基于VB的沉降監測數據處理系統構建與實踐

李孝雁，黃颯，趙柯柯

（1.河南理工大學測繪與國土信息工程學院，河南焦作454003；2.黃河水利職業技術學院，河南開封475004）

基于VB的沉降監測數據處理系統構建與實踐

李孝雁1，2，黃颯2，趙柯柯2

（1.河南理工大學測繪與國土信息工程學院，河南焦作454003；2.黃河水利職業技術學院，河南開封475004）

建筑物沉降監測對建筑物安全施工、運營維護具有重要作用。通過對建筑物沉降監測數據處理問題的研究，設計開發了基于Visual Basic的建筑物沉降監測數據處理系統，探討了建筑物沉降監測數據處理系統的設計思路、系統模型和主要功能模塊。

沉降監測；數據處理；Visual Basic；功能模塊

0 引言

隨著我國經濟的飛速發展，城市化進程的不斷加快，高層及超高層建筑物越來越多。高層及超高層建筑物的興建，改變了地面原有狀態，增加了地基荷載。地基荷載的增加，引起地基及周圍地層的變形［1］。為保障建筑物的使用安全，建筑物沉降監測的必要性和重要性愈加明顯。

建筑物沉降監測數據采集工具從過去的光學水準儀到現在的電子水準儀，在數據質量和作業效率上有了很大提升。但在監測數據處理方面，采用傳統的手工處理方法，中間數據人為干預多，出錯概率大，作業效率低。另外，在監測數據管理階段，存在數據利用率低，數據挖掘不充分的現象。因此，開發建筑物沉降監測數據自動化預報分析處理軟件，對建筑工程安全施工、運營維護具有重要意義［2］。

1 沉降監測的技術要求

建筑沉降觀測應測定建筑及地基的沉降量、沉降差及沉降速度，并根據需要計算基礎傾斜、局部傾斜、相對彎曲及構件傾斜。沉降觀測點的布設應能全面反映建筑及地基變形特征，并顧及地質情況及建筑結構特點。

1.1 建筑施工階段的觀測要求

建筑施工階段的觀測應符合下列規定［3］。

（1）普通建筑可在基礎完工后或地下室砌完后開始觀測，大型、高層建筑可在基礎墊層或基礎底部完成后開始觀測。

（2）觀測次數與間隔時間應視地基與加荷情況而定。民用高層建筑可每加高1～5層觀測一次，工業建筑可按回填基坑、安裝柱子和屋架、砌筑墻體、設備安裝等不同施工階段分別進行觀測。若建筑施工均勻增高，應至少在增加荷載的25%、50%、75%和100%時各測一次。

1.2 建筑使用階段的觀測要求

建筑使用階段的觀測次數應視地基土類型和沉降速率大小而定。除有特殊要求外，可在第一年觀測3～4次，第二年觀測2～3次，第三年后每年觀測1次，直至穩定為止。在觀測過程中，若有基礎附近地面荷載突然增減、基礎口周大量積水、長時間連續降雨等情況，均應及時增加觀測次數。當建筑突然發生大量沉降、不均勻沉降或嚴重裂縫時，應立即進行逐日觀測或2～3 d觀測1次。

每周期觀測后，應及時對觀測資料進行整理，計算觀測點的沉降量、沉降差以及本周期平均沉降量、沉降速率和累計沉降量，并對計算數據進行分析和建模，提交工程平面位置圖及基準點分布圖、沉降觀測點位分布圖、沉降觀測成果表、時間—荷載—沉降量曲線圖、等沉降曲線圖、沉降觀測分析報告等成果。

2 沉降監測數據處理系統構建

2.1 系統總體設計［4］

當前，沉降監測主要應用精密電子水準儀進行測量。外業觀測實現了自動化，觀測數據實現了數字化。為了實現沉降監測外業實施和內業數據處理的無縫鏈接，提升內業自動化程度，實現沉降監測內外業一體化，筆者結合當前沉降監測所采用的主要方法和新設備，按照實際工作中沉降觀測數據處理步驟進行系統總體設計，設計思路如下：

