地铁施工沉降监测和预报系统设计和实现

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1、地铁施工沉降监测和预报系统设计和实现　　摘要：通过对目前地铁施工阶段沉降数据的管理与预测方法的分析和了解，通过计算机编程语言，实现对数据的专业化、智能化的管理，并且应用合理的预测方法对沉降数据进行后期的预测，通过严谨的程序设计，实现相关功能，具有较好的实用价值及应用前景。关键词：地铁；沉降监测；系统设计中图分类号：U231+.3文献标识码：A1前言在地铁施工过程中，变形监测为工程质量、施工进度和人身安全提供了重要的保证，就现阶段而言，在地铁施工过程中，由于监测项目多，数据格式多，监测数据接触人员多，存在诸多对监

2、测数据管理的混乱问题；同时，在监测数据也存在数据共享不及时，监测数据预报不及时等问题，尤其是监测数据的短期预测精度有限，对未来形变趋势无法做出准确判断，很大程度上影响施工安全。因此，设计一个集数据处理，管理和预测分析于一体的系统显得十分重要。2系统需求2.1系统功能需求8系统的主要功能就是对数据的进行短期、准确的预测，这是系统的核心功能；系统还应实现对数据的录入（包括手动录入和导入已有文件）、数据存储（建立专门的数据文件）、数据处理（包括对数据进行粗差检验、危险值预警、平差等）、生成监测报表（建立数据的日报、周

3、报等并附有工程信息）、生成沉降曲线图（包括沉降速率图和累积沉降图）、实现简易的监测点位图（相对点位图）等功能。2.2系统性能需求(1)系统稳定性高，应能在正常情况下，保证系统所有功能都能正常使用；在非正常情况下，尽可能保证部分功能正常使用；(2)系统对电脑硬件要求低，在施工现场上任何硬件水平的电脑上都能运行，使系统具有广泛的硬件适用性；(3)系统对计算机系统软件要求低，在施工现场并不能所有电脑都安装了VC2008++等基础支持性软件，因此，系统必须具有良好的兼容性。(4)系统应具有一定安全性，由于系统内部可能载

4、有国家保密级数据，因此应能避免操作系统漏洞给本系统造成影响。3系统总体设计8按照上文所说的需求分析和总体设计，“地铁施工阶段沉降监测与预报系统”将是一个界面友好、简单易操作、能够生成图形化，同时又能够显示相对点位，基于这些需求，本文在综合考虑了所有的编程语言后，相对比而言，C#语言和Matlab语言以及使用ArcGISEngine的相关模块能够符合系统需求。“地铁施工阶段沉降监测与预报系统”是一个全方位、流程化的数据处理系统，为满足设计要求，系统将主要包括：数据管理、数据分析与计算、数据预测三大部分，从原始数据

5、导入（录入）为开始，数据分析与预测为过程，生成监测数据报表为终止，其中包含数据建档、粗差剔除、简易平差、危险值警示、各种沉降数据示意图、累积沉降曲线图等功能。系统总设计图如图3.1。图3.1系统总体设计图Fig.3.1OverallSystemDesignDrawing4系统主要模块设计系统主要分为三个模块：数据管理、数据分析与计算、数据预测。4.1数据管理模块设计数据管理做为数据的载体，贯穿于整个系统之中，通过施工测量员提供的资料和意见，针对数据管理模块具体化如下图4.1，其流程包括数据录入、建立数据档案、数

6、据分析以及生成最后的监测报表。图4.1数据管理模块设计图Fig.4.1DataManagementModuleDesignDrawing4.2数据分析与计算模块设计8数据分析与计算是“地铁施工沉降监测与预报系统”的重要组成部分，数据分析能力的强弱决定系统的实际应用等级水平，这个模块包含计算和分析，沉降监测数据的计算可以通过简单的计算机语言编写，其目的是根据相应的规范求出精度评定的相关参数；而分析则主要体现在粗差剔除的方法上，根据一期的沉降数据的数据量，对粗差剔除的理论方法宜采用格拉布斯准则进行判别，并警示显示。

7、具体模块设计见下图4.2图4.2数据处理模块设计图Fig.4.2TheDataProcessingModuleDesignDrawing4.3数据预测模块设计数据预测模块是“地铁施工沉降监测与预报系统”的核心部分，数据预测精度的高低决定着下一步的施工，在很大程度上左右工程进度，因此，数据预测模块要求主要有两个：首先，算法预测精度高，能够保障施工技术要求；其次，程序对数据质量要求要低，任何数据类型、数据量大小，都能准确预测。由于地铁施工阶段，工期紧张，因此，短期对数据预测能力要求较高，对长期数据预测能够保障总体趋

8、势即可。8在导入的原始数据通过数据分析计算后，首先利用时间序列分析模型分析，使数据的特性能够识别在时间序列当中，通过自相关函数和偏相关函数，确定时间序列分析模型的参数，通过对残差的对比分析，选择适当的小波基，利用分层阈值小波去噪，消去噪声，最后使用指数平滑法对数据实现预测，并生成预测曲线和计算出预测值。具体设计运行流程，见下图4.3。图4.3数据预测模块设计图Fig.4.3DataPr