鐵路線下工程沉降觀測信息化管理技術(shù)與運(yùn)用

王騰華

摘 要：文章立足于鐵路工程質(zhì)量管理，以互聯(lián)網(wǎng)+和移動網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)為依托，建立以“監(jiān)測數(shù)據(jù)自動采集傳輸、自動處理、自動反饋”為特征的鐵路線下工程沉降觀測信息化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)沉降觀測自動化、信息化管理。

關(guān)鍵詞：線下工程；沉降觀測；信息化

1 概述

鐵路建設(shè)最重要的兩個特點(diǎn)是線路的高平順性和高穩(wěn)定性，從而決定了線下工程沉降觀測工作的重要性。根據(jù)以往經(jīng)驗，沉降觀測管理的發(fā)展方向在于防止人為因素對數(shù)據(jù)真實(shí)性的干預(yù)，建立及時的數(shù)據(jù)信息反饋機(jī)制，方便和簡化管理者掌握結(jié)構(gòu)物沉降數(shù)值，確定沉降觀測的重點(diǎn)，為控制線下工程質(zhì)量提供依據(jù)。

沉降觀測信息化系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)）采用.NET開發(fā)平臺和基于互聯(lián)網(wǎng)的B/S（瀏覽器/服務(wù)器）與C/S（客戶機(jī)/服務(wù)器）相結(jié)合的技術(shù)構(gòu)架，具有數(shù)據(jù)回歸分析與預(yù)測功能。根據(jù)不同監(jiān)測項目，內(nèi)嵌不同的監(jiān)測公式，包括單曲線回歸和雙曲線回歸。采用規(guī)范統(tǒng)一的報表生成技術(shù)、可復(fù)用軟件構(gòu)建技術(shù)、java技術(shù)、XML集成技術(shù)、協(xié)同技術(shù)、silverlight技術(shù)、WPF技術(shù)、工作流技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。是集線下工程沉降觀測數(shù)據(jù)采集、分析、超限提示和遠(yuǎn)程監(jiān)控為一體的信息化管理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、平差、自動上傳，自動計算分析、自動反饋和超限提示，終結(jié)內(nèi)業(yè)資料人工處理模式。

在觀測數(shù)據(jù)成果評估使用方面，評估單位可自系統(tǒng)選擇下載成果數(shù)據(jù)或原始數(shù)據(jù)開展評估工作，通過對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的擬合分析，預(yù)評估測點(diǎn)或斷面的沉降曲線圖，直觀準(zhǔn)確掌握結(jié)構(gòu)物后續(xù)沉降變化。

2 目標(biāo)

系統(tǒng)突破傳統(tǒng)管理模式，建立由數(shù)據(jù)采集端、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理服器端和客戶端三個軟件模塊共同組成的、B/S與C/S架構(gòu)混合應(yīng)用于工程管理的線下工程沉降觀測信息化管理平臺，實(shí)現(xiàn)沉降觀測數(shù)據(jù)自動采集傳輸、自動處理、自動反饋和超限提示，觀測數(shù)據(jù)及處理結(jié)果遠(yuǎn)程實(shí)時查詢、溯源管理。

3 系統(tǒng)思路

系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集及分析處理、遠(yuǎn)程監(jiān)控于一體，由數(shù)據(jù)采集端軟件、服務(wù)器端軟件平臺、客戶端數(shù)據(jù)處理（PC機(jī)和手機(jī)）軟件三部分組成，包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集端、遠(yuǎn)程服務(wù)器端和客戶端。

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

系統(tǒng)最大程度地解決了路基、橋梁、隧道等構(gòu)建物沉降觀測數(shù)據(jù)采集、處理、反饋、超限提示的準(zhǔn)確性和及時性問題，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸、處理、反饋及超限提示自動化。同時通過互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)和移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運(yùn)用，滿足管理者對沉降觀測實(shí)施過程及超限處理的適時管理需求。

4.1 避免人工干預(yù)，保證數(shù)據(jù)真實(shí)