（1）分析幾種常用電子水準儀的外業數據存儲格式，再區分測站觀測程序，設計了幾種原始數據讀取和錄入方式，并自動生成外業記錄手簿，降低了因人工記簿或手動編輯導致出錯的幾率。

（2）根據控制網數據處理和沉降監測數據處理兩種情況，設計了錄入起算點、基準點、監測點、觀測日期、監測周期等相關信息選項，通過讀取第一步生成的記錄手簿組網進行控制網或監測網平差數據處理，生成平差計算成果表。

（3）匯總各個觀測周期的平差計算成果表，整理匯編沉降監測成果表。

（4）讀取沉降監測成果表數據，繪制不同監測點不同時間段的沉降監測曲線圖和沉降速率曲線圖，包括整個監測對象的全周期監測曲線圖的繪制和生成。

（5）利用成熟的沉降監測分析模型對本項目實施的沉降監測數據進行分析，檢查成果的可靠性，預測沉降變形的趨勢，確保工程實體的安全。

以上5個步驟緊密聯系，實現了從外業到內業的一體化自動作業，提高了成果的可靠性，提升了數據的利用率。本系統的總體設計思路框圖如圖1所示。

圖1 系統總體設計思路框圖Fig.1 General design of system

2.2 系統功能模塊構建

系統的主要功能包括：系統登錄、工程基本信息錄入、外業觀測數據處理、沉降監測成果整理與分析。

（1）系統登錄。登錄界面的設計考慮到了數據的保密性和安全性，需要輸入預先設定的密碼，才能進入系統，對數據進行各種計算和分析等功能。登錄界面如圖2所示。

圖2 系統登錄界面Fig.2 System inter face login

（2）工程基本信息錄入。開始一個新的工程，監測一個新的對象，需要錄入相應工程監測對象的基本信息，其中包括項目基本情況和測期基本情況。工程基本信息錄入界面如圖3所示。

圖3 工程基本信息錄入界面Fig.3 Engineering basic information input interface

（3）外業觀測數據處理。一個沉降監測項目需要對基準網進行平差計算和對各個周期沉降監測網進行平差數據處理。所以，在錄入基本測量信息時，首先區分作業類型（基準點觀測或沉降點觀測），確定觀測所用儀器型號。因為不同儀器型號觀測的原始電子數據格式不一樣。其次，確定外業測站觀測程序。觀測程序分為“后－后－前－前”和“后－前－前－后”，觀測程序不一樣，外業數據格式也是不一樣的。最后，按控制網數據處理和沉降監測數據處理兩種情況，分別錄入起算點、基準點、監測點、觀測日期、監測周期等相關信息選項。通過“錄入觀測信息”“讀入觀測數據”“生成并保存記錄手簿”“平差計算”“保存平差成果表”等步驟，完成從外業原始觀測數據到內業平差計算全自動數據處理。由外業原始觀測數據到外業記錄手簿到平差成果表一系列處理和成果產出。外業觀測數據平差處理界面如圖4所示。

圖4外業觀測數據處理界面Fig.4 Field observation data processing interface

圖4 主要包含了2個功能模塊：一是外業記錄手簿生成，從外業觀測的原始電子記錄數據到讀取、篩選、生成記錄手簿；二是平差計算功能模塊，包括基準點控制網平差計算和沉降監測網平差計算。其中，平差計算的數學模型為水準網間接平差計算。

