基于VB的沉降监测数据处理系统构建与实践

李孝雁，黄飒，赵柯柯

（1.河南理工大学测绘与国土信息工程学院，河南焦作454003；2.黄河水利职业技术学院，河南开封475004）

基于VB的沉降监测数据处理系统构建与实践

李孝雁1，2，黄飒2，赵柯柯2

（1.河南理工大学测绘与国土信息工程学院，河南焦作454003；2.黄河水利职业技术学院，河南开封475004）

建筑物沉降监测对建筑物安全施工、运营维护具有重要作用。通过对建筑物沉降监测数据处理问题的研究，设计开发了基于Visual Basic的建筑物沉降监测数据处理系统，探讨了建筑物沉降监测数据处理系统的设计思路、系统模型和主要功能模块。

沉降监测；数据处理；Visual Basic；功能模块

0 引言

随着我国经济的飞速发展，城市化进程的不断加快，高层及超高层建筑物越来越多。高层及超高层建筑物的兴建，改变了地面原有状态，增加了地基荷载。地基荷载的增加，引起地基及周围地层的变形［1］。为保障建筑物的使用安全，建筑物沉降监测的必要性和重要性愈加明显。

建筑物沉降监测数据采集工具从过去的光学水准仪到现在的电子水准仪，在数据质量和作业效率上有了很大提升。但在监测数据处理方面，采用传统的手工处理方法，中间数据人为干预多，出错概率大，作业效率低。另外，在监测数据管理阶段，存在数据利用率低，数据挖掘不充分的现象。因此，开发建筑物沉降监测数据自动化预报分析处理软件，对建筑工程安全施工、运营维护具有重要意义［2］。

1 沉降监测的技术要求

建筑沉降观测应测定建筑及地基的沉降量、沉降差及沉降速度，并根据需要计算基础倾斜、局部倾斜、相对弯曲及构件倾斜。沉降观测点的布设应能全面反映建筑及地基变形特征，并顾及地质情况及建筑结构特点。

1.1 建筑施工阶段的观测要求

建筑施工阶段的观测应符合下列规定［3］。

（1）普通建筑可在基础完工后或地下室砌完后开始观测，大型、高层建筑可在基础垫层或基础底部完成后开始观测。

（2）观测次数与间隔时间应视地基与加荷情况而定。民用高层建筑可每加高1～5层观测一次，工业建筑可按回填基坑、安装柱子和屋架、砌筑墙体、设备安装等不同施工阶段分别进行观测。若建筑施工均匀增高，应至少在增加荷载的25%、50%、75%和100%时各测一次。

1.2 建筑使用阶段的观测要求

建筑使用阶段的观测次数应视地基土类型和沉降速率大小而定。除有特殊要求外，可在第一年观测3～4次，第二年观测2～3次，第三年后每年观测1次，直至稳定为止。在观测过程中，若有基础附近地面荷载突然增减、基础口周大量积水、长时间连续降雨等情况，均应及时增加观测次数。当建筑突然发生大量沉降、不均匀沉降或严重裂缝时，应立即进行逐日观测或2～3 d观测1次。

每周期观测后，应及时对观测资料进行整理，计算观测点的沉降量、沉降差以及本周期平均沉降量、沉降速率和累计沉降量，并对计算数据进行分析和建模，提交工程平面位置图及基准点分布图、沉降观测点位分布图、沉降观测成果表、时间—荷载—沉降量曲线图、等沉降曲线图、沉降观测分析报告等成果。

2 沉降监测数据处理系统构建

2.1 系统总体设计［4］

当前，沉降监测主要应用精密电子水准仪进行测量。外业观测实现了自动化，观测数据实现了数字化。为了实现沉降监测外业实施和内业数据处理的无缝链接，提升内业自动化程度，实现沉降监测内外业一体化，笔者结合当前沉降监测所采用的主要方法和新设备，按照实际工作中沉降观测数据处理步骤进行系统总体设计，设计思路如下：

（1）分析几种常用电子水准仪的外业数据存储格式，再区分测站观测程序，设计了几种原始数据读取和录入方式，并自动生成外业记录手簿，降低了因人工记簿或手动编辑导致出错的几率。

（2）根据控制网数据处理和沉降监测数据处理两种情况，设计了录入起算点、基准点、监测点、观测日期、监测周期等相关信息选项，通过读取第一步生成的记录手簿组网进行控制网或监测网平差数据处理，生成平差计算成果表。

（3）汇总各个观测周期的平差计算成果表，整理汇编沉降监测成果表。

（4）读取沉降监测成果表数据，绘制不同监测点不同时间段的沉降监测曲线图和沉降速率曲线图，包括整个监测对象的全周期监测曲线图的绘制和生成。

（5）利用成熟的沉降监测分析模型对本项目实施的沉降监测数据进行分析，检查成果的可靠性，预测沉降变形的趋势，确保工程实体的安全。

以上5个步骤紧密联系，实现了从外业到内业的一体化自动作业，提高了成果的可靠性，提升了数据的利用率。本系统的总体设计思路框图如图1所示。

图1 系统总体设计思路框图Fig.1 General design of system

2.2 系统功能模块构建

系统的主要功能包括：系统登录、工程基本信息录入、外业观测数据处理、沉降监测成果整理与分析。

（1）系统登录。登录界面的设计考虑到了数据的保密性和安全性，需要输入预先设定的密码，才能进入系统，对数据进行各种计算和分析等功能。登录界面如图2所示。

图2 系统登录界面Fig.2 System inter face login

（2）工程基本信息录入。开始一个新的工程，监测一个新的对象，需要录入相应工程监测对象的基本信息，其中包括项目基本情况和测期基本情况。工程基本信息录入界面如图3所示。

