监测与管理信息系统

2024-06-27

监测与管理信息系统（精选6篇）

监测与管理信息系统第1篇

环境监测实验室信息管理系统的构建与实施

阐述了环境监测实验室信息管理系统(LIMS)的构建目标,介绍了系统的.业务流程、总体设计及实施条件.提出建立环境监测LIMS系统,可提高分析数据的准确性和质量管理水平,全面提升实验室信息运转效率和管理水平,更好地为环境管理服务.

作者：沈艺 SHEN Yi 作者单位：苏州市环境监测中心站,江苏,苏州,215004刊名：环境监测管理与技术 ISTIC PKU英文刊名：THE ADMINISTRATION AND TECHNIQUE OF ENVIRONMENTAL MONITORING年，卷(期)：18(4)分类号：X830关键词：环境监测实验室信息管理系统环境管理

监测与管理信息系统第2篇

摘要：地铁隧道结构变形监测的特殊性、周期性和长期性,使其信息量非常庞大。信息管理是地铁隧道结构变形监测中一项重要的工作,现有的管理方式效率很低。为了高效、准确地管理监测信息,及时分析预报地铁隧道结构的稳定状况,本文结合南京地铁运营期隧道结构变形监测实例,开发了一套具有变形监测资料存储、预处理、管理分析、可视化分析、预测预报及限值预警等功能的信息管理系统,保证了准确及时快速的数据处理和信息反馈,具有良好的运用和推广前景。

关键词地铁隧道变形监测信息管理系统引言

随着经济的发展,越来越多的城市开始兴建地铁工程。地铁隧道建造在地质复杂、道路狭窄、地下管线密集、交通繁忙的闹市中心,其安全问题不容忽视。无论在施工期还是在运营期都要对其结构进行变形监测,以确保主体结构和周边环境安全。

地铁隧道是一狭长的线状地下建构筑物,监测点数量比较大,其周期性和长期性,使数据量非常庞大。面对这些繁杂而又庞大的数据能否管理利用好,关系到监测隧道结构变形和预测预报结构变形工作能否实现和实现的质量。为此,如何有效地管理原始信息,并进行相应的处理显得尤为重要。目前多数监测信息的管理和应用存在不直观、不及时、自动化程度较低等缺点,根据地铁隧道结构自身特点研制一套高效率的、使用方便的监测信息管理系统是必要的,它与变形监测一样具有重要的实用意义和科学意义。系统设计思想

以地铁隧道结构变形监测信息为管理对象,根据地铁隧道结构变形监测的实际情况,综合运用监测数据处理分析技术、数据库技术和信息管理技术,实现对地铁隧道结构变形信息的存储、预处理、管理分析、可视化分析监测信息、预测预报及限值预警,为结构分析提供数据资源,以及时反馈地铁隧道结构安全状况,使安全监测管理人员更为方便和高效的管理监测信息,为确保地铁隧道结构的安全运行提供有效的决策支持。地铁隧道结构变形监测数据管理系统主要应满足如下要求: 1.1 提高地铁隧道结构变形监测数据处理分析与

管理的科学化和自动化水平,满足辅助决策需求 1.2 构建地铁隧道结构变形监测信息管理基础平台

1.3 为后期自动化监测的开展及安全监测专家系统的建立提供基础。3 系统功能

地铁隧道结构变形监测信息管理系统包括文档管理、数据预处理、数据库管理、监测数据分析、信息预警预报和系统管理六大模块,内容不仅涵盖了相关技术规范的所有要求,而且具有地铁隧道自身的特点,全面、标准、专业,有良好的应用前景。

3.1 文档管理模块 3.1.1 变形监测资料地铁隧道结构变形监测根据地铁隧道结构设计、国家相关规范和类似工程的变形监测以及当前地铁所处阶段来确定,主要内容包括[3]:垂直位移监测(区间隧道沉降监测和隧道与地下车站沉降差异监测);水平位移监测(区间隧道水平位移监测和隧道相对地下车站水平位移监测);隧道断面收敛变形监测等。

对于不同的地铁隧道结构变形监测项目内容,所用监测方法和仪器也不相同。通常,对于隧道垂直位移和水平位移监测,可通过大地测量或者自动化测量的方法利用精密水准仪、精密全站仪或智能全站仪进行;而对于隧道断面收敛变形监测,则要通过物理量测的方法利用收敛仪(计)进行。

