黎昕宜

（柳州市勘察測(cè)繪研究院 廣西柳州 545006）

基于JAVA的建筑變形信息管理系統(tǒng)構(gòu)建方法設(shè)計(jì)

黎昕宜

（柳州市勘察測(cè)繪研究院 廣西柳州 545006）

通過變形監(jiān)測(cè)所得到的數(shù)據(jù)，利用Java與VRML建立三維建筑變形信息自動(dòng)化采集與管理技術(shù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)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(tǒng)可以獲得變形體的空間狀態(tài)和時(shí)間特征并做出變形的幾何分析和物理解釋，據(jù)此確保建筑物施工和運(yùn)行的安全。

變形監(jiān)測(cè)；VRML；虛擬現(xiàn)實(shí)；三維GIS

1 緒論

1.1 建筑變形概述

變形監(jiān)測(cè)指利用專用的儀器和方法對(duì)變形體的變形現(xiàn)象進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)、對(duì)變形體變形性態(tài)進(jìn)行分析和變形體變形的發(fā)展態(tài)勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)等的各項(xiàng)工作。其任務(wù)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(tài)和時(shí)間特征。通過其了解建筑物的穩(wěn)定性，監(jiān)視它的安全情況，研究變形規(guī)律，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)理論及其所采用的計(jì)算方法和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，是工程測(cè)量學(xué)的重要內(nèi)容之一。

在測(cè)量工程的實(shí)施和科學(xué)研究活動(dòng)中，變形監(jiān)測(cè)占有重要的位置。通過變形觀測(cè)取得的數(shù)據(jù)，可以獲知工程建筑物的狀態(tài)變化和工作情況，在發(fā)現(xiàn)有不正?，F(xiàn)象時(shí)，可以及時(shí)分析原因，采取措施，防止事故發(fā)生，并改善運(yùn)營(yíng)方式，以保證建筑物安全。所以說，變形測(cè)量是工程管理工作的耳目。其次，在施工在竣工后對(duì)建筑物進(jìn)行觀測(cè)和分析研究，可以驗(yàn)證地基合基礎(chǔ)的計(jì)算方法是否正確，對(duì)不同的地基與工程結(jié)構(gòu)制定合理的允許沉降與變形的數(shù)值，為工程建筑的設(shè)計(jì)、施工、管理工作提供資料。因此在現(xiàn)行建筑施工規(guī)范中已明確規(guī)定，建筑物完工并交付使用之前的驗(yàn)收，其變形監(jiān)測(cè)資料是該項(xiàng)工程是否合格的一項(xiàng)重要內(nèi)容及依據(jù)[1]。

1.2 研究?jī)?nèi)容

本研究將采用現(xiàn)代工程測(cè)繪和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、信息系統(tǒng)技術(shù)，從自動(dòng)化、信息化的角度，通過合理、有效的技術(shù)集成和融合，利用VRML與Java的結(jié)合研究開發(fā)出一套面向大型和高層建筑目標(biāo)的數(shù)字化、高精度、自動(dòng)化、高效實(shí)用的建筑變形監(jiān)測(cè)信息采集和建筑變形信息管理的技術(shù)方法，開發(fā)出一套適用于建筑變形數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集、處理、分析和預(yù)報(bào)的自動(dòng)化、科學(xué)化和信息化管理，使之能夠方便、快捷地應(yīng)用于建筑變形的實(shí)際工程[2]。

2 系統(tǒng)構(gòu)建方法設(shè)計(jì)

2.1 整體設(shè)計(jì)思路

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)大體上遵循用VRML建模，Java驅(qū)動(dòng)這么一個(gè)思路。利用同一個(gè)工程的建筑三維模型、二維圖形、沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)來運(yùn)行該軟件。具體思路如下：

首先，系統(tǒng)的窗口界面用Java語言編寫，制作成Applet小程序嵌入網(wǎng)頁中運(yùn)行。界面分為四個(gè)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(shù)據(jù)窗口。界面具備菜單欄。大體樣式如表1。

表1

實(shí)現(xiàn)如下的功能：

曲線窗口和三維窗口為主導(dǎo)窗口。

當(dāng)曲線窗口顯示最大或最小或任一點(diǎn)沉降曲線時(shí)，三維窗口中的三維模型改變視點(diǎn)并且發(fā)光顯示對(duì)應(yīng)沉降點(diǎn)，二維窗口中對(duì)應(yīng)的點(diǎn)號(hào)改變顏色，表格中對(duì)應(yīng)的點(diǎn)所占的行改變顏色。

