隧道监控量测数据分析与管理系统的设计与开发

第３Ｏ卷第３期　２０１０年６月　

隧道建设　

Ｔｕｎｎｅｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｖｏ１．３Ｏ　Ｎｏ．３　

Ｊｕｎｅ　２０１０　

隧道监控量测数据分析与管理系统的设计与开发　方昱　，刘开云　（１．安徽省高速公路总公司，合肥２３０００１；２．北京交通大学土建学院，北京１０００４４）　摘要：对国内外监测数据分析管理系统开发现状进行调研，分析监测数据分析管理系统的需求，以隧道工程的施工监测项目为应　用对象，运用数据库管理和图形可视化技术，采用面向对象的关系数据模型，实现监测数据的录入与存储操作、多视图可视化查询、　时态曲线与空问状态曲线图、回归分析、生成报表等基本功能。在此基础上，依据隧道设计规范中围岩稳定判断的相关规定，增加　围岩稳定分析与预测专家库功能模块，最终开发完成隧道工程监控量测信息管理系统，并将该系统应用于工程实际，验证该系统的　有效性和可靠性，为隧道工程施工监测数据分析提供一个新的工具。　关键词：隧道工程；新奥法；监测；数据分析；管理系统；数据库　中图分类号：ｕ　４５６　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７２—７４１Ｘ（２０１０）０３—０２３ｌ一０４　

Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｄａｔａ　

ＦＡＮＧ　Ｙｕ　，ＬＩＵ　Ｋａｉｙｕｎ　（１．Ａｎｈｕｉ　Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　Ｈｏｌｄｉｎｇ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｈｅｆｅｉ　２３０００１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｒｉｎｇ　１０００４４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｃｏｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ—ａｉｄｅｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｕｎｎｅｌｓ　ａｎｄ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｗｏｒｋｓ，ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　ｗｏｒｋｓ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｕｎｎｅｌｓ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｄａｔａ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ　ｉｓ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｄａｔａｂａｓｅ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｆｉｇｕｒｅ　ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｏｂｊｅｃｔ—ｏｒｉｅｎｔｅｄ　ｄａｔａ　ｍｏｄｅｌｓ　ａｒｅ　ｕｓｅｄ，ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｉｔｅｍｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ｗｏｒｋｓ　ａｓ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｂｊｅｃｔｓ，ＳＯ　ａｓ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｐｕｔ　ａｎｄ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｄａｔａ，ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｑｕｅｒｙ，ｔｉｍｅ—ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　ｃｕｒｖｅｓ　ａｎｄ　ｓｐａｔｉａｌ　ｃｕｒｖｅｓ　ｆｏｒｍｉｎｇ，ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ　ａｎａｌｙ—　ｓｉｓ　ａｎｄ　ｒｅｐｏｒｔ　ｔａｂｌｅ　ｆｏｒｍｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｍｏｄｕｌｅ　ｏｆ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ　ｅｘｐｅＡ　ｄａｔａｂａｓｅ　ｉｓ　ａｄｄｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｎ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｊｕｄｇｍｅｎｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｍａｓｓ　ｓｔｉｐｕｌａｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｔａｎｄａｒｄ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｗａｙ，ａｎ　ａｎａｌ—　ｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｕｎｎｅｌ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｄａｔａ　ｉｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，　ｗｈｉｃｈ　ｖｅｒｉｆｉｅｓ　ｉｔｓ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｖａｌｉｄｉｔｙ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ａ　ｎｅｗ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｔｏｏｌ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｄａｔａ　ａｃｑｕｉｒｅｄ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｕｎｎｅｌ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌ；ＮＡＴＭ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｄａｔａ　ａｎａｌｙｓｉｓ；ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ；ｄａｔａｂａｓｅ　

０　引言　作为新奥法的重要组成部分，隧道施工监控量测　在我国受到越来越多的重视，但由于量测技术和数据　处理分析手段还不完善，信息反馈不够及时，监测数据　在验证事前设计和指导事后施工方面还未发挥应有的　作用。随着计算机技术的不断发展，新奥法施工现场　监测数据的自动化管理的研究也成为了一种新的发展　方向。邝明　以ＦｏｘＰｒｏ　２．５　ｆｏｒ　Ｄｏｓ为平台开发了隧　道施工监测信息管理计算机辅助系统（ＴＭＣＡＭ），能基　本满足隧道施工中量测信息快速分析处理的要求，但　Ｄｏｓ环境下的ＴＭＣＡＭ程序界面不够友好和直观，也　无法进行扩展性二次开发，实用性不强。林勇　结合　公路隧道现场监控量测的特点，围岩和支护结构稳定　分析对数据管理和应力、位移变形时间空间曲线的要　求，采用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ公司的Ａｃｃｅｓｓ　２０００和Ｖｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃ　６．０开发了具有友好用户界面的公路隧道监控量测数　据管理系统；但该系统对监测数据未经回归分析处理　而直接使用，不够科学合理，无法生成报表，应用性能　