变形监测资料包括历次变形监测的原始数据,监测报告及鉴定报告等。3.1.2 工程概况资料

工程概况资料主要有工程概况、工程特性参数、重要技术资料和安全监测系统档案等。

(1)工程概况:包括地铁地理位置,车站布置,沿线主要建筑物概况,工程地质与水文地质条件,结构特性、施工情况等。(2)重要技术资料:主要结构设计文件、图纸,运行设计报告,竣工验收报告,隧道加固改建或观测更新改造专题报告,重要工程图形和图像。(3)变形监测系统档案:主要包括监测仪器运行、维护和历次检查、鉴定记录及报告。

(4)其他资料:主要包括水文、气象和地震资料等。3.1.3 巡检资料

包括对隧道结构的各个部位和断面的渗漏、变形和裂缝等的日常巡查记录表,隧道安全情况和隧道重大事故报告等。3.2 数据预处理模块

通过不同的方式导入原始监测资料,并对其进行粗差检验,若有粗差则提示警告,以便查找原因返工重测,然后再进行初步处理分析。对基准点和工作基点的稳定性进行检验,不同的稳定性检验结果决定平差方法的选取。最后对所得监测结果进行整理,存储至相关数据库。3.2.1 数据导入

目前嵌入式操作系统发展特别迅速,根据监测手段和方式不同,用户可以通过系统的接口程序实现系统和观测电子手簿直接相连,自动导入或手工导入。3.2.2 粗差检验

依据相关规范规程应用相应检验粗差的方法对其进行检验,若有粗差则给出提示警告和可能原因,以便查找原因返工重测;若没有粗差则提示检验通过,可进行下一步处理计算。3.2.3 稳定性检验

通过对监测资料的计算分析,应用统计方法(F检验和t检验)对基准点和工作基点的稳定性状况进行分析,为平差计算采用何种平差方法提供依据。3.2.4平差计算

根据基准点及工作基点稳定性检验结果,对变形监测网相应的选用经典平差、拟稳平差或自由网平差;如果监测资料(如隧道收敛变形监测资料等)无需平差计算的则直接进行相关成果计算。

3.2.5 资料整理入库

根据前述各部分处理计算所得结果,对所得监测成果以及检验结果进行整理和存储入库。此外,可根据需要对相关监测属性信息进行相关编辑、修改,然后再整理入库。3.3 数据库管理模块

对数据库相关数据进行查询、添加录入、修改和删除,同时可根据需要进行数据报表生成输出。3.3.1 数据查询

根据不同监测项目特点,采用不同的查询方式对测点的属性信息和监测成果进行条件查询和遍历查询,并可根据需要将查询结果以不同的方式输出。3.3.2 数据录入添加

根据实际需要对测点属性数据和监测单位所提供的直接成果数据进行录入添加,同时可对属性数据信息进行编辑、修改添加。3.3.3 数据修改

考虑到操作的规范性,系统只允许对监测点属性进行修改。通过查询所要修改的监测点,对其属性信息进行修改,同时可以动态显示数据库中的监测点属性信息,方便用户及时看到修改结果。3.3.4 数据删除

与数据修改功能相似,通过对数据信息查询后再进行删除,删除前须经确认,然后才能操作,确保准确无误。

3.3.5 报表生成

可根据用户需要,查询相关监测信息,然后以相关的报表形式输出监测信息。3.4 监测数据分析模块

通过应用不同的数据分析方法和方式对各种监测数据进行处理分析,分析过程和方式采用表格和曲线图形方式进行。

3.4.1 监测点稳定性分析

应用相关稳定性分析方法及指标,结合监测现场实际,对不同类型监测点稳定性进行分析评判。3.4.2 可视化分析

针对监测信息反馈分析的需要,提供可视化的变形监测图形报表,辅助测点稳定性分析评判,以便使用者更直观具体地了解隧道结构整体变形趋势。

以南京地铁西延线垂直位移监测为例,除提供每期沉降量曲线图、沉降速率曲线图、挠度曲线图、相对挠度曲线图外,还可提供任意两期累积沉降量、累积沉降速率、挠度及相对挠度的对比曲线图。3.5 信息预警预报模块