图3 工程基本信息录入界面Fig.3 Engineering basic information input interface

（3）外业观测数据处理。一个沉降监测项目需要对基准网进行平差计算和对各个周期沉降监测网进行平差数据处理。所以，在录入基本测量信息时，首先区分作业类型（基准点观测或沉降点观测），确定观测所用仪器型号。因为不同仪器型号观测的原始电子数据格式不一样。其次，确定外业测站观测程序。观测程序分为“后－后－前－前”和“后－前－前－后”，观测程序不一样，外业数据格式也是不一样的。最后，按控制网数据处理和沉降监测数据处理两种情况，分别录入起算点、基准点、监测点、观测日期、监测周期等相关信息选项。通过“录入观测信息”“读入观测数据”“生成并保存记录手簿”“平差计算”“保存平差成果表”等步骤，完成从外业原始观测数据到内业平差计算全自动数据处理。由外业原始观测数据到外业记录手簿到平差成果表一系列处理和成果产出。外业观测数据平差处理界面如图4所示。

图4外业观测数据处理界面Fig.4 Field observation data processing interface

图4 主要包含了2个功能模块：一是外业记录手簿生成，从外业观测的原始电子记录数据到读取、筛选、生成记录手簿；二是平差计算功能模块，包括基准点控制网平差计算和沉降监测网平差计算。其中，平差计算的数学模型为水准网间接平差计算。

（4）沉降监测成果整理与分析。汇总各个观测周期的平差计算成果表，整理汇编沉降监测成果表，界面如图5所示。

图5 沉降监测成果整理界面Fig.5 Settlement monitoring results collating inter face

读取沉降监测成果表数据，绘制不同监测点不同时间段的沉降监测曲线图，包括整个监测对象的全周期监测曲线图的绘制和生成，界面如图6所示。

读取沉降监测成果表数据，绘制不同监测点不同时间段的沉降速率曲线图，包括整个监测对象的全周期沉降监测速率曲线图的绘制和生成，界面如图7所示。

预报是沉降观测的最终目的。所以，为了使沉降观测结果对工程的安全更具有指导意义，就需要根据已有的沉降数据对后期的沉降量进行预测分析。这就要求系统具有根据已选定的预测模型具有趋势分析的功能。随着现代科学技术的发展和计算机应用水平的提高，各种理论和方法为变形分析和变形预报提供了广泛的研究途径。目前，常用于变形观测数据分析与处理的预测模型主要有曲线拟合、回归模型、时间序列分析模型、灰色系统分析模型、卡尔曼滤波模型、人工神经网络模型、小波理论等。本系统趋势分析功能中采用非等间距灰色理论模型对沉降量进行预测，并通过工程实例的应用测试，验证了系统的可靠性，界面如图8所示。

图6 沉降曲线图绘制界面Fig.6 Settlement curve draw ing interface

图7 沉降速率曲线图绘制界面Fig.7 Settlem ent rate curve draw ing inter face

图8 沉降预测分析界面Fig.8 Settlement prediction analysis interface

3 系统实践应用

本文开发的沉降监测数据处理系统已在河南省中纬测绘规划信息工程有限公司的沉降监测项目（焦作地区农信小区1—8＃八栋高层住宅楼沉降监测、华融国际公寓33层商住楼沉降监测）中应用。实际应用验证了系统计算快捷，图表成果的可靠，为生产单位及时准确地提供了可靠的沉降数据资料。图9～图13是系统对焦作地区农信小区高层住宅楼和华融国际公寓33层商住楼的沉降监测成果。

图9 拓普康DL－101C原始观测数据Fig.9 Raw observation data of Topcon DL-101C

图10 自动生成的外业记录手簿示例Fig.10 Automatically generated field records handbook sam ple

图11 由记录手簿自动生成的平差计算数据文件Fig.11 Adjustment calculation data files automatically generated by the record handbook

4 结语

图12 自动计算生成的平差成果表范例Fig.12 Automatically generated ad justm ent resu lts table samp le

图13 农信小区1号楼沉降曲线图Fig.13 Settlement curve of Nongxin Block Building 1

本文以河南省中纬测绘规划信息工程有限公司的沉降监测项目为依托，在Visual Basic和Excel平台上开发设计了高层建筑沉降监测数据处理系统，系统包括原始外业数据录入、控制网数据及监测数据平差处理、汇总生成沉降监测成果表、查看或生成沉降曲线图和沉降速率曲线图、沉降监测分析预测等功能，实践证明，系统整体上能够可靠、精准地对建筑物沉降监测数据进行预报分析，实现了沉降监测外业实施和内业数据处理的无缝链接，提升内业自动化程度，降低工作繁度，大大提高了工作效率和数据利用效率，具有很强的应用及推广价值。

［1］张正禄，黄全义，文鸿雁，等.工程的变形监测分析与预报［M］.北京：测绘出版社，2007：23-61.

［2］黄声享，尹晖，蒋征.变形监测数据处理［M］.武汉：武汉大学出版社，2010：57-88.

［3］JGJ 8－2007，建筑变形测量规范［S］.

［4］李伟，王俊旻，彭子龙.变形监测数据管理与分析系统设计与实现［J］.测绘工程，2014，23（7）：76-80.

[责任编辑 杨明庆]

TV698.1

B

10.13681／j.cnki.cn41－1282／tv.2016.04.012

2015-09-15

黄河水利职业技术学院科研基金项目：高层建筑物沉降监测专家系统研究及应用（ZV16KZJS012）

李孝雁（1981－），男，湖南邵阳人，讲师，硕士研究生，主要从事测绘科学与技术专业的学习和研究工作。