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摘要:建立城市地鐵施工監測信息管理系統對于保障地鐵安全施工，提高施工現場安全管控具有重要的影響。為實現地鐵工程施工監測信息管理系統三維GIS地理信息的查詢與分析，針對地鐵工程中參與單位眾多、監測數據量大等特點，研究設計了基于WebGIS的具有三維GIS基礎圖形的城市地鐵施工監測信息管理系統。
關鍵詞:城市地鐵施工;WebGIS;信息管理系統;施工監測
0引言
地鐵具有高效、便捷、安全、準時等特點，能有效緩解城市交通的擁堵，保障市民出行的一種交通方式。地鐵工程相比于其他交通工程，受到復雜的地質條件、城市地下管線、工程周邊既有構筑物等因素的影響，導致地鐵工程的施工存在許多安全風險。而地鐵施工監測可在地鐵施工期間提供及時可靠的信息，控制地鐵工程施工安全以及降低地鐵施工對周邊環境的影響，并對可能發生的危及環境安全的隱患或事故提供及時、準確的預報，提前采取措施，避免工程事故的發生。地鐵施工監測數據是反映地鐵工程及周邊環境是否安全的重要依據，監測人員需對每日的監測數據進行分析統計，并將相關數據反饋各方。地鐵施工監測工作具有單位、人員眾多，職能劃分不同、監測項目繁多、數據種類不同、數據量大等特點［1］。隨著信息化技術的發展，建立地鐵施工監測信息系統，對地鐵施工監測工作進行信息化的管理，可有效地提高監測數據反饋的效率，實現對大量數據的管理。如何利用先進的現代化信息技術減輕地鐵施工監測工作中負責監測數據處理工作人員的工作量，提高數據處理的效率，實現信息反饋的及時性是地鐵工程監測相關工作者研究和探討的主要問題［2］。目前，國內許多學者對地鐵施工監測信息管理系統進行研制開發，如謝偉［3］等同時考慮到施工管理者和現場監測人員，將開發的地鐵施工監測信息系統分成了現場監測系統和監測中心管理系統。賀躍光［4］等基于WebGIS開發的城市地鐵施工監測信息管理系統具有統計分析、可視化管理、預警和信息等功能，有效地將地鐵線路和車站土建工程施工的監測－作業－管理3方聯系起來。王翠［5］等結合WebGIS開發的監測數據管理系統具有監測數據處理、監測數據入庫、服務等功能。雖然在地鐵施工監測信息系統研發中取得了較多的研究成果，但在目前的地鐵施工監測信息管理系統大多是針對于某一具體的工程，缺乏靈活性和可擴展行;目前，基于GIS開發的監測信息系統多數是以二維圖形表達的，在三維可視化等方面的研究較少。工程現場的監管不到位，易引發惡性安全事故［6］。因此，開發一套具有可擴展性、能同時達到二維和三維GIS互操作的地鐵監測信息管理系統是很有必要的。
1地鐵施工監測內容及原理
地鐵施工監測信息系統主要是通過現場監測人員獲取監測數據，并通過網絡將監測數據傳輸到系統主機，存入數據庫，通過程序對數據進行分析處理，并在web頁面中動態顯示數據變化曲線，若監測數據變化或累計數據超過設定的控制值，則在頁面提示報警信息。地鐵工程的監測內容包括工程自身的監測、周邊環境的監測［7］。工程自身的監測有基坑和隧道的監測，具體監測內容有圍護樁樁體深層水平位移監測、圍護結構樁(坡)頂水平豎向位移監測、支撐軸力、土體沉降、隧道拱頂沉降、凈空收斂監測等;周邊環境的監測包括建(構)筑物沉降、傾斜、管線沉降、地表沉降觀測等。現場監測人員通過使用水準儀、全站儀、測斜儀等相應的監測儀器獲取監測資料，然后將各項目監測數據上傳至服務器，通過對程序的監測數據進行分析統計，獲取各監測部位的變形數據、變化曲線、最大變形量、變化速率等，做出是否異常判斷。一般以累計變形和變形速率兩個指標作為是否異常的判斷標準，一般分為黃色、橙色、紅色3個預警等級，根據預警級別設置相應的報送范圍、報送時限、報送方式和處置方法，采取及時有效的處置措施，避免工程事故的發生。
2系統功能設計
地鐵施工監測信息管理系統主要分為客戶端層、服務器端層、數據層?？蛻舳朔譃镻C端和移動端，分別采用JavaScript和nativeapp技術。服務器端是業務邏輯實現的主要層，數據處理和存儲都需要進過服務器端的邏輯調控，本系統使用的是網絡服務器，采用Java進行編寫實現。本系統數據庫采用SQLServer2008進行數據存儲。
2．1客戶端功能設計
本系統客戶端由PC端和移動端構成，具有的部分相同功能。PC端主要是基于IE內核的瀏覽器顯示服務器端處理后的結果，并通過一定操作完成簡單的數據處理等功能;移動端主要是基于Android系統，實現數據的查詢、上傳等功能。
1)基本信息查詢