仅仅将监测的信息录入系统中是不够的,还要根据稳定性分析以及前n期的监测成果模拟监测点的变形曲线,并结合相关资料预报今后的变化趋势。由于影响变形体的因素错综复杂,考虑到系统的通用性,模块提供了回归分析、灰色系统、kalman滤波等传统的模型供选择。

根据系统给出的限值进行预警,提供相关区间段的工程图纸及地质、水文气象资料,便于隧道结构变形情况的进一步分析。3.6 系统管理模块

为保证系统的安全,系统运行和数据操作过程中都不能出现任何差错,必须对系统进行有效的管理,这主要是指对系统用户的管理及日常使用日志的管理。3.6.1 系统用户管理

为保证监测信息的完整性、正确性和安全性,必须对系统的用户进行有效的管理。用户登录系统的过程必须在系统日志中进行登记,包括用户名、登录时间、对系统的操作过程以及在系统中滞留的时间等。系统管理员定期将系统的用户使用情况向主管领导汇报。在征得主管领导的同意后,系统管理员可以根据实际情况添加用户或提升、降低某些用户的用户使用级别,必要时可以禁止某些用户的使用权力。系统用户管理包括系统用户登录管理和用户权限管理两个部分。3.6.2 系统日志及安全管理

本系统为系统管理员提供系统日志的检查和备份功能,使系统管理员通过对系统日志的查看了解系统的使用情况以及存在的不足和问题,及时地处理系统存在的隐患,保证系统的高效运行。3.6.3 数据库备份与恢复

为了保证管理系统或计算机系统经灾难性毁坏后,能正常恢复运行,必须进行数据库的备份与恢复。系统采用自动备份与人工备份结合的方式,确保系统的安全稳定运行。4 结语

地铁隧道结构变形监测信息管理系统采用C/S结构设计,各功能模块间具有相对地独立性,便于进行功能扩充,为后期自动化监测的开展及安全监测专家系统的建立提供支持和铺垫[4,5]。该系统已在南京地铁中应用,不仅准确及时快速的数据处理和信息反馈,提高了地铁运营的管理水平,而且为地铁的安全运营提供了保证,具有显著的社会经济效益和良好的应用前景。

参考文献

[1]王浩,葛修润,邓建辉,丰定祥.隧道施工期监测信息管理系统的研制[J].岩石力学与工程学报,2001,10:1684—1686 [2]李元海.地铁施工监测数据处理系统的分析设计及应用[J].隧道建设,1996,4:22—26 [3]黄腾,李桂华,孙景领,岳荣花.地铁隧道结构变形监测数据管理系统的设计与实现[J].测绘工程,2006,6:1—3

监测与管理信息系统第3篇

随着国民经济的快速发展, 地铁进入蓬勃发展阶段。由于城市地下工程地质条件差、周边环境复杂、结构埋深浅、与邻近结构相互影响, 围岩稳定性难于判断。工程实践证明, 必须在施工过程中采用监控量测和信息反馈技术, 及时修改设计, 指导施工, 也必须采用信息化施工、信息化设计和跟踪动态监测管理才能实现安全、优质、快速地在闹市区、城市基础设施众多之地不塌方、少沉降施工。鉴于此中国有色金属工业长沙勘察设计研究院2005年开发了“地铁施工监测信息管理及安全预警系统”。系统成功地应用于广州市轨道交通线路及车站土建工程施工监测信息化管理, 实现了监测—作业—管理三方信息的互联互动, 为地铁施工监测信息的可视化管理提供技术保障。

在系统成功投入应用的同时, 在变形监测行业市场的推动下, 根据监测信息反馈分析的需要、施工安全控制的需要和用户需求, 系统的研发单位进一步完善和扩充了系统的功能, 研发了一些施工监测可视化分析工具, 包括:综合过程线、施工影响分析等;建立了一些实用的监控模型。此外, 对系统的应用领域也进行了拓展, 除了地铁交通外, 还广泛应用于水库大坝、桥梁、工业与民用建筑、特种精密工程、地基处理、基坑及边坡支护、高耸构筑物等的施工及营运阶段变形、形变监测与安全管理等领域, 完善了监测工作内外业一体化信息网络化管理, 同时把系统的名称改成“变形监测信息管理与工程安全预警系统”。

