建筑基坑半自動化監測技術與云平臺之系統設計思路

（注：本文原文發表于《建筑科學》2016年地基基礎學術會議?？?，詳情請參閱論文原文。同時基于本文基本觀點，已開發出建筑基坑（半）自動化監測系統和云平臺，有興趣可直接聯系作者）

1. 半自動化監測系統設計

     半自動化監測系統主干架主要由流程設計、功能模塊設計、邏輯關系設計三大模塊構成，三大模塊構成的系統架構有效實現總目標的各項要求。

                                半自動化監測系統架構圖

1.1流程設計

    利用半自動化技術進行建筑基坑監測的一般技術流程如圖所示，主要包括數據采集、數據上傳、服務器云端數據中心、信息訪問和成果輸出等步驟。

1. 數據采集：數據采集分為人工采集和自動化采集兩種模式，人工采集即由監測人員按傳統方法利用監測儀器進行基坑數據采集，自動化采集利用預埋設的傳感器和采集設備定時采集基坑監測數據。

2. 數據上傳：數據上傳分為手持式上傳設備上傳和自動上傳兩種方式，手持式上傳設備通過內置兼容接口將不同測量設備的監測數據實時傳輸至云端數據服務中心，自動采集模式中則通過有線或無線傳輸至云端數據服務中心。

3. 服務器云端數據中心：服務器云端數據中心主要完成數據處理、數據存儲、數據通信、信息管理等功能。服務器端通信模塊收到現場設備端上傳監測數據后按預設公式進行運算，運算完成后對數據進行分發處理。一份數據保存到數據庫中，進行數據備份，另一份傳遞給數據通信模塊。

4. 信息訪問和成果輸出：項目參建單位可通過客戶端訪問服務器云端數據中心，查詢工程文檔、進度數據、監測成果等各種項目信息。

    

    

                                半自動化監測流程設計示意圖

 1.2功能模塊設計

    為了滿足不同業務功能需求，提供一個高效便捷的信息平臺，半自動化監測系統設置了不同的功能模塊，包含數據采集、數據查詢、計算器、報表功能、預警管理、信息管理、變形預測、權限管理等功能模塊^[12]，各個模塊分別實現不同功能。

（1）數據采集：自動化采集、手持設備上傳、文件上傳、手工錄入

（2）數據查詢：統計、查詢：使用組合查詢，結果通過數據圖、表展示

（3）計算器：即時對上傳數據計算存儲

（4）報表功能：日報、周報、月報、次報、總結報告等查詢、輸出

（5）預警管理：超出預警值的數據即時報警，并通過多種方式通知相關人員

（6）信息管理：企業信息、項目信息、人員信息、設備信息等管理

（7）變形預測：根據當前工況和歷史數據，對未來一天、一周或更長時間變形量

（8）權限管理：企業級、項目級、客戶級等分級管理

 1.3邏輯關系設計

    半自動化監測系統邏輯關系層采用多層級體系架構，從上至下分為企業級、項目級、分項項目級、測點級和測點數據級。通過各層級服務的承載關系，實現系統管理功能。系統構架如下圖所示。

企業級：系統為多企業平臺管理，半自動化監測系統下可實現監管部門同時監管不同監測企業，可對各企業的監測信息進行分析，及時發現存在的安全隱患，提出安全評價意見

1. 項目級：單個企業下可劃區域、分類型對不同的監測項目進行管理

2. 分項項目級：包含位移、沉降、測斜、應力、水位、軸力等分項項目

3. 測點級：各測點相關監測信息

4. 測點數據級：測點單次變化量、累積變化量

   

                   半自動化監測邏輯關系示意圖

 2. 測量設備和元器件與系統的接口

     現場監測設備與半自動化監測系統間接口是監測系統功能實現的關鍵環節，接口數據的內容、格式及接口方式等是否規范、統一，直接關系到數據的完整性和系統的整體性能。目前，測量設備廠家越來越多，市場上種類繁多的監測設備、元器件對所有自動化監測系統接口數據提出了更高的要求。半自動化監測系統須兼容市場上大部分的主流監測設備，如索佳、航天航空、斯比特、拓普康等品牌設備，這些設備與系統接口的兼容性，有利于提高系統監測、報警功能的可用性，可以對監測后期運行維護及監測數據分析提供重要技術支撐。

3. 測量數據解算

     監測數據傳輸至服務器云端管理中心后，數據處理系統即時解算時段數據或實時解算實時數據，得到各測點的即時變形量^[13]。半自動化監測系統數據處理基本流程如下，其中數據解算分析是系統核心之一。

    （1）讀入數據：讀入原始觀測數據，將數據轉換成TXT等通用格式并存儲。

    （2）檢查修改：檢查測站名、點號、測站坐標等數據項目，為避免外業誤操作。

    （3）數據質量分析：分析監測數據質量是否滿足解算要求，以保證數據精度。

    （4）設定參數：設定基線解算的控制參數，確定基線解算方法，實現基線的精細化處理。

    （5）數據解算：開展數據的平差解算，求得基線向量解。

    （6）基線質量檢驗：解算完畢后，通過閉合差和重復基線較差來進行質量檢驗。

4.后處理及預警

     在后處理模塊，系統可實時把監測點變形趨勢以圖形形式實時顯示出來，可以通過觀察圖形走向實時了解監測效果或變形情況。所繪制的變形曲線為時態曲線，即變形量和時間組成的曲線，包括變形速率-時間曲線、累計位移-時間曲線、收斂累計位移值-時間曲線等。繪制時間和變化狀態的曲線圖是非常重要的，它反映監測結果變化的信息，可以監測人員隨時隨地的獲得監測數據和發展動態。

系統采用“多重+分級”預報警模式，管理人員可設置不同級別的預警閾值，系統會自動按照報警的級別發送短信至對應參建單位和職能管理部門，以便各方及時了解基坑安全狀況，及時采取補救措施，減少安全隱患。同時當監測出現異常情況時，系統可軟件界面、手機、傳真、廣播、聲光等多種報警形式發布，能提高監測的時效性和確保監測數據的真實性，杜絕了原有層層上報監測模式存在的時效性差、信息滯后、以及瞞報、漏報等舞弊造假行為，真正達到高效科學的管理。