摘要:建立城市地铁施工监测信息管理系统对于保障地铁安全施工，提高施工现场安全管控具有重要的影响。为实现地铁工程施工监测信息管理系统三维GIS地理信息的查询与分析，针对地铁工程中参与单位众多、监测数据量大等特点，研究设计了基于WebGIS的具有三维GIS基础图形的城市地铁施工监测信息管理系统。
关键词:城市地铁施工;WebGIS;信息管理系统;施工监测
0引言
地铁具有高效、便捷、安全、准时等特点，能有效缓解城市交通的拥堵，保障市民出行的一种交通方式。地铁工程相比于其他交通工程，受到复杂的地质条件、城市地下管线、工程周边既有构筑物等因素的影响，导致地铁工程的施工存在许多安全风险。而地铁施工监测可在地铁施工期间提供及时可靠的信息，控制地铁工程施工安全以及降低地铁施工对周边环境的影响，并对可能发生的危及环境安全的隐患或事故提供及时、准确的预报，提前采取措施，避免工程事故的发生。地铁施工监测数据是反映地铁工程及周边环境是否安全的重要依据，监测人员需对每日的监测数据进行分析统计，并将相关数据反馈各方。地铁施工监测工作具有单位、人员众多，职能划分不同、监测项目繁多、数据种类不同、数据量大等特点［1］。随着信息化技术的发展，建立地铁施工监测信息系统，对地铁施工监测工作进行信息化的管理，可有效地提高监测数据反馈的效率，实现对大量数据的管理。如何利用先进的现代化信息技术减轻地铁施工监测工作中负责监测数据处理工作人员的工作量，提高数据处理的效率，实现信息反馈的及时性是地铁工程监测相关工作者研究和探讨的主要问题［2］。目前，国内许多学者对地铁施工监测信息管理系统进行研制开发，如谢伟［3］等同时考虑到施工管理者和现场监测人员，将开发的地铁施工监测信息系统分成了现场监测系统和监测中心管理系统。贺跃光［4］等基于WebGIS开发的城市地铁施工监测信息管理系统具有统计分析、可视化管理、预警和信息等功能，有效地将地铁线路和车站土建工程施工的监测－作业－管理3方联系起来。王翠［5］等结合WebGIS开发的监测数据管理系统具有监测数据处理、监测数据入库、服务等功能。虽然在地铁施工监测信息系统研发中取得了较多的研究成果，但在目前的地铁施工监测信息管理系统大多是针对于某一具体的工程，缺乏灵活性和可扩展行;目前，基于GIS开发的监测信息系统多数是以二维图形表达的，在三维可视化等方面的研究较少。工程现场的监管不到位，易引发恶性安全事故［6］。因此，开发一套具有可扩展性、能同时达到二维和三维GIS互操作的地铁监测信息管理系统是很有必要的。
1地铁施工监测内容及原理
地铁施工监测信息系统主要是通过现场监测人员获取监测数据，并通过网络将监测数据传输到系统主机，存入数据库，通过程序对数据进行分析处理，并在web页面中动态显示数据变化曲线，若监测数据变化或累计数据超过设定的控制值，则在页面提示报警信息。地铁工程的监测内容包括工程自身的监测、周边环境的监测［7］。工程自身的监测有基坑和隧道的监测，具体监测内容有围护桩桩体深层水平位移监测、围护结构桩(坡)顶水平竖向位移监测、支撑轴力、土体沉降、隧道拱顶沉降、净空收敛监测等;周边环境的监测包括建(构)筑物沉降、倾斜、管线沉降、地表沉降观测等。现场监测人员通过使用水准仪、全站仪、测斜仪等相应的监测仪器获取监测资料，然后将各项目监测数据上传至服务器，通过对程序的监测数据进行分析统计，获取各监测部位的变形数据、变化曲线、最大变形量、变化速率等，做出是否异常判断。一般以累计变形和变形速率两个指标作为是否异常的判断标准，一般分为黄色、橙色、红色3个预警等级，根据预警级别设置相应的报送范围、报送时限、报送方式和处置方法，采取及时有效的处置措施，避免工程事故的发生。
2系统功能设计
地铁施工监测信息管理系统主要分为客户端层、服务器端层、数据层。客户端分为PC端和移动端，分别采用JavaScript和nativeapp技术。服务器端是业务逻辑实现的主要层，数据处理和存储都需要进过服务器端的逻辑调控，本系统使用的是网络服务器，采用Java进行编写实现。本系统数据库采用SQLServer2008进行数据存储。
2．1客户端功能设计
本系统客户端由PC端和移动端构成，具有的部分相同功能。PC端主要是基于IE内核的浏览器显示服务器端处理后的结果，并通过一定操作完成简单的数据处理等功能;移动端主要是基于Android系统，实现数据的查询、上传等功能。
1)基本信息查询
用户可在客户端对地铁工程相关单位信息以及各工点概况进行查询，包括各单位相关负责人的联系方式、各车站、区间地理位置、土质状况、周边环境、施工方式等基本信息。此部分基本信息由系统超级管理员事先录入，以供所有用户进行查询、浏览。