（4）沉降監測成果整理與分析。匯總各個觀測周期的平差計算成果表，整理匯編沉降監測成果表，界面如圖5所示。

圖5 沉降監測成果整理界面Fig.5 Settlement monitoring results collating inter face

讀取沉降監測成果表數據，繪制不同監測點不同時間段的沉降監測曲線圖，包括整個監測對象的全周期監測曲線圖的繪制和生成，界面如圖6所示。

讀取沉降監測成果表數據，繪制不同監測點不同時間段的沉降速率曲線圖，包括整個監測對象的全周期沉降監測速率曲線圖的繪制和生成，界面如圖7所示。

預報是沉降觀測的最終目的。所以，為了使沉降觀測結果對工程的安全更具有指導意義，就需要根據已有的沉降數據對后期的沉降量進行預測分析。這就要求系統具有根據已選定的預測模型具有趨勢分析的功能。隨著現代科學技術的發展和計算機應用水平的提高，各種理論和方法為變形分析和變形預報提供了廣泛的研究途徑。目前，常用于變形觀測數據分析與處理的預測模型主要有曲線擬合、回歸模型、時間序列分析模型、灰色系統分析模型、卡爾曼濾波模型、人工神經網絡模型、小波理論等。本系統趨勢分析功能中采用非等間距灰色理論模型對沉降量進行預測，并通過工程實例的應用測試，驗證了系統的可靠性，界面如圖8所示。

圖6 沉降曲線圖繪制界面Fig.6 Settlement curve draw ing interface

圖7 沉降速率曲線圖繪制界面Fig.7 Settlem ent rate curve draw ing inter face

圖8 沉降預測分析界面Fig.8 Settlement prediction analysis interface

3 系統實踐應用

本文開發的沉降監測數據處理系統已在河南省中緯測繪規劃信息工程有限公司的沉降監測項目（焦作地區農信小區1—8＃八棟高層住宅樓沉降監測、華融國際公寓33層商住樓沉降監測）中應用。實際應用驗證了系統計算快捷，圖表成果的可靠，為生產單位及時準確地提供了可靠的沉降數據資料。圖9～圖13是系統對焦作地區農信小區高層住宅樓和華融國際公寓33層商住樓的沉降監測成果。

圖9 拓普康DL－101C原始觀測數據Fig.9 Raw observation data of Topcon DL-101C

圖10 自動生成的外業記錄手簿示例Fig.10 Automatically generated field records handbook sam ple

圖11 由記錄手簿自動生成的平差計算數據文件Fig.11 Adjustment calculation data files automatically generated by the record handbook

4 結語

圖12 自動計算生成的平差成果表范例Fig.12 Automatically generated ad justm ent resu lts table samp le

圖13 農信小區1號樓沉降曲線圖Fig.13 Settlement curve of Nongxin Block Building 1

本文以河南省中緯測繪規劃信息工程有限公司的沉降監測項目為依托，在Visual Basic和Excel平臺上開發設計了高層建筑沉降監測數據處理系統，系統包括原始外業數據錄入、控制網數據及監測數據平差處理、匯總生成沉降監測成果表、查看或生成沉降曲線圖和沉降速率曲線圖、沉降監測分析預測等功能，實踐證明，系統整體上能夠可靠、精準地對建筑物沉降監測數據進行預報分析，實現了沉降監測外業實施和內業數據處理的無縫鏈接，提升內業自動化程度，降低工作繁度，大大提高了工作效率和數據利用效率，具有很強的應用及推廣價值。

［1］張正祿，黃全義，文鴻雁，等.工程的變形監測分析與預報［M］.北京：測繪出版社，2007：23-61.

［2］黃聲享，尹暉，蔣征.變形監測數據處理［M］.武漢：武漢大學出版社，2010：57-88.

［3］JGJ 8－2007，建筑變形測量規范［S］.

［4］李偉，王俊旻，彭子龍.變形監測數據管理與分析系統設計與實現［J］.測繪工程，2014，23（7）：76-80.

[責任編輯 楊明慶]

TV698.1

B

10.13681／j.cnki.cn41－1282／tv.2016.04.012

2015-09-15

黃河水利職業技術學院科研基金項目：高層建筑物沉降監測專家系統研究及應用（ZV16KZJS012）

李孝雁（1981－），男，湖南邵陽人，講師，碩士研究生，主要從事測繪科學與技術專業的學習和研究工作。