基于数据库的高速铁路运营期沉降数据管理与分析

王德顺，付宁波，赵忠海

（1德州市城市规划测量队，山东德州　253000；2江西省测绘成果质量监督检验测试中心，南昌　330046；3黑龙江第一测绘工程院，哈尔滨　150081）

基于数据库的高速铁路运营期沉降数据管理与分析

王德顺1，付宁波2，赵忠海3

（1德州市城市规划测量队，山东德州253000；2江西省测绘成果质量监督检验测试中心，南昌330046；3黑龙江第一测绘工程院，哈尔滨150081）

摘要：本文介绍了采用数据库存储变形监测数据的必要性，以及根据数据特点选择何种数据库，如何建立满足需求数据库的方法，并对具体的编程实现方式上进行了阐述，最后在某高速铁路沉降项目中，得到了很好的检验。

关键词：数据库；高速铁路；运营期；沉降

1　概述

随着高速铁路不断建设与通车，突显出其运营期沉降观测的必要性。地质条件、构筑物的物理因素以及外界环境的变化都会对运营中的高铁线路产生沉降影响，这种沉降直接影响到线路的平顺性、安全性[1]。及时发现沉降区域或异常区间，可以为线路养护维修和应急处理提供必要的依据，避免重大事故的发生。

高速铁路通常每60米有一对监测点，所以全线监测点通常上千或者上万，采用传统的文件方式管理、分析数据，必然效率低下。同时，进行几期观测后，数据量巨大，更容易导致数据文件混乱，甚至缺失，给后续沉降分析带来不必要的麻烦。采用数据库管理后，可以大大提高内业效率，而且便于数据备份，保障数据安全。

本文在分析高铁沉降数据特点后，介绍了数据库如何建表、建字段，在此基础上利用C#编程实现沉降数据存储，以及对数据进行分析的基本实现，并在某高铁沉降观测中得到应用。

2　数据库架构

在选择数据库作为数据存储平台后，接下来面临的问题是选择何种数据库管理软件，因为目前常用的数据库管理软件有Oracle、SQL Server、DB2、MySQL、Access等，但就目前沉降数据管理而言，选择Access数据库即可，因为该数据库有成本低、界面友好、开发简单、接口灵活等特点[2]，并且作为微软公司Of fi ce办公套件中的一部分，可以和Of fi ce集成，实现无缝连接，为数据录入、报表输出提供便利，而其它数据库管理软件则更适合于大型事务处理或者网络应用。

关系数据库以二维表形式存在，沉降数据需要经过规范化变为简洁的表。规范化过程包括第一范式：表中只有原子元素，也就是表中每一个单元存储简单的数据值，没有重复或嵌套的值；第二范式：所有非键列依赖整个键，如果一个数据表的键只有一个字段的话，它就一定符合第二范式；第三范式：每个非键列只依赖于键，也就是所有非键列属性之间是无关的[3]。

根据上述分析以及高铁沉降观测数据特点设计了四个表和相应的字段属性，分别是线上点属性表（RMBP）、线下点属性表（LDT）、高程表（BST）、沉降信息计算表（CST），如图1所示。点属性表是每个监测点的信息集合，用来查询该点具有哪些特性，例如根据里程区间，就可以获取该段内所有监测点，便于后续查找、分析；高程表包含所有监测点的高程信息，由观测日期等字段区分监测点高程属于哪一期观测成果；沉降信息计算表包含由各期高程计算获得的沉降量、速率等信息，供沉降分析直接使用。其中蓝色标记的表（RMBP、LDT、BST）是外部可见表，即需要外部对这3个表输入数据，灰色标记的表（CST）外部不可见，不需要用户干预，供前台程序获取数据使用。黄色标记的属性字段必需存在，不能为空，程序在执行过程中需要这些关键信息。在把外部数据录入数据库时，可由前台程序完成，不需要用户接触数据库，保障数据完整、安全。

图1　数据库表结构

3　以数据库为基础的程序开发

在设计完数据库结构后，即可按照工程项目需要，依据相应规范[4，5]、技术设计书编写前台程序。首先是外业数据的录入，包括点位属性和高程信息，根据外业特点，多数成果采用Excel表形式存储，所以前台程序可设计为直接读取Excel表格形式，以高程表为例，Excel表格如图2所示。初测周期定为0周期，其后监测周期从1开始编号，日期输入格式为：YYYY-M-D（年4位，月、日按照实际填写），数字之间用“-”分割，高程单位为米。

图2　高程属性表（BST）

在沉降分析功能实现上，主要完成监测点点信息、高程信息的查询、删改，时间上的检测点沉降分析、空间上的区间沉降分析，以及根据观测数据预测沉降量。分析结果可以输出Excel形式的报表以及AutoCAD图，满足成果提交、打印等需求。程序流程如图3所示。

图3　程序流程图

前台程序采用C#编写，通过ADO.NET与数据库连接[6]。因为在程序执行过程中会经常操作数据库，所以可以把数据库操作作为一个类“DealDataBase”封装，提高代码利用效率。“DealDataBase”类关键代码如下：

另外在利用SQL语句来实现跨表查询时，可以采用灵活的临时表方式，例如下述代码实现了获取多期高程值：

select a1.name，B0.hi，B3.hi，B4.hi，C4.ST，C4.STA

from（select * from RMBP where RMBP.lr='L'）a1，

（select * from BST where BST.cycle=0）B0，

（select * from BST where BST.cycle=3）B3，

（select * from BST where BST.cycle=4）B4，

（select * from CST where CST.cycle=4）C4

where a1.name=B0.name and a1.name=B3.name and a1.name=B4.name and a1.name=C4.name

在以数据库为基础的编程实现上，充分利用SQL语句的便利，可以大大简化编程的繁琐度以及提高程序执行效率。除此之外，采用与Matlab混合编程，利用Matlab强大的计算功能，实现了沉降预测分析，缩短开发周期。

4　应用与结论

在“某城际高铁精密控制网复测及构筑物变形监测”项目中，程序经过不断完善后，基本满足工程需要，可以随时查看特定地段沉降趋势、快速输出成果报表，大大提高工作效率。程序运行及输出的Excel报表如图4所示。

图4　程序执行与Excel报表

越来越多的工程项目需要进行沉降变形监测，以数据库为基础的数据存储成为趋势。本程序经过适当的修改后，完全可以满足楼房、地铁等项目的沉降观测需要，为数据自动化处理提供技术保障。

参考文献：

[1]丁建华.高速铁路工程测量特点[J].铁道勘察，2009（05）：1-4.

[2]李哲，许树勤，李占青.数据库的选择及ADO技术的应用[J].机械工程与自动化，2004（03）：22-24.

[3]James Perry 美，Gerald Post 美.Oracle基础教程[M].钟鸣，郝玉洁，杨桦，等，译.北京：人民邮电出版社，2008.

[4]建设综合勘察研究设计院.JGJ 8-2007建筑变形测量规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[5]中铁二院工程集团有限责任公司.TB 10601—2009高速铁路工程测量规范[S].北京：中国铁道出版社，2010.

[6]Vidya Vrat Agarwal，James Huddleston.C#2008数据库入门经典[M].沈洁，杨华，译.北京：清华大学出版社，2009.

作者简介：王德顺（1984-），男，山东人，助理工程师，本科，研究方向：主要从事工程测量、城市规划测量相关工作。