2)监测数据上传
此功能主要是具有管理员权限的人员，进行数据上传，包括各监测项目的监测数据、巡视记录、图片、工程进度数据的上传，存入数据库，以供在需要时通过网络访问数据库接口进行数据的查询、显示、分析等。移动端具有图片和文字上传功能，监测人员可在施工现场实时通过移动手机拍摄巡视图片，并加以文字描述，上传至服务器。
3)监测数据查询、浏览
用户可在客户端进行查询操作，对监测数据进行查询，可对各监测点的历史监测数据、位移变化曲线进行浏览。
4)电子地图查询、浏览
主要分为二维和三维地图两部分。该模块包括了地铁全线的车站、区间等区域的可视化信息和浏览。能在浏览器中实现对图形的放大、缩小、漫游等操作。地图包括多个图层，能实现用户自主选择显示图层，并对图中各要素进行相应的查询操作。三维地图部分的主要功能是实现对地铁施工现场周边建(构)筑物以及地铁基坑、隧道的三维图形的浏览查询。各监测点位可在电子地图中直观展示。移动端只能进行简单的二维电子地图浏览。
5)工点状态浏览
用户通过客户端查看各工点当前的施工进度、包括施工状态、安全状态、预警状态等。
6)报表管理
该功能是用户通过浏览器，进行报表的制作和输出，包括月报、周报和日报。该功能主要是在PC端实现。
2．2服务器端功能设计
服务器端主要包括数据库和服务管理系统，服务器端功能除部分客户端功能外，还包括数据库设计、用户权限设计等若干功能。
1)数据库设计
地铁施工监测信息管理系统中，数据库主要分为空间数据库和属性数据库。一个地铁工程设计的位置较广，相应的单位众多。因此，空间数据库主要包括地铁工程中各工点的位置形状、周边构建筑物、监测点位等信息;属性数据库主要包括工点信息、相关单位及人员信息、监测数据等。监测数据主要包括沉降监测数据、倾斜监测数据、轴力监测数据、水平位移监测数据、其他监测数据。面对如此多不同类型的数据，为保证数据间的对应关系，本系统数据库采用关系型数据库模式进行设计，数据库由若干个存储不同类型数据的表组成，通过字段对表与表之间建立对应关系。该系统数据库总体设计如图1所示。
2)用户权限管理
在用户登录系统时，自动对用户进行权限判断，将用户与数据进行关联，用户只能在给定权限内对数据进行相应的操作。
3)监测预警
系统通过对上传的监测数据与最近一期的数据进行对比计算，得到变化速率，系统自动对监测数据和变化速率与控制值进行比较，对超过控制值的测点按不同等级进行预警，在每次进行登录时，系统对数据库进行遍历，判断监测数据是否达到预警值，在各工点主页面进行提示。
4)数据图形化
该功能主要是实现各施工现场监测点位的绘制、各监测点位位移曲线图的绘制，包括沉降、水平位移等曲线图。
3结束语
在地铁工程中，参与单位多，监测项目种类多、数据量大，建设城市地铁施工监测信息管理系统，可协调各单位的业务往来，实现监测成果共享。本文针对地铁施工安全管理中监测数据不及时及工程监管不到位等问题，对系统的总体框架进行设计，研究分析了从客户端到服务器端各功能模块的作用和特点，PC端和移动端具有的不同的客户端功能，有助于提高地铁工程安全监测的实时性。本文系统实现三维GIS地图与二维GIS地图的交替显示，提供了基础的图形平台，直观地对各项数据进行了展示，提高了系统的可视化水平。通过对地铁施工监测信息的分析，对数据库进行设计，完成了地铁监测信息管理系统的设计，为城市地铁施工监测信息系统的开发提供了理论支持。
参考文献:
［1］于天光，于建欣，李春玉．地铁工程施工安全远程实时监测信息管理系统［J］．中外公路，2014，34(5):203－206．
［2］赵莹．城市地铁施工监测系统的问题及对策［J］．科技创新与应用，2015(15):207．
［3］谢伟，吕培印．地铁施工监测信息系统的设计与开发［J］．施工技术，2006(4):87－89．
［4］贺跃光，杜年春，李志伟．基于WebGIS的城市地铁施工监测信息管理系统研究［J］．岩土力学，2009，30(1):265－269．
［5］王翠．基于WebGIS的城市地铁施工沉降监测系统的开发［D］．西安:西安科技大学，2011．
［6］甄红锋，赵耀强，成波．三维GIS可视化系统在地铁监测中的应用［J］．地下空间与工程学报，2016，12(1):138－142．
［7］都芳浩．网络环境下城市地铁施工安全监测信息管理系统设计与实现［D］．成都:西南交通大学，2017.
作者:张能 毕永清 李威 单位:武汉大学测绘学院
