地铁自动化监测系统数据库结构设计

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摘要:针对地铁隧道变形监测任务多、数据量大、海量数据处理分析和成果输出实时性强等特点，本文设计了地铁自动化监测系统数据库，并结合南京市某地铁监测项目验证了自动化监测系统数据库的可靠性及优越性，为实现自动化监测数据提供有力支持。

关键词:地铁隧道;变形监测;自动化监测系统;数据库

0引言

地铁的变形监测工作对于地铁的正常运营十分重要，是保证市民安全出行的重要手段。监测的项目主要包括隧道内的水平位移监测、垂直位移监测、隧道收敛监测和隧道断面监测［1－2］。地铁的变形监测一般分为人工监测和自动化监测两种手段。人工监测方法在白天地铁运营时段无法完成数据采集，只能在地铁停运几个小时内进行监测，并存在费时、劳动强度大、效率低等弊端，无法满足不断提高运营维护效率的要求［3］。自动化监测方便、可靠、精度高，可在无人值守的情况下完成变形监测。自动化监测系统不仅精密地监控了地铁隧道内部的结构变形，而且通过数学模型还能预测变化趋势，为测量人员提供了一种省时省力的监测手段。但是由于需要实时掌握变形情况，监测系统需要24小时不间断对多个监测点进行变形观测，随之产生的就是数据类别增多和数据量增大问题。而数据库技术以其数据结构化、独立性高、共享性高、冗余度低等特点能很好地解决此问题［4］。由此可见，系统数据库是自动化监测系统的重要组成部分。本文通过对自动化监测系统的功能的设计和监测过程中需要关注问题的分析，设计了一款能够实时处理和分析大量监测数据并能最终生成报表和视图的数据库，并结合南京某地铁项目的监测实例进行验证，结果证明该系统运行是方便、准确和可靠的，为以后自动化监测的研究提供了技术支持。

1数据库的功能设计

1．1数据库的结构设计

地铁保护区自动化监测系统主要由数据采集系统、数据远程通讯系统、数据处理与分析系统组成。其中数据处理与分析系统包括监测数据的查询、处理、输出与分析，该模块主要利用SQLServer数据库技术。SQL是“结构化查询语言”的英文缩写，它对于关系型数据库管理系统而言是最标准的语言［5］。SQLServer的全称是MicrosoftSQLServer，是由美国微软公司开发和推广的，具有强大的数据库创建、开发、设计和管理功能。SQLServer数据库系统支持多种查询和分析数据，并提供了几乎所有的数据库操作，其中包括数据库的创建、维护、作业、警告、数据复制、转换等［5－6］。该技术缩短了报表的制作周期，提高了工作效率，保证了数据库结构的可靠性。

1．2数据库功能

地铁隧道保护区的监测范围一般都比较大，监测点布设多，每个监测点都要进行周期性的数据采集，而且采集的周期短、频率高，这就会产生大量的监测数据。而且在监测的过程中，经常会出现监测点被遮挡、读数超限等问题。因此为了对大量的自动化监测数据进行科学合理的分类、组织、存储、查询和修改，本文系统所建立的数据库应具备以下几点功能［7］:1)数据的预处理和存储数据库会对原始的监测数据进行处理，把合格的数据自动保存到数据库中，并对保存的数据进行分类，根据不同的数据类型进行管理。这样可以有效地节省数据库的空间，提高工作效率。2)信息的浏览和查询在非编辑状态下，数据库可以提供历史数据和当前信息的浏览和查询功能;在编辑状态下，数据库会设置权限，通过输入用户名和密码的验证方式，判断用户是否具有对数据可操作性的权限。该功能保证了系统的安全，防止监测数据的外泄。3)项目的添加、修改和删除添加项目时，数据库会在后台自动生成一个数据库，新生成的数据库包含监测项目用到的所有的表类型，在新的数据库中可以对数据进行读取和存储;修改项目时，会打开已有的数据库，打开后就可对此项目进行修改;项目的删除，可以对过期的、没有利用价值的项目、信息及时地进行清理，节约数据库的空间。4)报表的输出和打印数据库可根据监测数据，生成变形曲线图，并对生成的图形进行管理、打印和输出。便于用户分析隧道的变形趋势。

1．3数据库的表结构

数据库包含众多数据表，要想建立正确、完整的数据表，就要对地铁监测数据类型进行正确的分类［8］。按照地铁监测数据类型具体分类如下:1)文字信息。测量时间的设定周期、预警值的设定、用户信息等。2)属性信息。项目创建时间、项目描述等。3)数据信息。监测项目中的各种数据信息，例如点位的三维坐标、本期变化量等。4)图形信息。输出的各种变形曲线图等。自动化监测系统的每一个项目都应该对应着一个数据库，用户通过数据库来实现对项目的管理［8－9］。本文根据监测项目所涉及各种数据的特点，研发了基于VB语言SQL数据库管理系统，实现了对监测数据的实时处理与分析。设计的数据库主要表结构包括项目表、点位表、点组表、测站信息表、点位学习表、测量表、数据结果表等，下面将简单地对这些表进行描述。

2数据库的实现

该模块的设计主要是允许用户在测量之前可以对仪器的通讯端口和仪器的一些基本参数进行设置。该模块主要包括通讯参数设置和机器人基本参数设置。通讯参数设置有通讯端口、协议、波特率等;全站仪基本参数设置包括激光开关、补偿器、棱镜模式等。系统能生成原始数据和分析处理后数据的各种报表，绘制变形过程曲线，并能将绘制的曲线图形进行打印输出。具体包括原始观测数据、平差后数据和各种报表与图表等。通过生成的变形曲线，用户可以分析变形体的变化趋势，从而做到提前预防，及时报警的目的。

3结束语

随着监测设备的不断更新，建立集成监测数据库和基于集成监测数据库的自动化监测系统势在必行。本文设计的数据库模型采用了SQL2008Sever软件设计数据库，保证了数据库结构的可用性，并能够支持自动化监测系统24小时不间断地对地铁隧道进行监测，多样格式的成果输出，而且该系统能生成原始数据和分析处理后数据的各种报表，绘制变形过程曲线，并能将绘制的曲线图形进行打印输出，包括原始观测数据、平差后数据和各种报表与图表等。最后通过实例验证，该数据库模型在监测工作过程中取得了良好效果，对自动变形监测系统软件的研制具有一定的参考价值。

参考文献:

［1］潘国荣，陈晓龙．城市地铁施工建设中自动变形监测系统的研发及应用［J］．工程建设与设计，2012(4):590－599．

作者：韩易 王立伟 单位：天津市测绘院