基于JAVA的建筑变形信息管理系统构建方法设计

黎昕宜

（柳州市勘察测绘研究院 广西柳州 545006）

基于JAVA的建筑变形信息管理系统构建方法设计

黎昕宜

（柳州市勘察测绘研究院 广西柳州 545006）

通过变形监测所得到的数据，利用Java与VRML建立三维建筑变形信息自动化采集与管理技术系统。该系统主要功能是显示变形曲线与建筑物虚拟三维模型变化。管理者通过系统可以获得变形体的空间状态和时间特征并做出变形的几何分析和物理解释，据此确保建筑物施工和运行的安全。

变形监测；VRML；虚拟现实；三维GIS

1 绪论

1.1 建筑变形概述

变形监测指利用专用的仪器和方法对变形体的变形现象进行持续观测、对变形体变形性态进行分析和变形体变形的发展态势进行预测等的各项工作。其任务是确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小、及位置变化的空间状态和时间特征。通过其了解建筑物的稳定性，监视它的安全情况，研究变形规律，检验设计理论及其所采用的计算方法和经验数据，是工程测量学的重要内容之一。

在测量工程的实施和科学研究活动中，变形监测占有重要的位置。通过变形观测取得的数据，可以获知工程建筑物的状态变化和工作情况，在发现有不正常现象时，可以及时分析原因，采取措施，防止事故发生，并改善运营方式，以保证建筑物安全。所以说，变形测量是工程管理工作的耳目。其次，在施工在竣工后对建筑物进行观测和分析研究，可以验证地基合基础的计算方法是否正确，对不同的地基与工程结构制定合理的允许沉降与变形的数值，为工程建筑的设计、施工、管理工作提供资料。因此在现行建筑施工规范中已明确规定，建筑物完工并交付使用之前的验收，其变形监测资料是该项工程是否合格的一项重要内容及依据[1]。

1.2 研究内容

本研究将采用现代工程测绘和虚拟现实技术、信息系统技术，从自动化、信息化的角度，通过合理、有效的技术集成和融合，利用VRML与Java的结合研究开发出一套面向大型和高层建筑目标的数字化、高精度、自动化、高效实用的建筑变形监测信息采集和建筑变形信息管理的技术方法，开发出一套适用于建筑变形数据监测的信息管理系统，实现变形监测数据采集、处理、分析和预报的自动化、科学化和信息化管理，使之能够方便、快捷地应用于建筑变形的实际工程[2]。

2 系统构建方法设计

2.1 整体设计思路

本系统设计大体上遵循用VRML建模，Java驱动这么一个思路。利用同一个工程的建筑三维模型、二维图形、沉降观测数据来运行该软件。具体思路如下：

首先，系统的窗口界面用Java语言编写，制作成Applet小程序嵌入网页中运行。界面分为四个窗口，左上角为三维模型窗口，右上角为二维窗口，左下角为曲线窗口，右下角为表格数据窗口。界面具备菜单栏。大体样式如表1。

表1

实现如下的功能：

曲线窗口和三维窗口为主导窗口。

当曲线窗口显示最大或最小或任一点沉降曲线时，三维窗口中的三维模型改变视点并且发光显示对应沉降点，二维窗口中对应的点号改变颜色，表格中对应的点所占的行改变颜色。

当三维窗口中的模型根据需要变换时，单击任一沉降点，二维窗口对应的沉降点改变颜色，曲线窗口自动生成该点的沉降曲线，表格窗口中对应的沉降点所占的行改变颜色。

最终实现四个窗口的联动，三维显示，二维显示，曲线显示，表格数据显示。

2.2 结构设计

通过驱动数据库服务器读写数据库里的数据，把数据显示在数据表格中，应用模块中的其他项通过数据表格产生作用，包括实现三维模型显示、变形曲线显示、CAD二维图片显示。最后实现设计的浏览器界面，如图1所示。

图1

2.3 功能设计

（1）数据窗口

利用Java编程读取所选取的TXT数据文件，读取该建筑的沉降观测数据，并且把读到的数据显示在用Java创建的表格中。读取的同时利用Java里的数组功能，定义一个二维数组，一维用来表示某点，另一维用来表示该点某次观测。用某点第一次观测的高程数据减该点的每次观测的高程数据，由此计算出每一点每一次观测的沉降量、最大沉降点、最小沉降点、平均沉降量。并且算出观测次数与观测点数。把所算值分别赋给一个变量，方便其他窗口的引用。

（2）曲线窗口

根据所计算出的某点每次的沉降量，利用Java里的绘图面板，把沉降量数组的值转化为确定直线两点的坐标值，画出每两次观测之间的直线，整体连起来就为某点的沉降曲线。并且可以显示最大沉降点、最小沉降点沉降曲线和平均沉降曲线。

