基于MySQL的激光测距数据分析平台

李朋伟 赵翰超 张鑫启 彭际豪 周立俊 卢菁

摘要：隧道激光测距技术可以实现对隧道断面的检测以及必要的预警，常用的激光测距分析技术使用曲线拟合来对数据进行处理，易造成误差。针对该问题，研究设计了激光测距数据分析平台，利用Pymon对激光测距仪采集并存储于Excel表格中的数据进行提取并导入MysQL数据库中进行结构化存储。平台可对存储的数据进行处理并绘制折线图，对不同测量数据进行差值计算，通过对比分析数据变化情况，定位高危位置，并触发预警。

关键词：激光测距;结构化存储;数据分析;MySQL;Python

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1006-8228（2020）07-37-03

0引言

随着中国城市化进程的加快，城市地下交通发展迅速。然而，中国是一个多地形地貌的国家，其地质导致的隧道安全问题不容小觑。隧道下卧软土层受到长期振动会不断软化，从而导致隧道内壁发生整体沉降以及局部形变，严重影响隧道安全。针对既有线网安全监测的迫切需求，国内外有关机构进行着各种创新技术尝试。

隧道断面检测技术按技术原理可分为：接触式测量和非接触式测量。国内外现有的隧道断面检测技术无法同时兼顾高速动态测量、高测量精度与高采样速率。目前主流的隧道断面检测技术为隧道激光测距技术，通过激光测距装置对隧道断面内壁测量，获得激光发射点与断面监测点之间的距离，进而对数据进行处理，对隧道断面的位移、沉降、形变进行检测，确保隧道安全。采用激光测距方法对隧道断面检测是为克服人工隧道检测带来的效率低下、精确度低、数据不够完整等缺点。但需要处理的数据量极其庞大，目前的系统缺少有效的存储和数据分析的手段。

常用的激光测距技术使用曲线拟合的方式对激光测距传感器所得到的数据进行比较。即数据以线形图显示每次测量的数据，同时对相邻两次数据曲线进行重合分析，如差异显著则会触发报警信息。若对多组数据进行同时拟合，多条曲线重合后难以辨认，严重影响了预警能力。

本文基于对激光测距传感器所得数据进行分析，设计了一个基于隧道激光测距技术的数据分析处理系统。该系统储存标准情况下激光测距传感器的测量值，并将后期采集的数据存储在数据库中。系统可从数据库中取得数据，对每次测量的数据与标准值进行差值计算，绘制对比图分析数据，从而快速筛选形变量较大的位置，迅速确认高危管片所在位置，直观精确地显示预警信息。每次数据处理结果以数字形式直接储存在数据库中，方便下一次提取使用。

1系统设计

1.1系统功能框架

（1）系统采用Python语言编写，使用了Spyder开发环境。Spyder是一個用于科学计算的并使用Python编程语言的集成开发环境。

（2）数据库架构方面，系统采用MySQL数据库，用于结构化存储激光测距仪返回的实验数据以及分析处理后的数据。

（3）折线图的绘制。主要采用了Python内置的matplotlib.pyplot函数集进行绘制。

（4）数据采集：激光测距仪采集的实验数据存储在Excel表中，每隔0.2mm激光测距仪采集一次数据，单位为mm，并存储在Excel表中。由上海傲波技术有限公司提供实验测量数据。

系统功能流程图如图1所示。

系统功能说明：①选择实验数据，刷新界面展现激光测距仪返回的数据列表;②导入数据文件，从Excel表格中，导入激光测距仪所得数据至数据库并进行数据结构化存储;③绘制对比图，通过导入新的实验数据与初始检测所得数据进行对比，在激光测距仪的误差范围内，对两次数据进行差值计算，并以折线图形式展现，直观得出数据变化情况。

1.2数据库设计

激光测距仪测得的数据量巨大，且储存在Excel文档中，不利于进行数据的处理，为使数据合理地存储在数据库中，我们设计两张数据表，见表1，表2。

2系统功能实现

2.1系统主界面展示

如图2所示，主界面一共分为三个部分，左侧上部为实验数据选择框，可以选择需要处理的测距数据，左侧下部为数据列表展示框，展示激光测距仪的导入数据，右侧为功能区包括导入数据文件，绘制对比图，刷新三个按钮。

通过下拉框选择要查看的导入数据，并点击刷新按钮，可实现主界面实验数据展示列表的更新。导入数据文件按钮实现了Excel表格数据文件导入数据库的功能。绘制对比图按钮可根据选择的实验数据与距离区间展示标准数据与选择数据以及两次实验数据的差值，并绘制折线图，便于直观分析处理数据。

2.2导入功能实现

如图3所示，通过选择Excel文档提供的path路径，利用函数importExcelToMysql（）读取Excel文件，获取第一张工作表的内容，然后依次读取表中每一行数据并存储到sqlstr数组中，再利用sql语句插入到数据库中，完成数据导入功能。

代码中数据库操作涉及到Python操作MySQL的基本方法。Python DB-API是Python访问数据库的统一接口规范。通过Python访问数据库的流程如图4所示，利用cur=con.cursor（）创建的操作游标，执行execute方法可实现sql语句的执行。

2.3绘图功能实现

如图5所示，通过读取MySQL数据库中存储的measurement值，存入数组中，与标准数据进行差值运算后，将得到的数据结果进行绘图操作，同时存入数据库中dvalue字段中。实现了导入数据与标准数据的差值运算与绘图比较功能。第三个折线图为差值折线图，绘制了两条预警线。如图6所示，当折线图数据大部分都在预警线之外时，在该区间可能出现了隧道管壁的损坏或隧道整体沉降，需要及时地制定相关方案，避免由此带来严重影响。

3结束语

本文对激光测距传感器所得数据进行分析，设计了一个数据分析处理平台，使数据更易管理、分析并精确地提供预警信息，在隧道断面监测的后续数据处理上发挥着重要作用。目前该平台已经在上海傲波光电技术有限公司使用，用于测距数据的处理以及数据分析，取得良好反响。随着监测数据的不断补充，数据分析处理平台可以不断扩充功能，最终实现对隧道断面的监测数据长期动态地统计与分析。