當(dāng)三維窗口中的模型根據(jù)需要變換時(shí)，單擊任一沉降點(diǎn)，二維窗口對(duì)應(yīng)的沉降點(diǎn)改變顏色，曲線窗口自動(dòng)生成該點(diǎn)的沉降曲線，表格窗口中對(duì)應(yīng)的沉降點(diǎn)所占的行改變顏色。

最終實(shí)現(xiàn)四個(gè)窗口的聯(lián)動(dòng)，三維顯示，二維顯示，曲線顯示，表格數(shù)據(jù)顯示。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器讀寫數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)顯示在數(shù)據(jù)表格中，應(yīng)用模塊中的其他項(xiàng)通過數(shù)據(jù)表格產(chǎn)生作用，包括實(shí)現(xiàn)三維模型顯示、變形曲線顯示、CAD二維圖片顯示。最后實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的瀏覽器界面，如圖1所示。

圖1

2.3 功能設(shè)計(jì)

（1）數(shù)據(jù)窗口

利用Java編程讀取所選取的TXT數(shù)據(jù)文件，讀取該建筑的沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)，并且把讀到的數(shù)據(jù)顯示在用Java創(chuàng)建的表格中。讀取的同時(shí)利用Java里的數(shù)組功能，定義一個(gè)二維數(shù)組，一維用來表示某點(diǎn)，另一維用來表示該點(diǎn)某次觀測(cè)。用某點(diǎn)第一次觀測(cè)的高程數(shù)據(jù)減該點(diǎn)的每次觀測(cè)的高程數(shù)據(jù)，由此計(jì)算出每一點(diǎn)每一次觀測(cè)的沉降量、最大沉降點(diǎn)、最小沉降點(diǎn)、平均沉降量。并且算出觀測(cè)次數(shù)與觀測(cè)點(diǎn)數(shù)。把所算值分別賦給一個(gè)變量，方便其他窗口的引用。

（2）曲線窗口

根據(jù)所計(jì)算出的某點(diǎn)每次的沉降量，利用Java里的繪圖面板，把沉降量數(shù)組的值轉(zhuǎn)化為確定直線兩點(diǎn)的坐標(biāo)值，畫出每?jī)纱斡^測(cè)之間的直線，整體連起來就為某點(diǎn)的沉降曲線。并且可以顯示最大沉降點(diǎn)、最小沉降點(diǎn)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(zhuǎn)換為VRML代碼，由此Java可以識(shí)別。利用Java編程去改變VRML代碼里的節(jié)點(diǎn)，由此來改變?nèi)S模型。最后實(shí)現(xiàn)三維模型的顯示和變換功能。

（4）二維窗口

把與變形數(shù)據(jù)同一建筑的CAD二維平面布點(diǎn)圖顯示在二維窗口里。并用Java繪圖面板在布點(diǎn)圖相應(yīng)的位置上繪出點(diǎn)號(hào)，以便主導(dǎo)窗口變化時(shí)點(diǎn)號(hào)做出相應(yīng)顏色的改變。由此實(shí)現(xiàn)二維平面圖的顯示與變換。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)具體方法

3.1 表格數(shù)據(jù)與曲線窗口界面

系統(tǒng)下面的窗口為表格數(shù)據(jù)與曲線窗口，因?yàn)閮烧哌B為一體，所以可以作為一個(gè)applet小程序進(jìn)行創(chuàng)建。

3.2 數(shù)據(jù)表格的創(chuàng)建

創(chuàng)建一個(gè)用來顯示沉降數(shù)據(jù)的表格，表格具有滾動(dòng)條，關(guān)鍵代碼如下：

3.3 沉降量的計(jì)算

此為數(shù)據(jù)曲線顯示的核心內(nèi)容。以表格數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過分析已讀入表格中的數(shù)據(jù)，計(jì)算出點(diǎn)數(shù)ds、觀測(cè)次數(shù)cs、每一點(diǎn)每次觀測(cè)的沉降量cjl、最大沉降量max、最大沉降點(diǎn)max1、最小沉降量min、最小沉降點(diǎn)min1。關(guān)鍵代碼如下：