2006年9月, 系统通过了湖南省科技厅组织的由两位院士及多位专家参加的科技成果鉴定:该成果处于国际先进水平。系统被评为2006年度湖南省优秀工程勘察设计计算机软件一等奖。

1 系统流程和特点

系统分为信息采集、数据处理、信息发布三个环节, 具体数据信息处理流程如图1所示。

系统具有如下特点:

1) 建立高精度的参考点, 采用自由设站测量方案, 通过拟稳平差的方法可以最大限度利用参考基准点, 分时段处理可以有效地减小大气误差的影响, 从而提高测量精度。2) 简化了气象等附加设备, 为系统在计算机的控制下实现全自动、高可靠的变形监测创造了有利条件。3) 在无人值守的情况下, 可以实现全天24 h连续地自动监测, 节约了大量的人力。实时进行数据采集、数据处理。4) 在短时间内同时求得被测点位的三维坐标, 因此根据设计方案的要求, 可作全方位的预报。5) 监控系统不仅可以实时获取监测数据, 而且可以获取地铁隧道现场基站的图像, 并通过互联网将信息发布出来, 让相关主管人员通过互联网随时随地查看最新的监控信息。根据信息安全的要求, 对接入系统的网络用户进行身份验证, 根据不同的用户级别浏览相对应的信息。6) 监测系统可利用电子邮件服务、手机短信服务自动向相关主管领导发送报警预警信息, 为主管领导的决策提供服务。

2 监测系统的主要硬件构成

1) 测量机器人:

为监测系统的主要监测设备, 该仪器是一种能代替人工进行自动搜索、跟踪、辨识和精确照准目标并获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息的智能型电子全站仪。因其具有自动目标识别———ATR功能, 可以自动精确瞄准棱镜, 并能够制订测量计划、控制测量过程、进行测量数据处理与分析的软件系统相结合, 完全可以代替人完成许多测量任务, 同时还具有全自动、遥测、实时、动态、精确、快速等诸多优点。TCA2003仪器标称测角精度±0.5″, 测距精度± (1 mm+1 ppm×D) 。

2) 棱镜:

是测量机器人自动识别的主要目标, 因此在参考基准点、变形监测点上都应配备配套的棱镜, 参考基准点上宜采用大棱镜, 变形监测点上可采用小棱镜。

3) 网络通讯设备:

a.远程数据通讯接口:实现测量机器人与计算机之间的双向通讯、控制和检测数据的传输。b.ADSL/光纤专线:提供系统进入互联网的通道, 为监测数据的发布和远程浏览地铁隧道内部画面信息提供数据传输途径。c.路由器:主要是提供IP摄像头与服务器的通讯, 另外与ADSL/光纤专线相连接, 构成计算机接收远程命令, 监控、发布测量机器人工作状况的接口。

4) 摄像头:

实时获取测量机器人工作状况和周边环境的画面。

5) 感应传感器:

感应开关等, 辅助进行地铁隧道监测工作。

6) 现场控制计算机:

系统调试、控制测量机器人的工作, 监测数据采集及初处理。

7) 远程控制计算机:

远程控制测量机器人, 监测信息的发布及管理, 系统的远程维护。

8) 计算机稳压电源:

为提高系统的稳定性和可靠性, 系统采用计算机为核心, 应给计算机配备稳定可靠的工作电源。

9) 测量机器人专用电源:

测量机器人对电源要求较高, 因此需要配备稳定可靠的工作电源。

3 监测系统的主要软件

1) 实时测量控制及解算软件。

测站布设在变形监测区域内。测站点坐标采用自由设站的方法, 由测量机器人自动精确照准监测区域外的参考点, 由该软件自动控制测量机器人作参考点观测并实时进行数据处理, 计算测站的精确坐标并确定测站变形。

2) 自动化变形监测软件。

自动化变形监测软件控制测量机器人自动周期性地观测变形监测点, 实时进行数据采集、数据处理、数据分析、报表输出、图形显示和自动报警等。

3) 远程控制软件。

远程控制通过ADSL有线通讯的方式实现, 由安放在地铁站的计算机通过ADSL专线方式与互联网连接, 远程控制计算机可利用地铁站计算机的IP地址或通讯端口与之相连并发送控制指令。

