龐紅軍 金新平 衛(wèi)建東

摘要：車站及區(qū)間隧道的沉降測量是地鐵變形監(jiān)測中是非常重要的一項，使用電子水準儀減少了監(jiān)測工作量，提高了工作效率，然而內業(yè)資料的數據處理和分析，僅僅依靠人工計算，并繪制成圖，工作非常繁重和低效。本文設計并開發(fā)了一種軟件，從沉降觀測數據處理分析軟件的總體功能設計、存儲數據庫設計、平差核心數學模型、軟件功能模塊設計等方面，實現了從沉降觀測原始觀測文件讀取到數據處理、報告生成等功能的自動化。

關鍵詞：沉降觀測；軟件開發(fā)；變形分析

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）30-0074-03

Abstract：The subsidence measurement of stations and tunnels is very important in the deformation monitoring of subways. The use of electronic leveling instrument reduces the monitoring workload and improves the work efficiency. However， the data processing and analysis of internal data only depends on manual calculations. Drawing into a map， the work is very arduous and inefficient. This paper designs and develops a software that can achieve functions such as readout of raw observation data from settlement observation， data processing， report generation， etc. from the aspects of the overall function design， storage database design， and software function module design of settlement observation data processing and analysis software. Automation.

Key words： settlement observation； software development； deformation analysis

在地鐵監(jiān)測工作中，數據處理和編制監(jiān)測報告是非常艱辛的，每天白天測量各類監(jiān)測點數據，晚上加班處理數據和編制監(jiān)測報告，每到月末趕上日報、周報、月報[1]同時提交時間，更是疲于應付。比如沉降監(jiān)測，主要采用幾何水準測量方法[2]，目前比較常用的儀器為天寶DiNi03、徠卡的DNA03。DiNi03配數據傳輸軟件，將傳輸的數據文件，可以用Excel直接讀出，但無法自動提取每站的高差數據。我們曾開發(fā)一個從DiNi03原始數據文件提取高差的小軟件，然后將高差數據整理成清華三維平差軟件能認的格式進行平差，將平差結果整理成Excel表格進行監(jiān)測報告的編制。這樣做下來，每天原始數據文件、處理過程文件、處理結果文件、監(jiān)測報告文件等文件管理很煩瑣，整個工作還是相當花費時間和精力，所以開發(fā)一套從讀入數子水準儀原始數據到監(jiān)測報表生成一體化的沉降觀測數據處理分析軟件十分必要。

1 軟件總體功能設計

軟件采用Access數據庫管理每期數據，實現能夠讀取天寶DiNi03、徠卡DNA03等常用數字水準儀原始觀測數據文件，將觀測數據導入數據庫，然后軟件進行閉合差計算檢查、水準線路網的平差計算、周期沉降量計算，同時可以生成基于WORD或EXCEL的觀測手簿、平差報告、監(jiān)測報表等。另外能做一些相關性分析、回歸分析等?？傮w功能結構圖見圖1所示。

2 數據庫設計

數據庫采用比較常用的Microsoft Access來建立沉降觀測數據庫。Microsoft Access是Microsoft Office套裝軟件之一，是一個開放式的數據庫管理系統(tǒng)[3]。沉降觀測數據庫是用來存儲原始觀測數據、已知基準數據、預處理數據、平差結果數據、沉降變形數據等，是系統(tǒng)的基礎和核心。

本數據庫由不同的表組成，各種不同表之間通過關鍵字建立相應的關系。主要表有：

1）周期信息表，包含：周期號、觀測日期、氣象概況、儀器型號、儀器號、觀測員、A尺員、B尺員、限差方式、限差系數、平差方式、相關量、備注等字段。

2） 原始觀測值表，包含：周期號、線路號、站序、后視點、前視點、后尺讀數1、后尺讀數2、前尺讀數1、前尺讀數2、后尺距離1、后尺距離2、前尺距離1、前尺距離2、觀測順序、測量時間、備注等字段。

