。

圖6 原始記錄和成果報表

3 實測應用

該系統分別在徐州地鐵、北京地鐵的兩個在施基坑工程進行實測應用，其中：在徐州地鐵選擇某一標準車站主體基坑，基坑監測中包含24 個樁頂水平位移監測點、4 個立柱水平位移監測點、4 個建筑物水平位移監測點；在北京地鐵選擇某一較長的車站主體基坑，基坑監測中包含36 個樁頂水平位移監測點、8 個建筑物水平位移監測點。同時使用常規監測手段進行同步監測，并將兩種手段的測量結果進行對比，結果證明利用該系統測量得到的結果與常規監測的結果基本吻合，且同一時間段的重復測量結果更為穩定。

同時使用該建（構）筑物水平位移即時監測系統和常規監測針對同一基坑進行了外業數據采集及內業數據處理使用時間進行比對。從表2 可以看出，雖然即時監測系統在現場操作時多用了2～3 min 的時間，但是內業處理耗時大大低于常規監測手段，基本上達到測量的即時處理、即時出報表的程度。

表2 兩種監測手段的耗時對比

使用即時監測系統可以在現場測量時同步檢核各項測量參數是否存在超限情況，如存在超限可以第一時間安排重測，避免了常規測量手段因內業計算發現超限而返工帶來的大量時間消耗問題。另外，如果存在監測預警情況，測量人員現場第一時間核實后可以一鍵發送預警信息給相關人員，減少了常規監測手段的數據處理、預警單制作、郵箱或短信報送等環節的時間消耗；而且使用即時監測系統還能夠避免人為篡改監測數據的問題，保證監測數據的真實性。

4 結束語

實踐證明，該基于Android 平臺的建（構）筑物水平位移即時監測系統基本實現了各類建（構）筑物水平位移即時監測的需求，系統操作簡單，數據的準確性、真實性、即時性更強，大大減少測量人員的工作量，真實反饋了所監測建（構）筑物的變形情況，實際應用價值較高。