城市轨道交通监测信息管理系统研究开发

李　纯　邢　跃

(1.中铁工程设计咨询集团有限公司,北京　100055；2.中铁建设集团有限公司北京分公司,北京　100020)

1　系统概述

1.1　数据导入子系统

数据导入子系统是将实测的数据转化成图文查询系统和报表及分析子系统所能读入的数据格式。针对不同监测项目所使用的不同检测仪器(包括各类观测数据、手工观测记录或者数据报表文件等)分别开发专用软件接口，从而实现观测数据的自动化入库。

1.2　数据处理分析管理子系统

对不同的监测数据进行处理、计算、分析和预测，生成满足各种要求的报表，绘制各监测点的沉降历时曲线、纵横断面图等，并以友好的界面提供给用户，以便对工程的安全状态和应采取的措施进行辅助评估决策。

1.3　图文查询及反馈报警子系统

图文查询子系统是将处理后的监测数据、CAD矢量图等资料进行计算机处理后，在远程服务器上创建GIS矢量图形数据库，从而实现各种信息的直观查询、反馈报警与管理。系统对数据查询表单按照双控指标实施红、橙、黄三色报警，对GIS图形中的各类监测点实施闪烁报警。

1.4　日志备份系统

日志备份系统记录了数据库中任何一条记录的入库时间，所属文件名以及入库操作人员ID，这套模块的建成不仅为数据库的日常维护提供了方便，而且还能对全线监测数据的变动有更精确的掌握。

1.5　数据库维护子系统

拥有系统管理员权限的用户可以通过数据库维护子系统，利用网络对后台数据库进行诸如数据库备份恢复、系统升级、用户权限配置、数据结构变更等远程维护，提高了数据安全性及系统部署的灵活性。

2　系统结构设计

充分利用计算机存储量大、运算速度快的特点，将城市轨道土建施工第三方监测及各标段监测的信息资源集中在一个计算机软件系统中，便于统一管理和综合分析，通过互联网实现信息的快速传输和发布，提高监测工作的整体水平，更好地为城市轨道建设服务。该系统按照物理网络的组成分为以下两个部分：

2.1　客户端

系统客户端集成GIS矢量图形显示、外业观测数据处理、数据查询分析和各类观测曲线图实时绘制等功能。通过对权限的配置，实现不同用户群组对数据传输、查询分析、图形动态显示和数据库后台管理等不同的需求。

客户端的作用主要是进行数据处理、数据上传、数据查询分析和各类报表输出等。各标段监测人员负责把日常的观测数据及时上传到远程数据库中，对出现报警情况的监测点进行相关原因描述，登记监测点破坏情况，并把最新的测点布置图同步传输到远程服务器。各标段监测用户只能上传和查询、输出本标段数据，无权修改或查询到其他标段的监测数据。业主用户可对全线所有监测数据进行查询，了解工况信息，并可利用客户端实现特定数据查询分析，进行图形数据和报表数据输出。现场监测系统的建立使现场监测人员改变现有传送各种纸质监测报告和数据报表的方式，利用系统网络来提高监测数据在各个客户端发布的速度，增强了监测数据的时效性。

2.2　服务器端

日常的监测数据需要及时进行对比分析，但各施工现场的设施简单，流动性强，不宜长期保存监测数据。因此，系统采用远程数据库模式，将服务器端布设在远程服务器上，由监测人员及时将日常观测数据通过客户端上传到远程服务器中，由该服务器对全线监测数据及矢量图形进行集中管理和存储，响应客户端的各种数据服务请求，对外发布监测相关信息，使各类用户可通过网络方便地检索查询所需要的信息。

3　系统主要功能

系统针对城市轨道交通施工监测项目，结合计算机信息化技术，功能涵盖监测数据入库、管理、统计和查询，分析施工中可能存在的安全隐患。形成了从监测数据采集、分析处理、数据发布、报警到报表输出的一整套监测数据管理和使用的标准流程。

3.1　数据报表入库

将现场监测取得的数据和与之相关的信息录入到数据库中，根据监测项目采用的仪器设备种类，采用不同录入方式，有的仪器需要人工读数、记录，然后将实测数据输入计算机；有的仪器则自动采集数据，将数据文件直接传输到数据库管理系统。

3.2　数据分析

采用比较和做图法，运用数理统计模型，分析各监测物理量值大小、变化规律和趋势，以便对工程的安全状态和应采取的措施进行评估决策。在取得足够的数据后，根据数据分布状况，对监测结果进行分析。按数据处理结果，计算机自动生成监测点的变形历时曲线、纵断面和横断面及其他分析图形，并以界面形式显示。

3.3　数据库数据查询报警

为确保监测结果和质量，加快信息反馈速度，全部监测数据输入数据库后由计算机管理、处理及分析，及时反馈上报监测周报、月报表和相应测点的位移时态曲线图，对当期的施工情况进行评价并提出施工建议。如果被监测点出现异常，系统将出现报警提示。