（3）三维窗口

把用3DMAX建立好的三维模型转换为VRML代码，由此Java可以识别。利用Java编程去改变VRML代码里的节点，由此来改变三维模型。最后实现三维模型的显示和变换功能。

（4）二维窗口

把与变形数据同一建筑的CAD二维平面布点图显示在二维窗口里。并用Java绘图面板在布点图相应的位置上绘出点号，以便主导窗口变化时点号做出相应颜色的改变。由此实现二维平面图的显示与变换。

3 系统实现具体方法

3.1 表格数据与曲线窗口界面

系统下面的窗口为表格数据与曲线窗口，因为两者连为一体，所以可以作为一个applet小程序进行创建。

3.2 数据表格的创建

创建一个用来显示沉降数据的表格，表格具有滚动条，关键代码如下：

3.3 沉降量的计算

此为数据曲线显示的核心内容。以表格数据为基础，通过分析已读入表格中的数据，计算出点数ds、观测次数cs、每一点每次观测的沉降量cjl、最大沉降量max、最大沉降点max1、最小沉降量min、最小沉降点min1。关键代码如下：

3.4 曲线面板

利用Java中的绘图面板，绘制坐标网格，根据算出的沉降量画出变形曲线。变形曲线的显示命令写在生成曲线按钮下。

3.5 CAD二维平面图窗口

二维窗口作为另一个独立的applet小程序，暂且命名为applet2。本身是独立的，但是applet1中能调用applet2的变量，由此来改变applet2中图片中点号的颜色。在此，就已经实现了三个窗口的联动。

4 原型系统实现界面（如图2～3）

图2 系统启动界面

5 结论与展望

5.1 研究成果

图3 系统运行界面

本研究采用了现代工程测绘和虚拟现实技术、信息系统技术，从自动化、信息化的角度，利用VRML与Java的结合研究开发出了一套面向建筑目标的数字化、高精度、自动化、高效实用的建筑变形监测信息采集和建筑变形信息管理的技术方法（包括建筑变形信息综合数据采集技术、变形数据的分析处理方法、建筑变形信息管理系统建立、建筑变形结果的三维可视化等），该系统适用于建筑变形数据监测的信息管理系统，实现了变形监测数据采集、处理、分析和预报的自动化、科学化和信息化管理，使之能够方便、快捷地应用于建筑变形的实际工程。研究的成果主要包括：

（1）遵循设计要求设计出了一个符合设计构思的系统；

（2）基本实现了设计要求的系统的功能，例如三维显示、二维显示、数据表格显示、沉降曲线显示；

（3）该系统主要面向变形监测，在设计中处处依照和考虑变形监测的原理，来实施该系统。

5.2 未来展望

随着我国改革开放的不断深入，经济的高速发展和综合国力的持续增强，城市建设已经进入了一个崭新的历史发展时期，一大批现代的建筑不断出现，建筑物越来越向高层化，复杂化发展。然而，伴随着建筑物的大力发展，对建筑物的监测更是必不可少。建筑物成功筑起，并不代表该建筑就是成功的，还需要经得起时间的考验，自然的摧毁。为了监测建筑物是否抵挡得住时间的冲刷，变形监测起到了不可替代的重要作用。

为了跟上建筑发展的脚步，变形监测也越来越向高科技发展。在测绘技术日新月异、建筑业高度发达的今天，变形监测和安全监控技术领域面临着前所未有的机遇和挑战。

本研究将传统的变形监测技术整合为工程测量技术与GPS、GIS、虚拟现实技术相结合，几何监测与物理监测相结合，地球物理、土木建筑等多学科相结合的综合技术应用体系。突破传统的变形监测模式。从目前该领域的发展趋势看，将虚拟现实技术和现代工程测量、信息系统技术有效地融合起来，从自动化和信息化的角度出发，通过合理、有效的技术集成，研究开发出一套面向大型或高层建筑物的数字化、高精度化、自动化、高效实用的建筑变形监测信息采集和管理系统是十分必要的。在不摒弃已有的理论和实践经验基础上，将信息化数字化技术融入进来，带动这一领域的研究继续向前快速发展。

本系统还有许多地方不够完善，在今后的时间里继续钻研，争取早日实现。

[1]李青岳，陈永奇.工程测量学[M].北京：测绘出版社，2008：266～273.

[2]伊尧国.基于3DGIS的建筑变形自动化监测与管理系统的研究与开发[J].工程勘察，2010.

TP311.5

A

1004-7344（2016）08-0279-02

2016-2-3

黎昕宜（1989-），女，助理工程师，本科，主要从事测量工程内业工作。