王騰華

摘 要：文章立足于鐵路工程質量管理，以互聯(lián)網(wǎng)+和移動網(wǎng)絡相關技術為依托，建立以“監(jiān)測數(shù)據(jù)自動采集傳輸、自動處理、自動反饋”為特征的鐵路線下工程沉降觀測信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)沉降觀測自動化、信息化管理。

關鍵詞：線下工程；沉降觀測；信息化

1 概述

鐵路建設最重要的兩個特點是線路的高平順性和高穩(wěn)定性，從而決定了線下工程沉降觀測工作的重要性。根據(jù)以往經(jīng)驗，沉降觀測管理的發(fā)展方向在于防止人為因素對數(shù)據(jù)真實性的干預，建立及時的數(shù)據(jù)信息反饋機制，方便和簡化管理者掌握結構物沉降數(shù)值，確定沉降觀測的重點，為控制線下工程質量提供依據(jù)。

沉降觀測信息化系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)）采用.NET開發(fā)平臺和基于互聯(lián)網(wǎng)的B/S（瀏覽器/服務器）與C/S（客戶機/服務器）相結合的技術構架，具有數(shù)據(jù)回歸分析與預測功能。根據(jù)不同監(jiān)測項目，內嵌不同的監(jiān)測公式，包括單曲線回歸和雙曲線回歸。采用規(guī)范統(tǒng)一的報表生成技術、可復用軟件構建技術、java技術、XML集成技術、協(xié)同技術、silverlight技術、WPF技術、工作流技術、數(shù)據(jù)庫技術等。是集線下工程沉降觀測數(shù)據(jù)采集、分析、超限提示和遠程監(jiān)控為一體的信息化管理系統(tǒng)。實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、平差、自動上傳，自動計算分析、自動反饋和超限提示，終結內業(yè)資料人工處理模式。

在觀測數(shù)據(jù)成果評估使用方面，評估單位可自系統(tǒng)選擇下載成果數(shù)據(jù)或原始數(shù)據(jù)開展評估工作，通過對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的擬合分析，預評估測點或斷面的沉降曲線圖，直觀準確掌握結構物后續(xù)沉降變化。

2 目標

系統(tǒng)突破傳統(tǒng)管理模式，建立由數(shù)據(jù)采集端、遠程數(shù)據(jù)處理服器端和客戶端三個軟件模塊共同組成的、B/S與C/S架構混合應用于工程管理的線下工程沉降觀測信息化管理平臺，實現(xiàn)沉降觀測數(shù)據(jù)自動采集傳輸、自動處理、自動反饋和超限提示，觀測數(shù)據(jù)及處理結果遠程實時查詢、溯源管理。

3 系統(tǒng)思路

系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集及分析處理、遠程監(jiān)控于一體，由數(shù)據(jù)采集端軟件、服務器端軟件平臺、客戶端數(shù)據(jù)處理（PC機和手機）軟件三部分組成，包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集端、遠程服務器端和客戶端。

4 系統(tǒng)特點

系統(tǒng)最大程度地解決了路基、橋梁、隧道等構建物沉降觀測數(shù)據(jù)采集、處理、反饋、超限提示的準確性和及時性問題，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸、處理、反饋及超限提示自動化。同時通過互聯(lián)網(wǎng)+技術和移動網(wǎng)絡技術的運用，滿足管理者對沉降觀測實施過程及超限處理的適時管理需求。

4.1 避免人工干預，保證數(shù)據(jù)真實

傳統(tǒng)管理模式中，沉降觀測數(shù)據(jù)采集通過水準儀獲取，臨時存儲于儀器，或手工記錄以保存數(shù)據(jù)，再通過手工導入或錄入平差軟件等可用于數(shù)據(jù)處理的軟件中進行人工數(shù)據(jù)處理分析，數(shù)據(jù)處理全程處于人工干預狀態(tài)。隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)上充斥著大量來源不明的自動編寫虛假沉降觀測數(shù)據(jù)軟件，導致數(shù)據(jù)真實性難以保證。

系統(tǒng)分級建立工程基礎信息，內嵌不同監(jiān)測項目的監(jiān)測電子記錄薄和計算公式，自動計算變化值、累計值，生成數(shù)據(jù)變化趨勢圖，通過內嵌的預警策略，及時自動超限提示，可做進一步回歸分析及研究。數(shù)據(jù)的唯一入口來自手機采集端加密數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中的原始數(shù)據(jù)來自水準儀測量，無法進行人工錄入和修改操作。

系統(tǒng)的技術創(chuàng)新性集中表現(xiàn)在：實現(xiàn)了通過電子水準儀和藍牙傳輸功能直接獲取觀測數(shù)據(jù)，自動平差處理后及時上傳，并通過信息化系統(tǒng)自動處理數(shù)據(jù)、反饋處理結果，自動超限提示。數(shù)據(jù)采集模塊及處理模塊規(guī)避人為干預，保證數(shù)據(jù)真實。