用戶可在客戶端對地鐵工程相關單位信息以及各工點概況進行查詢，包括各單位相關負責人的聯系方式、各車站、區間地理位置、土質狀況、周邊環境、施工方式等基本信息。此部分基本信息由系統超級管理員事先錄入，以供所有用戶進行查詢、瀏覽。
2)監測數據上傳
此功能主要是具有管理員權限的人員，進行數據上傳，包括各監測項目的監測數據、巡視記錄、圖片、工程進度數據的上傳，存入數據庫，以供在需要時通過網絡訪問數據庫接口進行數據的查詢、顯示、分析等。移動端具有圖片和文字上傳功能，監測人員可在施工現場實時通過移動手機拍攝巡視圖片，并加以文字描述，上傳至服務器。
3)監測數據查詢、瀏覽
用戶可在客戶端進行查詢操作，對監測數據進行查詢，可對各監測點的歷史監測數據、位移變化曲線進行瀏覽。
4)電子地圖查詢、瀏覽
主要分為二維和三維地圖兩部分。該模塊包括了地鐵全線的車站、區間等區域的可視化信息和瀏覽。能在瀏覽器中實現對圖形的放大、縮小、漫游等操作。地圖包括多個圖層，能實現用戶自主選擇顯示圖層，并對圖中各要素進行相應的查詢操作。三維地圖部分的主要功能是實現對地鐵施工現場周邊建(構)筑物以及地鐵基坑、隧道的三維圖形的瀏覽查詢。各監測點位可在電子地圖中直觀展示。移動端只能進行簡單的二維電子地圖瀏覽。
5)工點狀態瀏覽
用戶通過客戶端查看各工點當前的施工進度、包括施工狀態、安全狀態、預警狀態等。
6)報表管理
該功能是用戶通過瀏覽器，進行報表的制作和輸出，包括月報、周報和日報。該功能主要是在PC端實現。
2．2服務器端功能設計
服務器端主要包括數據庫和服務管理系統，服務器端功能除部分客戶端功能外，還包括數據庫設計、用戶權限設計等若干功能。
1)數據庫設計
地鐵施工監測信息管理系統中，數據庫主要分為空間數據庫和屬性數據庫。一個地鐵工程設計的位置較廣，相應的單位眾多。因此，空間數據庫主要包括地鐵工程中各工點的位置形狀、周邊構建筑物、監測點位等信息;屬性數據庫主要包括工點信息、相關單位及人員信息、監測數據等。監測數據主要包括沉降監測數據、傾斜監測數據、軸力監測數據、水平位移監測數據、其他監測數據。面對如此多不同類型的數據，為保證數據間的對應關系，本系統數據庫采用關系型數據庫模式進行設計，數據庫由若干個存儲不同類型數據的表組成，通過字段對表與表之間建立對應關系。該系統數據庫總體設計如圖1所示。
2)用戶權限管理
在用戶登錄系統時，自動對用戶進行權限判斷，將用戶與數據進行關聯，用戶只能在給定權限內對數據進行相應的操作。
3)監測預警
系統通過對上傳的監測數據與最近一期的數據進行對比計算，得到變化速率，系統自動對監測數據和變化速率與控制值進行比較，對超過控制值的測點按不同等級進行預警，在每次進行登錄時，系統對數據庫進行遍歷，判斷監測數據是否達到預警值，在各工點主頁面進行提示。
4)數據圖形化
該功能主要是實現各施工現場監測點位的繪制、各監測點位位移曲線圖的繪制，包括沉降、水平位移等曲線圖。
3結束語
在地鐵工程中，參與單位多，監測項目種類多、數據量大，建設城市地鐵施工監測信息管理系統，可協調各單位的業務往來，實現監測成果共享。本文針對地鐵施工安全管理中監測數據不及時及工程監管不到位等問題，對系統的總體框架進行設計，研究分析了從客戶端到服務器端各功能模塊的作用和特點，PC端和移動端具有的不同的客戶端功能，有助于提高地鐵工程安全監測的實時性。本文系統實現三維GIS地圖與二維GIS地圖的交替顯示，提供了基礎的圖形平臺，直觀地對各項數據進行了展示，提高了系統的可視化水平。通過對地鐵施工監測信息的分析，對數據庫進行設計，完成了地鐵監測信息管理系統的設計，為城市地鐵施工監測信息系統的開發提供了理論支持。
參考文獻:
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［2］趙瑩．城市地鐵施工監測系統的問題及對策［J］．科技創新與應用，2015(15):207．
［3］謝偉，呂培?。罔F施工監測信息系統的設計與開發［J］．施工技術，2006(4):87－89．
［4］賀躍光，杜年春，李志偉．基于WebGIS的城市地鐵施工監測信息管理系統研究［J］．巖土力學，2009，30(1):265－269．
［5］王翠．基于WebGIS的城市地鐵施工沉降監測系統的開發［D］．西安:西安科技大學，2011．
［6］甄紅鋒，趙耀強，成波．三維GIS可視化系統在地鐵監測中的應用［J］．地下空間與工程學報，2016，12(1):138－142．
［7］都芳浩．網絡環境下城市地鐵施工安全監測信息管理系統設計與實現［D］．成都:西南交通大學，2017.
作者:張能 畢永清 李威 單位:武漢大學測繪學院