收稿日期：２００９—１２—０３；修回日期：２０１０—０２—２３　基金项目：国家科技部８６３计划资助项目（２００７ＡＡ１１Ｚ１０９）；北京交通大学科技基金项目（２００６ＸＭ０２５）　作者简介：方昱（１９７２一），男，安徽蒙城人，１９９３年毕业于福州大学路桥工程专业，硕士，高级工程师，主要从事高速公路建设管理与科研工作。　隧道建设　第３０卷　大为降低，缺少对监测数据有效的分析反馈和后处　理方式。在对国内外监测数据分析管理系统开发　现状进行调研后，针对监测数据分析管理系统的需　求，以Ｊａｖａ＋Ａｃｃｅｓｓ的开发环境为依托，编程开发了隧　道施工监测数据分析管理系统。　ｌ　系统功能与总体规划　针对目前国内隧道新奥法施工及其对监控量测的　需求，得出系统需要实现的功能：　１）友好的用户界面，设计简单实用的表单，采用　Ｗｉｎｄｏｗｓ平台的命令按钮进行操作。采用方便灵活的　下拉式菜单实现系统的菜单结构。　２）能够按地表沉降、周边位移、拱顶下沉、锚杆内　力、接触压力、衬砌应力、钢支撑内力、围岩内部位移等　量测项目方便地输入现场监控量测采集到的数据，同　时要求输入量测日期、距掌子面距离等工程情况数据，　自动完成数据的转换计算，以表格、图形等多种视图显　示出来。　３）能够向数据库中添加新的量测数据，按要求的　项目查询数据，对输入失误的数据进行修改和删除。　４）根据监测数据生成时间效应、空间效应曲线，　并对其进行回归分析。　５）系统能自动生成报表，计划采用周报表和量测　成果表两种形式。　６）整合隧道施工技术规范，根据分析与预测专家　库，提供监测数据的分析与反馈结果，直接生成施工指　导意见。　以需求分析为基础的总体规划具有其必要性：可　以站在全局高度上，花较少成本，从较抽象的层次上分　析对比多种可能的系统实现方案，从中选出最佳方案　和最合理的软件结构。　总体设计采用结构化设计法　。对于该监测系　统而言，从结构上划分，系统设计由系统数据库设计、　系统后台主体程序设计及系统界面设计３部分；而从　系统功能上划分，系统由监测数据操作与存储、回归分　析、时态曲线图、报表生成、分析与预测专家库５个功　能模块组成。系统的总体规划与设计见图１。　２数据结构设计　系统数据库主要存储监测项目的基本信息和监测　数据，以Ａｃｃｅｓｓ数据库为基础，通过对数据库的结构　和行为分析，完成系统数据库的开发设计　Ｊ。Ａｃｃｅｓｓ　数据库是关系数据库中的一种。关系数据库模型将数　据表示为二维表的集合。表是处理数据和建立关系数　据库及应用程序的基本单元，表可看作一组行和列，行　被称为记录，而列则被称为字段，表的操作包括处理当　前存储于表中的信息、定制已有的表或者创建自己定　制的表来存储数据，表与表之间是通过相关字段进行　连接的。　数据库逻辑结构见图２。图中列出了主要的数据　表及其结构，分别用来记录和存储对应的数据信息。　系　监测数据操作与储　慧｝　＿＿霹　二　芾枣分　籍　ｆ　Ｊ＿＿＿＿曩　曼］　｛…一菝蓑　一　ｆ　ｌ　Ｌ————————————————一　ｌ　结构设计　ｆ毳　一　蓍　Ｉ篝　Ｉ｛　】　｝１　图Ｉ　系统的总体规划与设计　Ｆｉｇ．１　Ｇｅｎｅｒａｌ　ｐｌａｎｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　图２数据库逻辑设计　Ｆｉｇ．２　Ｌｏｇｉｃ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｄａｔａｂａｓｅ　３　系统设计与开发　系统主体程序设计以Ｊａｖａ语言为开发工具。Ｊａｖａ　语言是一种面向对象的程序设计语言。所谓面向对象　的程序语言，是相对于以具体的解题过程为研究和实　现主体的面向过程的程序设计而言的，以需要解决的　问题中所涉及到的各种对象为主要矛盾来进行设计。　比如：监测断面可以抽象为一个类，而桩号为Ｋ２８０＋