4.2 實現(xiàn)沉降觀測標準化、信息化

傳統(tǒng)管理模式在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和信息反饋過程中，由于受觀測水平、觀測方法、觀測行為等諸多因素影響，數(shù)據(jù)成果反饋不及時，不利于工程質量管理。

系統(tǒng)支持萊卡、天寶等多種型號規(guī)格的電子水準儀，利用外接藍牙與專用手機配對，即可下載獲取服務器工程基礎資料?，F(xiàn)場完成數(shù)據(jù)采集后，經(jīng)過自動平差，可立即驗證觀測數(shù)據(jù)是否符合要求，決定是否需要重測。觀測完成后，將對應觀測樁的觀測成果數(shù)據(jù)直接通過手機網(wǎng)絡自動傳輸至服務器，客戶端通過訪問服務器進行數(shù)據(jù)查詢和下載工作。

系統(tǒng)實現(xiàn)了網(wǎng)頁、手機版本（安卓平臺）的軟件開發(fā)，使管理者可適時查詢觀測數(shù)據(jù)和處理結果，開展專業(yè)管理。

系統(tǒng)監(jiān)測成果（數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)趨勢圖）支持不同的格式輸出，便于用戶存儲、打印及共享。按工程項目管理需求輸出日報、周報、月報。設置用戶訪問權限，滿足觀測人員和管理者工作需求。建立線下工程沉降觀測數(shù)據(jù)庫，為同類工程提供數(shù)據(jù)支撐。具備超限提示手機短信推送功能，有助于管理者及時掌握線下工程變形異常情況，制定工程措施加以控制。

系統(tǒng)的運用使沉降觀測方法、觀測行為和數(shù)據(jù)處理反饋更為規(guī)范和標準，實現(xiàn)了沉降觀測管理工作自動化、信息化。

4.3 提高沉降觀測工作效率

傳統(tǒng)管理模式在完成數(shù)據(jù)采集后，人工導入軟件進行數(shù)據(jù)處理、分析和反饋，工作效率低下。

系統(tǒng)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集完成即可獲得成果數(shù)據(jù)，具有逐個測點校驗功能，自動平差，適時查詢測量成果是否滿足要求。自動分析處理數(shù)據(jù)，自動打印紙質報表，降低內業(yè)處理時間，極大提高了工作效率。

4.4 應用成本低廉

系統(tǒng)可與主流電子水準儀通訊，主要通訊設備采用普通安卓系統(tǒng)手機，利用現(xiàn)有設備即可完成，不需要重新投入設備，應用成本低廉。

4.5 實現(xiàn)評估工作透明化

評估單位從系統(tǒng)服務器直接下載成果數(shù)據(jù)（可下載成果數(shù)據(jù)、也可下載滿足平差條件的原始數(shù)據(jù)）進行評估工作，實現(xiàn)了評估工作透明化。

5 系統(tǒng)組成與運行

5.1 基礎技術條件

網(wǎng)絡支持（含有線、無線公共網(wǎng)絡）；硬件平臺和操作系統(tǒng)，包括服務器、客戶端PC機、移動智能終端（手機、平板、E人E本等）；服務器端操作系統(tǒng)為Win2003以上版本；客戶端PC機操作系統(tǒng)為32位及64位Windows版本；移動智能終端操作系統(tǒng)為Andriod4.0以上；服務器端數(shù)據(jù)處理應用程序、PC機和手機客戶端數(shù)據(jù)處理應用程序和便攜設備端（如手機）數(shù)據(jù)采集應用程序。

5.2 配套設備

（1）系統(tǒng)運行服務器及網(wǎng)絡

單獨配置主流服務器1臺（獨立運行），專人管理與維護； 軟、硬件防火墻； 網(wǎng)絡帶寬10～20M（獨享，遠端支持internet或VPN連接）；

（2）管理終端設備

智能手機、E人E本等（Android4.0以上操作系統(tǒng)，4.0 以上屏顯）； PC機及網(wǎng)絡（滿足網(wǎng)頁登錄查詢功能，基本配置CPU（Intel 1.8GHz以上，內存2GB及以上，硬盤160GB以上，操作系統(tǒng)WindowsXP或Win7版本，瀏覽器IE8以上版本。網(wǎng)絡2M以上獨享帶寬）。

（3）觀測儀器及配套設備

用于觀測的電子水準儀及配套數(shù)據(jù)線；一對一專用便攜采集端設備（手機及SIM卡）：Android4.0以上操作系統(tǒng)，4.0吋以上屏顯，開通2G、3G或4G，具備WIFI功能。