傳統(tǒng)管理模式中，沉降觀測數(shù)據(jù)采集通過水準(zhǔn)儀獲取，臨時存儲于儀器，或手工記錄以保存數(shù)據(jù)，再通過手工導(dǎo)入或錄入平差軟件等可用于數(shù)據(jù)處理的軟件中進(jìn)行人工數(shù)據(jù)處理分析，數(shù)據(jù)處理全程處于人工干預(yù)狀態(tài)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)上充斥著大量來源不明的自動編寫虛假沉降觀測數(shù)據(jù)軟件，導(dǎo)致數(shù)據(jù)真實(shí)性難以保證。

系統(tǒng)分級建立工程基礎(chǔ)信息，內(nèi)嵌不同監(jiān)測項目的監(jiān)測電子記錄薄和計算公式，自動計算變化值、累計值，生成數(shù)據(jù)變化趨勢圖，通過內(nèi)嵌的預(yù)警策略，及時自動超限提示，可做進(jìn)一步回歸分析及研究。數(shù)據(jù)的唯一入口來自手機(jī)采集端加密數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中的原始數(shù)據(jù)來自水準(zhǔn)儀測量，無法進(jìn)行人工錄入和修改操作。

系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新性集中表現(xiàn)在：實(shí)現(xiàn)了通過電子水準(zhǔn)儀和藍(lán)牙傳輸功能直接獲取觀測數(shù)據(jù)，自動平差處理后及時上傳，并通過信息化系統(tǒng)自動處理數(shù)據(jù)、反饋處理結(jié)果，自動超限提示。數(shù)據(jù)采集模塊及處理模塊規(guī)避人為干預(yù)，保證數(shù)據(jù)真實(shí)。

4.2 實(shí)現(xiàn)沉降觀測標(biāo)準(zhǔn)化、信息化

傳統(tǒng)管理模式在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和信息反饋過程中，由于受觀測水平、觀測方法、觀測行為等諸多因素影響，數(shù)據(jù)成果反饋不及時，不利于工程質(zhì)量管理。

系統(tǒng)支持萊卡、天寶等多種型號規(guī)格的電子水準(zhǔn)儀，利用外接藍(lán)牙與專用手機(jī)配對，即可下載獲取服務(wù)器工程基礎(chǔ)資料?，F(xiàn)場完成數(shù)據(jù)采集后，經(jīng)過自動平差，可立即驗證觀測數(shù)據(jù)是否符合要求，決定是否需要重測。觀測完成后，將對應(yīng)觀測樁的觀測成果數(shù)據(jù)直接通過手機(jī)網(wǎng)絡(luò)自動傳輸至服務(wù)器，客戶端通過訪問服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和下載工作。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)頁、手機(jī)版本（安卓平臺）的軟件開發(fā)，使管理者可適時查詢觀測數(shù)據(jù)和處理結(jié)果，開展專業(yè)管理。

系統(tǒng)監(jiān)測成果（數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)趨勢圖）支持不同的格式輸出，便于用戶存儲、打印及共享。按工程項目管理需求輸出日報、周報、月報。設(shè)置用戶訪問權(quán)限，滿足觀測人員和管理者工作需求。建立線下工程沉降觀測數(shù)據(jù)庫，為同類工程提供數(shù)據(jù)支撐。具備超限提示手機(jī)短信推送功能，有助于管理者及時掌握線下工程變形異常情況，制定工程措施加以控制。

系統(tǒng)的運(yùn)用使沉降觀測方法、觀測行為和數(shù)據(jù)處理反饋更為規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了沉降觀測管理工作自動化、信息化。

4.3 提高沉降觀測工作效率

傳統(tǒng)管理模式在完成數(shù)據(jù)采集后，人工導(dǎo)入軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析和反饋，工作效率低下。

系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集完成即可獲得成果數(shù)據(jù)，具有逐個測點(diǎn)校驗功能，自動平差，適時查詢測量成果是否滿足要求。自動分析處理數(shù)據(jù)，自動打印紙質(zhì)報表，降低內(nèi)業(yè)處理時間，極大提高了工作效率。

4.4 應(yīng)用成本低廉

系統(tǒng)可與主流電子水準(zhǔn)儀通訊，主要通訊設(shè)備采用普通安卓系統(tǒng)手機(jī)，利用現(xiàn)有設(shè)備即可完成，不需要重新投入設(shè)備，應(yīng)用成本低廉。

