基于GPS的基坑监测数据处理及可视化实现

赵志刚 蒙恬

摘要：本文结合基坑数据的特点和编程语言C#，联合SQL Server 2005探究一套新的数据基坑监测数据处理体系，并在此基础上结合VC++6.0开发工具和OpenGL相关特性实现GPS基坑监测数据一维、二维、三维三个层面的可视化处理，便于相关人员进行数据的实时动态监测。

关键词：GPS；基坑监测数据；可视化

中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）06-0043-02

随着我国经济的发展，城市里陆续出现了很多大型建筑物，很多基坑的开挖和支护难度也在逐渐增加，为此我们必须要对基坑进行监测，并做好基坑监测的数据处理，以便能够为基坑开挖工程提供更好的数据分析结果。基坑监测数据处理方面出現了许多问题，尤以数据监测方法不一为重。因此，我们必须要研发一套整体的基坑监测数据处理系统，以达到更好的处理和分析各种数据的目的。

1 基坑监测数据处理体系

本体系将以.NET为开发平台，利用C#编写语言，并借助于SQL Server2005数据库，最终达到精确监测和分析基坑数据的目的。

1.1 系统功能设计

本体系将针对数据的监测和后期分析处理将体系功能从八个方面设计实施，分别是：数据输入、数据分类和查找、数据的编辑和整理、分析处理数据、输出数据分析结果、系统管理以及数据预测、帮助方面[1]。

（1）数据输入：本体系可以接收输入的数据格式为txt文本和excel格式，此外也能够接收手动输入的数据。（2）数据查找：本套系统的查找功能将会按照各个工程类别、基坑监测数据日期以及各类组别进行分类，以保证施工人员能够更清晰地看到基坑实时监测数据，做出更好的施工方案。数据查找人员可以根据不同工程和组号类别等单独查找相关数据，也可以同时查找多组数据，还能够通过该系统进行相关数据的最大值和最小值的查找。（3）数据的编辑和整理：本套基坑监测数据处理体系在输入数据后将对数据进行相关的编辑和整理，包括剔除一些差别较大的数据和修改一些数据等。（4）分析处理数据：该项功能是指通过使用一些算法对于输入系统的原始数据进行相应的极值、方差等的计算和分析，并根据相应计算结果分析数据是否符合相关规定，是否超出了相应工程规定报警值，以保证最终施工安全。（5）输出数据分析结果：即将上述数据处理结果以表格的形式导出，方便后期的查找分析。（6）系统管理：该项功能则是为了方便相关人员对于整套系统的使用和维护。其中包括各类数据以及原始数据等的备份和恢复、系统相关的管理设置、系统的维护管理以及相关用户信息管理。（7）数据预测：根据数据的处理分析结果，与系统内部设定的报警值相比，做出相应的未来数据的预测。（8）帮助：即在系统设计时要设定好相应数据的格式，并做出详细的使用手册帮助用户更好地使用系统。

1.2 具体功能实现设计

（1）数据输入：使用C#语言编写相关的数据格式识别程序，并设定相应的数据手动输入格式，方便用户特定情况下手动输入数据。（2）数据查找：在C#语言中加入SQL查询语言，并在其中采用ADO.NET技术以达到实时查找各类相关数据的目的，注意输入的查找条件要符合相应的查找指令。（3）数据的编辑和整理：结合.NET开发工具，利用Data Grid View创设相关的Data Set数据集，并借助于输入的数据返回到相应数据集对数据进行分类整理，以及一些必要的数据删改和更新。（4）分析处理数据：利用图形图像等相关技术设计编写基坑监测数据所需算法，如计算原始数据的最值、均值分析算法、递归算法等。最终根据算法结果与系统内部设定的报警值相比对相关数据进行预测。（5）输出数据分析结果：利用EXCEL将相应的数据分析结果的表格、折线图等导出来。（6）系统管理：在.NET下利用相关的编程控件，设置相应的数据备份和恢复系统，并设置基坑监测数据处理所需的窗口和相应信息管理栏目，如报警值的设定、用户信息管理以及系统出现问题时的维护设计等。（7）数据预测：采用卡尔曼滤波算法，在系统对数据进行分析后与报警值比对分析，对未来数据进行预测。（8）帮助：利用word仔细编写本套系统的用户使用手册，编写完成后要将其设置特定的文件夹，以便用户能够随时查用[2]。

2 监测基坑数据可视化的实现

随着科技的发展，越来越多的绘图软件被开发出来，其中不乏一些能够实现数据可视化的绘图工具。如在建筑工程中常用的3DMAX建模软件、AutoCAD制图软件。但前者在进行数据可视化处理时不能够做到数据的实时动态监测，而后者又不能够随数据变化而实时更新，也不能够很好地应用于基坑数据可视化的实时动态监测。而OpenGL工具则能较好地规避上述问题，且拥有丰富的图形库，不仅能独立使用也能够跨平台使用，十分符合基坑监测数据系统的需求。因此本文将以VC++6.0作为开发工具，利用OpenGL设计数据三维图形，达到GPS基坑监测数据可视化的目的[3]。这种数据可视化的实现包括一维、二维以及三维三个层面的功能，一维可以实现单一维度的位移时数据的可视化，以实时监测监测点的振幅范围等内容；二维则能够实现平面数据的可视化的监测，进而分析监测点的平面位置等；三维则能够实现立体空间数据的动态性可视化功能，反映监测部位立体空间的动态数据变化。通过这三种层面数据可视化的实现能够帮助相关人员对于基坑监测数据有更深的了解，便于其做出更科学的决策。

2.1 建立OpenGL应用程序框架

因OpenGL工具的操作体系不受相应硬件系统和窗口系统的影响，因此在利用这个工具进行相关数据绘图前，必须要利用VC++6.0在其中加入一些相关的设置，如相应的视图文件设置、绘图函数设置等。即要建立OpenGL应用程序框架，以便实现后期三个层面数据可视化绘图处理。

2.2 监测系统的三个层面可视化实现流程

（1）首先要建立一個新的窗口，然后进行窗口初始化的设置，调节其背景颜色。并在其中设置定时器以及程序开始的触发开关。（2）然后进行OpenGL变换，具体是根据计算机屏幕的坐标系和实际坐标的关系设置相应视口，并进行投影变换。（3）根据所需模式，分别进行一维、二维、三维层面的背景设置和视景变换，最终画出所需图形。

3 结语

随着科学技术的发展，GPS定位技术已经应用于各个行业和各个方面。其不仅能够用于车载导航，也能够用于测绘以及数据监测方面。本文针对其在基坑中的监测作用设计探讨了相关基坑监测数据处理体系，并运用相应的编写软件和图形开发工具进行了数据可视化实现的技术探讨。希望本文对于相关人员有一定的帮助作用。

参考文献

[1]徐杨青，程琳.基坑监测数据分析处理及预测预警系统研究[J].岩土工程学报，2014，（S1）：219-224.

[2]孟鹏.基于感知数据的三维可视化平台的设计与实现[D].天津大学，2013.

[3]黄声享，沈凤娇，张翠峰.GPS几何监测系统的三维可视化设计与初步实现[J].测绘工程，2010，（01）：1-4.

Abstract：In this paper， according to the characteristics of the excavation data and programming language c #， SQL Server 2005 joint to explore a new set of data of foundation pit monitoring data processing system， and on this basis， combining with vc + + 6.0 development tools and OpenGL features related to realize GPS foundation pit monitoring data of one dimension， from three aspects of 2 d and 3 d visualization processing， is advantageous for the related personnel for the real-time dynamic monitoring data.

Key words：GPS； foundation pit monitoring data； visualization