（4）內業(yè)數(shù)據(jù)處理PC機及網(wǎng)絡

CPU（Intel 1.8GHz以上），內存2GB及以上，瀏覽器IE8以上版本，網(wǎng)絡2M以上獨享帶寬。

5.3 系統(tǒng)流程（如圖2）

（1）設置工程基礎信息

通過PC機客戶端添加測段，設置測段示意圖，添加觀測樁，設置觀測樁示意圖等工程基礎信息。（如圖3、圖4）

（2）上傳工程基礎信息

通過PC機客戶端將設置完成的工程基礎信息上傳至服務器平臺。（如圖5）

（3）下載工程基礎信息

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集前，利用手機等便攜式通訊設備自服務器平臺下載擬測段的工程基礎信息，作好數(shù)據(jù)采集準備。（如圖6）

（4）采集觀測數(shù)據(jù)

觀測人員使用預裝采集軟件的便攜設備（手機）控制測試電子水準儀進行數(shù)據(jù)采集，讀取觀測數(shù)據(jù)，自動完成平差計算，成果數(shù)據(jù)暫存于便攜設備，并經(jīng)便攜設備在網(wǎng)絡條件下上傳至服務器平臺。

完成本測段數(shù)據(jù)采集，經(jīng)便攜設備端（手機）自動計算后，便攜設備端（手機）將生成原始數(shù)據(jù)和平差結果。其中，原始數(shù)據(jù)同時支持其他軟件進行單獨平差，支持共享平差結果和原始數(shù)據(jù)。

（5） 上傳觀測數(shù)據(jù)

通過手機將成果數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)上傳至服務器平臺。（如圖11）

（6）數(shù)據(jù)管理與運用

管理者和評估單位可通過手機客戶端登陸查詢數(shù)據(jù)、超限提示等信息。也可通過PC機網(wǎng)頁或客戶端軟件登陸查詢觀測數(shù)據(jù)、超限提示等信息，利用系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理成果開展沉降評估工作。

實現(xiàn)便攜設備端（手機）數(shù)據(jù)成果查詢、超限查詢、超限統(tǒng)計等功能，使管理者適時了解工程情況。

實現(xiàn)PC機通過網(wǎng)頁或客戶端軟件登陸查詢標段線路走向、測段布設圖、橫縱斷面圖及各種超限情況的處理，使數(shù)據(jù)、信息查詢更直觀，更形象。

（7）數(shù)據(jù)內業(yè)處理

通過PC端軟件下載數(shù)據(jù)成果，開展評估工作，形成評估報告。系統(tǒng)支持根據(jù)評估工作需求定制輸出其他格式成果資料。

6 系統(tǒng)運用實例

本文以新建寶蘭客專線下工程為例，通過系統(tǒng)的運用，及時發(fā)布沉降超限提示，適時掌握線下工程變形情況，查找原因、采取措施防患于未然。

實例一：寶蘭客專IDK740+145～IDK742+881段路基沉降處理。

該段路基自2014年4月23日開始沉降觀測，共計22個測點發(fā)生累計沉降值超限，其中路基5個測點發(fā)生累計沉降值超限，涵洞17個測點發(fā)生累計沉降值超限，如表1：

依據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)及超限提示，結合現(xiàn)場實際情況分析原因，結論：該段路基屬正常沉降，下沉趨于收斂，但仍繼續(xù)發(fā)展。措施：延長堆載預壓期和沉降觀測期。如圖22：

實例二：寶蘭客專上莊隧道沉降處理。

該隧道自2014年11月30日起開始沉降觀測，通過系統(tǒng)運用，發(fā)現(xiàn)仰供沉降變化異常，下沉（上?。┎环€(wěn)定。其中，系統(tǒng)發(fā)布累計變化量>5mm超限提示點見表2：

依據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)及超限提示，結合現(xiàn)場實際情況分析原因，結論：

（1）依據(jù)每期測量數(shù)據(jù)顯示：在仰供混凝土施做后，前期呈現(xiàn)上浮現(xiàn)象。襯砌混凝土施做完成后，呈現(xiàn)下沉現(xiàn)象。

（2）上莊隧道為泥巖、沙層，富含水，泥巖極具膨脹性。因各階段施工荷載變化，造成仰供下沉或上浮，穩(wěn)定性差。如圖23：

措施：

（1）由設計院委托地質勘察院，與施工單位測量組進行1次/1周的平行觀測，每周（月）對沉降觀測數(shù)據(jù)進行分析比較。

（2）設計院現(xiàn)場埋設應力監(jiān)測設備，對圍巖沉降變形進行監(jiān)測，實時獲取相關數(shù)據(jù)。

（3）設計院依據(jù)沉降觀測數(shù)據(jù)及應力監(jiān)測數(shù)據(jù)，設置專項處理方案指導后續(xù)施工。

7 結束語

通過沉降觀測信息化系統(tǒng)的運用，更直觀準確地反映結構物真實的沉降值，為后續(xù)的無砟軌道施工提供了重要的基礎保障。在系統(tǒng)運用過程中，應考慮配套管理辦法的合理使用，促使管理者充分利用系統(tǒng)成果數(shù)據(jù)和超限提示，分析沉降異常原因，制定工程處理措施及時消除工程質量隱患，發(fā)揮好系統(tǒng)對工程質量管理的預控作用。

參考文獻

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