4.5 實(shí)現(xiàn)評估工作透明化

評估單位從系統(tǒng)服務(wù)器直接下載成果數(shù)據(jù)（可下載成果數(shù)據(jù)、也可下載滿足平差條件的原始數(shù)據(jù)）進(jìn)行評估工作，實(shí)現(xiàn)了評估工作透明化。

5 系統(tǒng)組成與運(yùn)行

5.1 基礎(chǔ)技術(shù)條件

網(wǎng)絡(luò)支持（含有線、無線公共網(wǎng)絡(luò)）；硬件平臺和操作系統(tǒng)，包括服務(wù)器、客戶端PC機(jī)、移動智能終端（手機(jī)、平板、E人E本等）；服務(wù)器端操作系統(tǒng)為Win2003以上版本；客戶端PC機(jī)操作系統(tǒng)為32位及64位Windows版本；移動智能終端操作系統(tǒng)為Andriod4.0以上；服務(wù)器端數(shù)據(jù)處理應(yīng)用程序、PC機(jī)和手機(jī)客戶端數(shù)據(jù)處理應(yīng)用程序和便攜設(shè)備端（如手機(jī)）數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序。

5.2 配套設(shè)備

（1）系統(tǒng)運(yùn)行服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)

單獨(dú)配置主流服務(wù)器1臺（獨(dú)立運(yùn)行），專人管理與維護(hù)； 軟、硬件防火墻； 網(wǎng)絡(luò)帶寬10～20M（獨(dú)享，遠(yuǎn)端支持internet或VPN連接）；

（2）管理終端設(shè)備

智能手機(jī)、E人E本等（Android4.0以上操作系統(tǒng)，4.0 以上屏顯）； PC機(jī)及網(wǎng)絡(luò)（滿足網(wǎng)頁登錄查詢功能，基本配置CPU（Intel 1.8GHz以上，內(nèi)存2GB及以上，硬盤160GB以上，操作系統(tǒng)WindowsXP或Win7版本，瀏覽器IE8以上版本。網(wǎng)絡(luò)2M以上獨(dú)享帶寬）。

（3）觀測儀器及配套設(shè)備

用于觀測的電子水準(zhǔn)儀及配套數(shù)據(jù)線；一對一專用便攜采集端設(shè)備（手機(jī)及SIM卡）：Android4.0以上操作系統(tǒng)，4.0吋以上屏顯，開通2G、3G或4G，具備WIFI功能。

（4）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理PC機(jī)及網(wǎng)絡(luò)

CPU（Intel 1.8GHz以上），內(nèi)存2GB及以上，瀏覽器IE8以上版本，網(wǎng)絡(luò)2M以上獨(dú)享帶寬。

5.3 系統(tǒng)流程（如圖2）

（1）設(shè)置工程基礎(chǔ)信息

通過PC機(jī)客戶端添加測段，設(shè)置測段示意圖，添加觀測樁，設(shè)置觀測樁示意圖等工程基礎(chǔ)信息。（如圖3、圖4）

（2）上傳工程基礎(chǔ)信息

通過PC機(jī)客戶端將設(shè)置完成的工程基礎(chǔ)信息上傳至服務(wù)器平臺。（如圖5）

（3）下載工程基礎(chǔ)信息

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集前，利用手機(jī)等便攜式通訊設(shè)備自服務(wù)器平臺下載擬測段的工程基礎(chǔ)信息，作好數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)備。（如圖6）

（4）采集觀測數(shù)據(jù)

觀測人員使用預(yù)裝采集軟件的便攜設(shè)備（手機(jī)）控制測試電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，讀取觀測數(shù)據(jù)，自動完成平差計算，成果數(shù)據(jù)暫存于便攜設(shè)備，并經(jīng)便攜設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)條件下上傳至服務(wù)器平臺。

完成本測段數(shù)據(jù)采集，經(jīng)便攜設(shè)備端（手機(jī)）自動計算后，便攜設(shè)備端（手機(jī)）將生成原始數(shù)據(jù)和平差結(jié)果。其中，原始數(shù)據(jù)同時支持其他軟件進(jìn)行單獨(dú)平差，支持共享平差結(jié)果和原始數(shù)據(jù)。