3.4 曲線面板

利用Java中的繪圖面板，繪制坐標(biāo)網(wǎng)格，根據(jù)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(gè)獨(dú)立的applet小程序，暫且命名為applet2。本身是獨(dú)立的，但是applet1中能調(diào)用applet2的變量，由此來改變applet2中圖片中點(diǎn)號(hào)的顏色。在此，就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了三個(gè)窗口的聯(lián)動(dòng)。

4 原型系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)界面（如圖2～3）

圖2 系統(tǒng)啟動(dòng)界面

5 結(jié)論與展望

5.1 研究成果

圖3 系統(tǒng)運(yùn)行界面

本研究采用了現(xiàn)代工程測(cè)繪和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、信息系統(tǒng)技術(shù)，從自動(dòng)化、信息化的角度，利用VRML與Java的結(jié)合研究開發(fā)出了一套面向建筑目標(biāo)的數(shù)字化、高精度、自動(dòng)化、高效實(shí)用的建筑變形監(jiān)測(cè)信息采集和建筑變形信息管理的技術(shù)方法（包括建筑變形信息綜合數(shù)據(jù)采集技術(shù)、變形數(shù)據(jù)的分析處理方法、建筑變形信息管理系統(tǒng)建立、建筑變形結(jié)果的三維可視化等），該系統(tǒng)適用于建筑變形數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集、處理、分析和預(yù)報(bào)的自動(dòng)化、科學(xué)化和信息化管理，使之能夠方便、快捷地應(yīng)用于建筑變形的實(shí)際工程。研究的成果主要包括：

（1）遵循設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出了一個(gè)符合設(shè)計(jì)構(gòu)思的系統(tǒng)；

（2）基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求的系統(tǒng)的功能，例如三維顯示、二維顯示、數(shù)據(jù)表格顯示、沉降曲線顯示；

（3）該系統(tǒng)主要面向變形監(jiān)測(cè)，在設(shè)計(jì)中處處依照和考慮變形監(jiān)測(cè)的原理，來實(shí)施該系統(tǒng)。

5.2 未來展望

隨著我國(guó)改革開放的不斷深入，經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和綜合國(guó)力的持續(xù)增強(qiáng)，城市建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的歷史發(fā)展時(shí)期，一大批現(xiàn)代的建筑不斷出現(xiàn)，建筑物越來越向高層化，復(fù)雜化發(fā)展。然而，伴隨著建筑物的大力發(fā)展，對(duì)建筑物的監(jiān)測(cè)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(jīng)得起時(shí)間的考驗(yàn)，自然的摧毀。為了監(jiān)測(cè)建筑物是否抵擋得住時(shí)間的沖刷，變形監(jiān)測(cè)起到了不可替代的重要作用。

為了跟上建筑發(fā)展的腳步，變形監(jiān)測(cè)也越來越向高科技發(fā)展。在測(cè)繪技術(shù)日新月異、建筑業(yè)高度發(fā)達(dá)的今天，變形監(jiān)測(cè)和安全監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域面臨著前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

本研究將傳統(tǒng)的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)整合為工程測(cè)量技術(shù)與GPS、GIS、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，幾何監(jiān)測(cè)與物理監(jiān)測(cè)相結(jié)合，地球物理、土木建筑等多學(xué)科相結(jié)合的綜合技術(shù)應(yīng)用體系。突破傳統(tǒng)的變形監(jiān)測(cè)模式。從目前該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)看，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和現(xiàn)代工程測(cè)量、信息系統(tǒng)技術(shù)有效地融合起來，從自動(dòng)化和信息化的角度出發(fā)，通過合理、有效的技術(shù)集成，研究開發(fā)出一套面向大型或高層建筑物的數(shù)字化、高精度化、自動(dòng)化、高效實(shí)用的建筑變形監(jiān)測(cè)信息采集和管理系統(tǒng)是十分必要的。在不摒棄已有的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，將信息化數(shù)字化技術(shù)融入進(jìn)來，帶動(dòng)這一領(lǐng)域的研究繼續(xù)向前快速發(fā)展。

本系統(tǒng)還有許多地方不夠完善，在今后的時(shí)間里繼續(xù)鉆研，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)。

[1]李青岳，陳永奇.工程測(cè)量學(xué)[M].北京：測(cè)繪出版社，2008：266～273.

[2]伊堯國(guó).基于3DGIS的建筑變形自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)[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(cè)量工程內(nèi)業(yè)工作。