地铁沉降观测数据处理软件设计与开发

庞红军 金新平 卫建东

摘要：车站及区间隧道的沉降测量是地铁变形监测中是非常重要的一项，使用电子水准仪减少了监测工作量，提高了工作效率，然而内业资料的数据处理和分析，仅仅依靠人工计算，并绘制成图，工作非常繁重和低效。本文设计并开发了一种软件，从沉降观测数据处理分析软件的总体功能设计、存储数据库设计、平差核心数学模型、软件功能模块设计等方面，实现了从沉降观测原始观测文件读取到数据处理、报告生成等功能的自动化。

关键词：沉降观测；软件开发；变形分析

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）30-0074-03

Abstract：The subsidence measurement of stations and tunnels is very important in the deformation monitoring of subways. The use of electronic leveling instrument reduces the monitoring workload and improves the work efficiency. However， the data processing and analysis of internal data only depends on manual calculations. Drawing into a map， the work is very arduous and inefficient. This paper designs and develops a software that can achieve functions such as readout of raw observation data from settlement observation， data processing， report generation， etc. from the aspects of the overall function design， storage database design， and software function module design of settlement observation data processing and analysis software. Automation.

Key words： settlement observation； software development； deformation analysis

在地鐵监测工作中，数据处理和编制监测报告是非常艰辛的，每天白天测量各类监测点数据，晚上加班处理数据和编制监测报告，每到月末赶上日报、周报、月报[1]同时提交时间，更是疲于应付。比如沉降监测，主要采用几何水准测量方法[2]，目前比较常用的仪器为天宝DiNi03、徕卡的DNA03。DiNi03配数据传输软件，将传输的数据文件，可以用Excel直接读出，但无法自动提取每站的高差数据。我们曾开发一个从DiNi03原始数据文件提取高差的小软件，然后将高差数据整理成清华三维平差软件能认的格式进行平差，将平差结果整理成Excel表格进行监测报告的编制。这样做下来，每天原始数据文件、处理过程文件、处理结果文件、监测报告文件等文件管理很烦琐，整个工作还是相当花费时间和精力，所以开发一套从读入数子水准仪原始数据到监测报表生成一体化的沉降观测数据处理分析软件十分必要。

1 软件总体功能设计

软件采用Access数据库管理每期数据，实现能够读取天宝DiNi03、徕卡DNA03等常用数字水准仪原始观测数据文件，将观测数据导入数据库，然后软件进行闭合差计算检查、水准线路网的平差计算、周期沉降量计算，同时可以生成基于WORD或EXCEL的观测手簿、平差报告、监测报表等。另外能做一些相关性分析、回归分析等。总体功能结构图见图1所示。

2 数据库设计

数据库采用比较常用的Microsoft Access来建立沉降观测数据库。Microsoft Access是Microsoft Office套装软件之一，是一个开放式的数据库管理系统[3]。沉降观测数据库是用来存储原始观测数据、已知基准数据、预处理数据、平差结果数据、沉降变形数据等，是系统的基础和核心。

本数据库由不同的表组成，各种不同表之间通过关键字建立相应的关系。主要表有：

1）周期信息表，包含：周期号、观测日期、气象概况、仪器型号、仪器号、观测员、A尺员、B尺员、限差方式、限差系数、平差方式、相关量、备注等字段。

2） 原始观测值表，包含：周期号、线路号、站序、后视点、前视点、后尺读数1、后尺读数2、前尺读数1、前尺读数2、后尺距离1、后尺距离2、前尺距离1、前尺距离2、观测顺序、测量时间、备注等字段。

3） 高差观测值表，包含：周期号、段序、起点、终点、高差、测段长度、测站数、终点类型、线路号、备注等字段。

4） 高程平差值表，包含：周期号、点名、高程、高程中误差、点类型、备注等字段。

5） 高程变化量表，包含：周期号、点名、本次高程、上次高程、初始高程、沉降值、累计沉降值、沉降值中误差、沉降显著性、置信度、上次周期号、初始周期号等字段。

6） 高程基准值表，包含：周期号、点名、高程、类型、稳定性、稳定权等字段。

3 平差功能数学模型

沉降监测网采用最小二乘进行平差[4]，本软件采用带条件的参数平差统一模型，具体如下：

同一沉降监测网当采用不同平差方法时，例如采用经典网平差、自由网平差或者拟稳平差，只存在G阵变化，其他阵则无须改变，极大简化程序代码的编写和维护。

4 软件功能模块设计

依据总体功能设计要求，软件应具有如下功能模块[5]：

4.1 工程管理模块

该模块主要包含工程文件的建立、打开、另存等。工程文件实质上就是创建的数据库文件。

4.2 编辑、设置和数据输入模块

该模块主要包含工程概况编辑、周期信息编辑、基准数据输入、观测数据输入、补测数据输入、点名的修改。其中补测数据输入是为线路部分测段超限需补测而设置的；点名修改模块是考虑当监测点名前缀较长，而仪器输入点名长度有限制时，可以批量给点名加前缀，或修改点名。

4.3 平差处理模块

该模块包含测段合并、闭合差计算、高程网平差。其中测段合并，可以将一个测段中间过渡点去掉，提取该测段累计高差、累计线路长度、累计测站数等信息。高程网平差可以选择使用经典平差或拟稳平差。

4.4 变形分析模块

该模块包括首期两次测量分析处理、测段高差周期间对比分析、沉降量计算、沉降曲线显示、变形回归分析等。

4.5 成果输出模块

该模块包括观测手簿输出、平差报告生成、单期监测报告创建、多期监测报告。其中多期监测报告可以用于周报、月报、汇总报告的生成。

5 软件开发实现

基于以上设计要求，在Microsoft.NET环境下开发，采用.net C#语言开发了地铁沉降观测数据处理与分析软件HAnalysis1.0软件，数据库操作采用ADO.net技術。采用可视化的窗体界面，含可查看各类数据的表格界面和可查看变形曲线的图形界面。见图2所示，为软件在某地铁监测项目中应用的实例界面。除成果的软件界面显示，软件也可以输出原始观测手簿、监测网平差报告、监测报告等，图3、图4、图5为输出成果。

6 结束语

HAnalysis1.0沉降观测数据分析软件，实现了从读取数字水准仪原始数据文件，到闭合差计算、平差计算、变形量计算及相关分析、成果报表输出的自动化，保证数据处理分析的可靠性，软件操作方便，极大减轻了沉降监测工作量。可使用于地铁结构沉降监测、大坝沉降监测、基坑沉降监测等沉降监测工程的数据处理和分析。

参考文献：

[1] 中华人民共和国国家标准编写组. 《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2013.

[2] 金淮，张建全. 城市轨道交通工程监测理论与技术实践[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2014.

[3] 程玉书. 变形监测信息管理系统的设计与实现. 测量信息与工程， 2008， 33（3）：31-32.

[4] 孙现申，赵泽平. 应用测量学[M]. 北京：解放军出版社，2004.

[5] 李军，候智勇，王绪本. 变形监测信息管理系统的集成设计[J]. 计算机应用研究，2008 （6）：1904-1907.

【通联编辑：梁书】