（5） 上傳觀測數(shù)據(jù)

通過手機(jī)將成果數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器平臺。（如圖11）

（6）數(shù)據(jù)管理與運(yùn)用

管理者和評估單位可通過手機(jī)客戶端登陸查詢數(shù)據(jù)、超限提示等信息。也可通過PC機(jī)網(wǎng)頁或客戶端軟件登陸查詢觀測數(shù)據(jù)、超限提示等信息，利用系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理成果開展沉降評估工作。

實(shí)現(xiàn)便攜設(shè)備端（手機(jī)）數(shù)據(jù)成果查詢、超限查詢、超限統(tǒng)計等功能，使管理者適時了解工程情況。

實(shí)現(xiàn)PC機(jī)通過網(wǎng)頁或客戶端軟件登陸查詢標(biāo)段線路走向、測段布設(shè)圖、橫縱斷面圖及各種超限情況的處理，使數(shù)據(jù)、信息查詢更直觀，更形象。

（7）數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理

通過PC端軟件下載數(shù)據(jù)成果，開展評估工作，形成評估報告。系統(tǒng)支持根據(jù)評估工作需求定制輸出其他格式成果資料。

6 系統(tǒng)運(yùn)用實(shí)例

本文以新建寶蘭客專線下工程為例，通過系統(tǒng)的運(yùn)用，及時發(fā)布沉降超限提示，適時掌握線下工程變形情況，查找原因、采取措施防患于未然。

實(shí)例一：寶蘭客專IDK740+145～I(xiàn)DK742+881段路基沉降處理。

該段路基自2014年4月23日開始沉降觀測，共計22個測點(diǎn)發(fā)生累計沉降值超限，其中路基5個測點(diǎn)發(fā)生累計沉降值超限，涵洞17個測點(diǎn)發(fā)生累計沉降值超限，如表1：

依據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)及超限提示，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況分析原因，結(jié)論：該段路基屬正常沉降，下沉趨于收斂，但仍繼續(xù)發(fā)展。措施：延長堆載預(yù)壓期和沉降觀測期。如圖22：

實(shí)例二：寶蘭客專上莊隧道沉降處理。

該隧道自2014年11月30日起開始沉降觀測，通過系統(tǒng)運(yùn)用，發(fā)現(xiàn)仰供沉降變化異常，下沉（上?。┎环€(wěn)定。其中，系統(tǒng)發(fā)布累計變化量>5mm超限提示點(diǎn)見表2：

依據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)及超限提示，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況分析原因，結(jié)論：

（1）依據(jù)每期測量數(shù)據(jù)顯示：在仰供混凝土施做后，前期呈現(xiàn)上浮現(xiàn)象。襯砌混凝土施做完成后，呈現(xiàn)下沉現(xiàn)象。

（2）上莊隧道為泥巖、沙層，富含水，泥巖極具膨脹性。因各階段施工荷載變化，造成仰供下沉或上浮，穩(wěn)定性差。如圖23：

措施：

（1）由設(shè)計院委托地質(zhì)勘察院，與施工單位測量組進(jìn)行1次/1周的平行觀測，每周（月）對沉降觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較。

（2）設(shè)計院現(xiàn)場埋設(shè)應(yīng)力監(jiān)測設(shè)備，對圍巖沉降變形進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)時獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。

（3）設(shè)計院依據(jù)沉降觀測數(shù)據(jù)及應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)，設(shè)置專項處理方案指導(dǎo)后續(xù)施工。

7 結(jié)束語

通過沉降觀測信息化系統(tǒng)的運(yùn)用，更直觀準(zhǔn)確地反映結(jié)構(gòu)物真實(shí)的沉降值，為后續(xù)的無砟軌道施工提供了重要的基礎(chǔ)保障。在系統(tǒng)運(yùn)用過程中，應(yīng)考慮配套管理辦法的合理使用，促使管理者充分利用系統(tǒng)成果數(shù)據(jù)和超限提示，分析沉降異常原因，制定工程處理措施及時消除工程質(zhì)量隱患，發(fā)揮好系統(tǒng)對工程質(zhì)量管理的預(yù)控作用。

參考文獻(xiàn)

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