3） 高差觀測值表，包含：周期號、段序、起點、終點、高差、測段長度、測站數、終點類型、線路號、備注等字段。

4） 高程平差值表，包含：周期號、點名、高程、高程中誤差、點類型、備注等字段。

5） 高程變化量表，包含：周期號、點名、本次高程、上次高程、初始高程、沉降值、累計沉降值、沉降值中誤差、沉降顯著性、置信度、上次周期號、初始周期號等字段。

6） 高程基準值表，包含：周期號、點名、高程、類型、穩(wěn)定性、穩(wěn)定權等字段。

3 平差功能數學模型

沉降監(jiān)測網采用最小二乘進行平差[4]，本軟件采用帶條件的參數平差統(tǒng)一模型，具體如下：

同一沉降監(jiān)測網當采用不同平差方法時，例如采用經典網平差、自由網平差或者擬穩(wěn)平差，只存在G陣變化，其他陣則無須改變，極大簡化程序代碼的編寫和維護。

4 軟件功能模塊設計

依據總體功能設計要求，軟件應具有如下功能模塊[5]：

4.1 工程管理模塊

該模塊主要包含工程文件的建立、打開、另存等。工程文件實質上就是創(chuàng)建的數據庫文件。

4.2 編輯、設置和數據輸入模塊

該模塊主要包含工程概況編輯、周期信息編輯、基準數據輸入、觀測數據輸入、補測數據輸入、點名的修改。其中補測數據輸入是為線路部分測段超限需補測而設置的；點名修改模塊是考慮當監(jiān)測點名前綴較長，而儀器輸入點名長度有限制時，可以批量給點名加前綴，或修改點名。

4.3 平差處理模塊

該模塊包含測段合并、閉合差計算、高程網平差。其中測段合并，可以將一個測段中間過渡點去掉，提取該測段累計高差、累計線路長度、累計測站數等信息。高程網平差可以選擇使用經典平差或擬穩(wěn)平差。

4.4 變形分析模塊

該模塊包括首期兩次測量分析處理、測段高差周期間對比分析、沉降量計算、沉降曲線顯示、變形回歸分析等。

4.5 成果輸出模塊

該模塊包括觀測手簿輸出、平差報告生成、單期監(jiān)測報告創(chuàng)建、多期監(jiān)測報告。其中多期監(jiān)測報告可以用于周報、月報、匯總報告的生成。

5 軟件開發(fā)實現

基于以上設計要求，在Microsoft.NET環(huán)境下開發(fā)，采用.net C#語言開發(fā)了地鐵沉降觀測數據處理與分析軟件HAnalysis1.0軟件，數據庫操作采用ADO.net技術。采用可視化的窗體界面，含可查看各類數據的表格界面和可查看變形曲線的圖形界面。見圖2所示，為軟件在某地鐵監(jiān)測項目中應用的實例界面。除成果的軟件界面顯示，軟件也可以輸出原始觀測手簿、監(jiān)測網平差報告、監(jiān)測報告等，圖3、圖4、圖5為輸出成果。

6 結束語

HAnalysis1.0沉降觀測數據分析軟件，實現了從讀取數字水準儀原始數據文件，到閉合差計算、平差計算、變形量計算及相關分析、成果報表輸出的自動化，保證數據處理分析的可靠性，軟件操作方便，極大減輕了沉降監(jiān)測工作量?？墒褂糜诘罔F結構沉降監(jiān)測、大壩沉降監(jiān)測、基坑沉降監(jiān)測等沉降監(jiān)測工程的數據處理和分析。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國國家標準編寫組. 《城市軌道交通工程監(jiān)測技術規(guī)范》（GB50911-2013）[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[2] 金淮，張建全. 城市軌道交通工程監(jiān)測理論與技術實踐[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[3] 程玉書. 變形監(jiān)測信息管理系統(tǒng)的設計與實現. 測量信息與工程， 2008， 33（3）：31-32.

[4] 孫現申，趙澤平. 應用測量學[M]. 北京：解放軍出版社，2004.

[5] 李軍，候智勇，王緒本. 變形監(jiān)測信息管理系統(tǒng)的集成設計[J]. 計算機應用研究，2008 （6）：1904-1907.

【通聯(lián)編輯：梁書】