地铁结构安全监控与预警中心系统的设计及应用

邓显威

摘要：阐述了地铁结构安全监控与预警中心的需求分析，详细介绍了系统架构。对实际开发中遇到的问题及解决办法进行了详细解析。软件架构及解决方法，可在类似的工程软件中推广应用。

关键词：自动化；监控系统；大屏展示；隧道结构安全

1 概述

随着我国经济的发展和城市化水平的提高，城市轨道交通也在大力发展。城市轨道交通结构以地下轨道交通为主，其建设是在岩土体内部进行的，无论采用何种开挖方法以及不同的埋深， 地铁隧道结构在建设中以及建成后，因地质、地下水、邻近基坑施工以及本身结构负荷等各方面的综合影响，可能会使隧道结构产生裂缝、变形等危害隧道安全的变化，必须及时准确的进行长期的变形监测以便及时发现和预报险情，保证隧道的施工以及运营的安全。

现阶段地铁结构监测成果反馈存在监测数据分散、数据管理混乱、数据报警不及时等问题，难以对地铁隧道结构进行实时维护及管理外部施工。随着各大城市地铁多条线路的相继投入运营使用，存在的问题会越来越突出。针对这些存在的问题，开发监控与预警中心，保障地铁结构、信息化管理外部施工，是非常有必要的。本文详细阐述地铁结构变形监控与预警中心的相关开发问题。

2 需求分析

根据广州地铁结构运营监测及地保监测项目的运行，分析得出地铁结构安全监控与预警中心的具体需求如下：

[JP2]（1）运营期隧道结构变形监测数据实时接入；（2）多项目管理；（3）数据成果的科学管理；（4）用户及用户权限管理；（5）监测成果资料的查询；（6）监测成果的图形显示；（7）报表的自动生成，数据成果输出；（8）后期扩展要求；（9）性能、界面友好等。[JP]

3 系统架构

根据需求分析，地铁结构安全监控与预警中心采取在企业云上部署服务器及数据库，外部数据统一经过物联网及VPN的安全验证后才能接入数据库。前端展示形式为Web端大屏浏览、手机端浏览、Web端后台管理，为兼容计算机硬件和操作系统的约束而在任意计算机环境下正常运行，本系统采用java语言编写。

（1）数据录入：数据录入主要来源为现场可自动测量无需人工操作的数据采集设备如：全自动全站仪、静力水准仪、裂缝计、温度计等经过自动采集装置采集数据后，通过VPN自动上传至云平台；另外由人工测量所得数据，通过统一格式手动导入云平台。

（2）Web端大屏浏览：大屏浏览为监控中心的主要功能，该浏览放置在实时监控中心60寸大屏幕上，可查阅所有项目数据信息、报警信息等资料。当有项目数据超过报警值时，会自动滚动报警信息，并对该项目进行闪烁标记。

（3）手机端浏览：手机端主要为方便查阅数据，可在微信关注该软件公众号，当获得某项目的权限后，即可在公众号上获得推送项目实时报警等相关信息的服务，并能随时在手机上查阅项目数据信息。

（4）后台管理：后台可进行工程管理，分配人员项目权限，预警消除，信息推送等操作。

4 系统的应用

本系统采取开发、使用、测试平行推进的开发模式，以实际工程人员的使用意见为测试的界面及修改意见，项目经过半年、上百个项目、超过一百万条的监测数据测试，现已申请获得软件著作权，并正式投入应用。本系统的成功应用为地铁隧道结构安全提供了保障。

5 开发中的问题及解决

在开发过程中遇到了一些问题，为系统的推进造成了一定阻碍，以下为开发中的遇到的部分问题及解决办法。

（1）海量数据的查询优化：本系统整合了广州地铁全线网多年运营监测数据及地保监测数据。由于数据量巨大，当项目进行至一半，系统中数据已达百万条，导致数据读取慢、曲线图加载页面卡死等问题出现。

为了解决该问题，在数据库中采取建立临时表，优化数据查询条件，解决了数据读取慢的问题；采用取样绘制曲线图，解决了曲线图加载页面卡死的问题。

（2）大屏幕展示分块：由于需要在国家实验室通过大屏实时监控多个项目的监测情况，大屏显示内容有限，且一般情况下不允许跳转。

为了完全利用大屏资源，在本系统中将大屏切割成左、中、右三部分，中间部分展示地铁大线网图，可在线网图选取线路、区间或项目，直接点击某项目进入项目信息查阅；左边部分展示总的项目数据、统计信息及发布信息，可查阅总项目数、项目报警、设备使用情况等信息；右边部分展示单个项目信息及曲线图，可查阅项目的详细信息、数据、曲线图等资料。线网数据及项目数据在分块中各自清晰显示、互相关联、互不干扰。

图5 大屏功能区示意图

（3）多种类数据兼容：本系统中录入了全自动全站仪、静力水准、裂缝计、测距仪、人工监测项目等十多种数据，各种数据输入格式不同。

本系统中针对不同的输入方式采取不同的输入函数接口，数据输出为统一的输出接口，既兼容了数据录入的多样性，又保证了数据展示的协调性、统一性。

6 结语

广州多年运营的地铁线网，积累了大量的运营监测数据，为建立本系统提供了基础支撑。该系统的应用，全面提高了廣州地铁运营信息化反馈的效率，为地铁隧道结构安全的健康安全提供了保障。地铁隧道结构的安全，直接影响着运营地铁车辆的运行安全，保障地铁结构的安全就有效的保证了国家和人民的生命财产安全，保障了社会的稳定。

如何充分利用广州地铁多年运运营的隧、运、机、工、电、车等监测数据服务于地铁隧道、服务于工程，挖掘数据的共性等若干问题还有待进一步深入研究。本系统的成功应用，可为类似的软件工程开发提供参考。

参考文献：

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