隧道工程监测数据库管理系统的开发*
李志刚 丁文其 李晓军 刘凤华
(同济大学地下建筑与工程系 上海 200092)
摘要： 工程监测一直都是隧道及地下工程的一个重要课题，随着计算机技术的飞速发展，由于利用数据库可快速及时地录入大量复杂数据，并且进行数据分析和信息反馈，因此监测数据库系统的开发逐渐成为现代工程监测技术的新趋势。本文对国内外监测数据库开发现状进行了调研，分析了监测数据库系统的需求，以隧道工程的施工监测为应用对象，在同济曙光图形平台的基础上，运用数据库管理和图形可视化技术，采用面向对象的关系数据模型，实现监测数据的录入和存储、可视化查询、绘制图形。生成报表以及分析预测和报警等功能，开发完成了隧道工程监测数据库管理系统，并将该系统应用于工程实际。
关键词： 隧道工程；监测；数据库；界面开发；VC
中图分类号： 文献标识码：
1 引言
监控测量是现代地下工程施工技术中一个极其重要的组成部分，如何对监测得到的大量数据进行及时快速的处理和分析，进行自动化管理是数据库在监测领域应用的一个发展方向。因而国内外的一些研究组织和大学对监测数据库进行了研究。如中国水利水电科学研究院结构材料研究所已经开发了一些大型工程监测系统。河海大学对一些专用性数据库管理系统进行了开发研究。美国马萨诸塞州的水资源权威组织（MWRA）创建了一个很大的环境数据库。目前，这些管理系统都是针对具体工程开发的，对其它地下工程缺乏通用性和可继续开发性。
有限元模块公路隧道辅助设计模块网格模块同济曙光主程序盾构隧道内力分析模块监测数据库管理模块其它应用程序图形开发平台图1 监测数据库管理系统与曙光平台
管理模块数据模块监测数据库管理系统查询模块时程曲线图图形模块空间分布图相关曲线图报表模块分析预测报警分析预测相关规范添加断面、图、断面图绘制测点地数测线测点据录入数据修改数据存储计算转换数据查询报表整理打印输出2 监测数据库管理系统总体开发
本监测数据库管理系统以同济曙光软件作为开发平台，曙光图形开发平台由主程序、图形开发平台和专业应用模块三大部分组成。主程序负责搜集和管理应用程序；图形开发平台提供了基本图形类库，和应用程序集成开发环境，它是一个具有图形功能的软件开发工具；应用程序以动态连接库形式存在，每个应用程序都直接或间接地以图形开发平台为基础，应用程序数目不限，各应用程序之间相互独立。
监测数据库管理系统包括两大部分：系统功能模块和数据库模块。数据库模块存放监测数据，系统功能模块主要是处理和分析数据。
断面信息测斜仪沉降仪多点位移计钢筋计数据库收敛位移计压力计水位监测仪器信息工程地质信息工程设计数据图2 数据库模块与系统模块
2.1系统功能模块
系统功能模块包括管理模块、数据模块、查询模块、图形模块、报表模块、分析预测模块。 （1）管理模块
该子系统由界面上的工程窗口、测线测点列表窗口和监测数据库中的模板数据库组成。它的功能是实现在图形界面上添加测点地图、监测断面、测线以及测点；在监测数据库中创建对应的
* 收稿日期：2004-10-12（修改稿） 西部交通建设科技项目（2002-318-000-22）与上海市重点学科（岩土工程）建设项目资助。 作者简介：李志刚（1980-），男，同济大学地下建筑与工程系硕士研究生。
数据表格。 （2）数据模块
该模块实现监测数据、仪器信息、工程背景、施工情况等信息的录入、修改和存储，以及监测数据的简单计算和转换，并为查询提供基础。 （3）查询模块
查询方式灵活多样，可选中某一测点进行简单查询；还可以进行组合查询；此外，还可以按监测断面查询、按仪器查询。 （4）图形模块
该模块使用户可以查看并打印由监测得到的数据绘制而成的各种曲线图。 （5）报表模块
对监测数据进行整理，选取所需要的表格和曲线图形，进而生成日报、月报、周报以及年度报表。
（6）分析预测模块
不同的分析方法可对实测散点数据进行拟合分析，判断围岩稳定性，并进行预测，修正设计施工参数，指导后续施工。此外，系统还隐含了自动报警功能。 2.2数据库模块
工程数据管理的特点是：数据量大、数据关系复杂、设计的应用程序多样化、要求多个应用程序协同工作、人机交互频繁等，对此本系统采用面向对象的关系数据库，建立的监测数据库管理系统具有强大的数据建模能力、高效的存储机制、良好的长事务处理能力、版本管理功能和灵活的查询功能，能够满足数据管理的基本需求，解决复杂数据的表达和处理，大量数据的访问效率问题，数据库与应用查询的无缝接口问题，是监测数据库管理系统的良好实现方式。
3 数据库开发
3.1监测数据库文件开发
隧道监测数据库文件包括：监测数据库模板文件和监测数据库工程文件。监测数据库文件里存放所有断面表格、测线表格、测点表格以及监测数据；监测系统中数据表的种类多、数量大，根据数据库之间的相互关系和不同的监测项目（或监测仪器）的特点设计了模板数据库，存放不同类型的表格结构。
程序、数据库模板文件与数据库工程文件的关系见下图：
VC程序模板文件工程文件直接访问间接连接
图3 数据库文件之间的联接
采用模板文件使系统具有良好的通用性、可移植性和可扩充性，较好的管理性和可维护性。 3.2 数据库模板文件开发
监测数据库模板文件里存放的数据库表格按照类型可以分为三大部分：各种类型监测点表格、监测仪器元件有关的表格和名称表格。 1）监测点类型表格