3.4　GIS矢量图形及数据查询

对标段和时间段等参数进行设置后，该模块会在界面中对超限数据以三色覆盖的方式列出数据明细，并在图形中以闪烁的方式显示对应监测点，同时有声音报警提示(如图1所示)。

图1　GIS模块显示界面

3.5　数据报表输出

用户可在软件客户端设置报表输出参数，按需求方便快捷的输出各类数据报表。

3.6　用户群组权限设置

针对不同用户，可灵活设置用户的各种权限，并配置相应的菜单模块，确保数据管理的规范性和安全性，满足不同用户对系统的需求。

3.7　系统内文档查询及消息发布

根据需要将工程建设的各种规范或技术文档在系统中发布，便于统一技术标准，方便用户随时查阅，系统也可以通过特定用户在平台内部发布各类实时消息。

4　系统主要关键技术

根据设计需求，系统的总体结构设计采用C/S模型，即客户机-服务器模式，用户利用客户端登录远程服务器，实现各类监测数据入库、矢量图形和数据的查询及报表输出等一系列应用功能，后台的远程服务器对各类图形和数据进行统一管理和维护。

4.1　远程数据访问

系统中包含的数据格式基本有两大类，日常监测数据和空间矢量图形数据，针对这两种不同的数据格式，在远程数据库上的存储和管理方式也有所不同。日常监测数据由客户端进行入库操作后，直接存储到远程数据库中。而对于GIS平台所用矢量图形数据，首先就要考虑如何能利用施工现场并不稳定的小带宽网络来稳定地传输各类数据。一般来说，图形数据因其数据量较大，在进行相关信息查询时，频繁的数据传输对网络环境的要求会较高，可能会造成操作响应延时较长，影响用户的使用。针对这一情况，系统对此类数据采用分布式文件管理的方式，具体来说，各车站、区间的图形在进行入库操作后，会由远程数据库对其进行存储和管理，用户登陆系统时，客户端和服务器会自动检索，如果图形数据有更新，则客户端自动与服务器端进行同步，将远程数据库中的最新图形数据下载到本地，客户端在进行矢量图形查询的时候访问本地数据，就大大降低了系统对网络的要求。

4.2　GIS功能

系统除基本的监测数据存储和处理分析外，主要关注空间数据库的建立。具体来说就是图形中各种特征元素类的分层转换、存储，以及在系统中实现矢量图形与监测数据挂接等问题。通过把CAD图中的元素转换成点、线、面、文本注释的四大类空间数据并存储于后台空间数据库中，实现按照层组织来对矢量图形进行严格管理。在CAD图形分层转换成空间数据的过程中要进行空间拓扑验证，以确保转换正确。

GIS功能的研发：利用当前主流的GIS平台控件，方便对图形进行诸如放大、缩小、漫游等操作，实现了图形和数据的互查，即可直接点击图形查询相关数据明细，也可以通过数据直接准确定位到图形。同时GIS矢量图形的闪烁报警功能也给了用户显示最直接的观感，这些都大大提高了系统面向用户的能力。

4.3　开发语言

系统的客户端主要采用POWERBUILDER开发环境，该语言支持的数据窗口在生成报表和数据处理方面有强大的优势，为系统各种数据查询及输出功能的研发提供了极大的便利，同时PB还支持Crosstab、图形报表、nested报表以及其他一些特性，在批量处理数据和复杂计算的处理中，可以有效节约计算机运算时间。

4.4　数据库开发

采用大型关系数据库Sybase，系统将所有的数据和图形文件均存入服务器数据库中，复杂的计算或者是要多次访问数据库的操作放在服务器端进行处理，实现客户端和服务器端的计算分离，节省网络的连接频率，提高了系统的性能。

5　数据安全性及用户权限分配管理

城市轨道交通施工监测信息系统是对全线数据统一集中管理存储的平台，数据的安全性是整个系统的核心，是系统顺利运行的最基本保障。一般说来，系统数据安全性的隐患主要集中在两个方面，一是数据库本身因为误操作或者自身原因出现系统故障而造成的数据丢失；再就是来自网络的恶意攻击或者是用户的不当操作造成系统故障。对于前者，目前的大型关系数据库自身都具备纠错恢复能力，只要对系统数据进行定期自动备份和人工备份便可解决。而后面一个安全隐患则较为复杂，权衡多方面因素，为彻底解决这个隐患，最好的办法是系统采用基于角色(role)的管理方法，位于不同权限层次(或角色)的用户具有不同的用户权限，利用权限来严格控制用户对数据库的访问，唯一一个可以分配权限的用户是数据库管理员。因

此，只需要严格控制系统管理员的账户安全以及合理的分配用户权限，即可最大程度的保证系统安全。在本系统用户权限管理模式中，根据权限不同将用户分为四个组：管理员、测监中心人员、业主人员和标段人员，针对不同群组的用户分别配置不同的用户权限和系统客户端菜单(如图2所示)。

图2　系统权限配置示意

6　结束语

提出了一套实现城市轨道交通施工监测信息化建设系统平台的设计研发方法，确定了远程空间数据库结构及各个监测项目所对应的数据表结构，结合监测工作日常需要，开发出有针对性的功能模块。信息系统的建立，规范了施工监测管理流程，减小了施工风险，促进工程承建方和管理方在工作中的沟通协作，最大程度地缩短了监测信息的反馈时间，确保了施工安全。同时，也降低了数据收集、整理、分析和使用的成本。

[1]GB50497—2009建筑基坑工程监测技术规范[S]

[2]GB50308—2008城市轨道交通工程测量规范[S]

[3]彭立军，杨孝如.sybase数据库系统管理指南[M].北京：中国水利水电出版社,1998

[4]杨昭.PowerBuilder9.0参考手册[M].北京：中国水利水电出版社,2003

[5]乐鹏.网络地理信息系统和服务[M].武汉：武汉大学出版社,2011