包括边坡变形、沉降、多点位移、钢筋计、压力计、测斜仪、收敛位移、水位监测和应变监测等等。如钢筋计的测点表格如下：
监测时间
测点监测频率温度（摄仪器编编号
（Hz）
氏度）
号
2）仪器信息表格
仪器信息表格分为仪器参数表格和存放基本资料的监测仪器表格。仪器参数表格存放用于数据转换的参数。 3）名称表格
名称表格存放模板文件里表格类型的名称，用于程序提取相应类型的表格结构，在数据库工程文件里创建对应的表格。 3.3 数据库工程文件开发
监测数据库里所有类型表格结构如下图：
图4 监测数据库的表格结构
4 管理系统的界面开发
系统界面设计采用目前流行的WINDOWS用户界面,并符合国内用户习惯，构造一个全汉化的人机界面环境。监测管理系统的主界面如下图： 监测菜单 新增工具条 监测断面列表框 测线测点列表框
图5 监测数据库管理系统界面
系统的主界面由菜单栏、工具条、监测断面列表框、测线测点列表框、命令窗口、用户窗口和状态栏组成。添加测点、数据录入、查询等各种功能可在界面中灵活方便地进行。
图6 数据录入
图7 简单查询
5 工程应用
5.1工程概况
龙山隧道位于安徽省芜湖经济技术开发区内，采用上下行分离的整体式超浅埋大跨双连拱单洞单向行驶三车道隧道，全长87米，最大埋深13米。围岩为页岩、砂岩，裂隙发育，稳定性差。断层破碎带内岩体呈碎石状压碎结构，甚至呈泥砂角砾状松散结构，在开挖、爆破震动，特别是地下水作用下，破碎带围岩极易产生坍塌。 断面监测地图测线和测点
图8 龙山数据库管理系统
5.2实际应用
龙山隧道共有四种类型的监测断面，a.一般性监测断面；b.代表性监测主断面；c.中导洞监测断面；d.边坡断面。
龙山隧道监测数据库包含20个监测断面，断面、测线、测点、仪器等等440多个数据表。如对S1 断面上测点A_S1_12102根据测点编号进行简单查询，结果如下：
图9 A_S1_12102测点的查询结果
6 结论
本文对国内外有关数据库管理系统做了调研，进行了需求分析，基于同济曙光软件开发平台，紧密结合工程实际，定义了数据库表格结构，开发了管理系统的界面，并且编程开发了隧道工程监测数据库管理系统。该系统提出了模板数据库的概念，将实际的监测断面、测线和测点抽象为数据库表格形式，并通过表格建立联系；实现参考文献
了监测数据的录入和存储、可视化查询、绘制图形、生成报表以及分析预测和报警等功能。系统具有较好的可扩展性和实用推广价值。
致谢：感谢安徽芜湖经济技术开发区管理委员会建设管理局、安徽省公路勘测设计院和中铁十九局第三工程公司在工作中的帮助及提供相关资料。
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DEVELOPMENT OF GEOTECHNICAL ENGINEERING MONITORING
DATABASE SYSTEM
Li Zhigang, Ding Wenqi, Li Xiaojun, Liu Fenghua
(Department of Geotechnical Engineering，Tongji University， Shanghai 200092 China)
Abstract The monitoring has all been an important subject of Geotechnical Engineering，with quick development in computer technology, because of its easiness in data inputing, data analysis and back analysis, the development of monitoring database system is the trend of the monitoring technology . Under the investigation of the existing monitoring database, this paper analyses the need of the monitoring database system, based on the GeoFBA, by applying the technology of the database management and graphics visualization, the system implemented the input and store of the data, visualized querying, plotting, report generation, prediction and auto-alarm etc., Geotechnical Engineering Monitoring Database System is then established. and applied in practical project.
Key words Geotechnical Engineering， Monitoring， Database，Interface Development ，Visual C++