4) 信息发布管理系统。

监测数据由现场控制计算机初步处理后, 通过Internet网络 (如ADSL专线) , 自动上传到远程控制计算机进行进一步的数据分析与处理及信息发布。

4 结语

近年来, 随着社会经济、技术的快速发展, 大型建设项目越来越多。深基坑及隧道等地下工程施工日益增多, 这些施工行为本身存在着安全风险而且会对其周边建 (构) 筑物产生巨大的影响, 所以施工过程中对它们进行施工监测十分必要。然而传统的监测数据管理基本处于人工管理阶段, 仍停留在数据的存储和简单检索上, 数据显示不直观亦无法对数据进行自动分析和处理, 已不能满足快速、准确获取变形信息并对变形进行分析、判断及信息化施工的需要, “变形监测信息管理与工程安全预警系统”将逐渐成为一个很好的选择。“变形监测信息管理与工程安全预警系统”在变形监测领域中得到广泛应用的同时, 系统自身也将日趋成熟。

参考文献

[1]中国有色金属工业长沙勘察设计研究院.广州地铁五号线土建工程第三方监测A标段技术设计书[R].长沙:中国有色金属工业长沙勘察设计研究院, 2005.

[2]杜年春.地铁施工监测信息管理及安全预警系统的设计[J].工程建设, 2005 (2) :10.

[3]李军, 侯志勇.变形监测信息管理系统的集成化设计[J].计算机应用研究, 2008, 25 (6) :6.

[4]秦珂.浅谈道路工程施工测量[J].山西建筑, 2008, 34 (22) :350-351.

监测与管理信息系统第4篇

摘要：论述了一种适用于处理海量监测数据的结构性态监测信息管理系统（MIMS）的设计方案.基于三层浏览器/服务器架构搭建软件系统，利用多服务器协同工作机制提升系统性能.应用大数据技术，充分考虑海量监测数据对数据管理系统的高要求，选用MongoDB数据库作为数据管理平台，论述了数据库结构和采用的数据格式.最后以宁波南站结构性态监测为例，展示了系统的实现效果.结果表明该系统具有很好的扩展性和通用性，每天可接收远程数据约10 GB，能实现对海量监测数据的实时吞吐和高效组织管理.

关键词：结构性态监测；大数据；MongoDB数据库；多服务器协作；浏览器/服务器

中图分类号：TP274文献标识码：A

土木工程领域的结构健康监测研究始于上世纪70年代末.目前，对结构健康监测技术的研究大多集中在传感网络子系统设计及损伤识别和安全预警等方面.在结构性态监测软件的开发方面，近几年也出现了一些技术创新和实践成果，如土石坝安全监测软件[1]、桥梁结构健康监测系统软件[2]和上海中心大厦结构健康监测软件[3]等.但这些软件基本上都是针对特定结构开发，系统的可移植性、可维护性和可扩展性表现较差.在监测数据的组织管理方面，已有的结构性态监测软件大多是从海量的监测数据中获取有效的关键数据形成数据报告，不能实现全部监测数据的实时吞吐，并且存在数据采集与存储不同步的问题.

随着物联网、云计算和社交网络等新兴技术与服务的出现，数据类型和数据量正以惊人的速度扩张，如何更好地管理和利用大数据开始备受关注[4-6].在结构健康监测中应用大数据技术，对实时监测数据流进行统计分析，可以预测出数据发展的趋势，从而实现系统对结构损伤的识别、诊断和预测.达到这一目的的关键在于实现监测数据的实时吞吐和高效组织管理.由于土木工程结构健康监测与物联网的融合以前所未有的速度生成数据，这些数据即使经过过滤，只保留有效的数据，其数据量也是惊人的庞大.如何实现对海量监测数据的组织、存储、查询和分析，既是实现对结构全寿命周期跟踪式在线监测的前提，也是对结构进行有效的损伤识别和安全评定的基础.

针对以上问题，本文提出一种大数据技术下的结构性态监测信息管理系统（MIMS）设计方案.该方案以实现高效的数据管理和安全的数据共享为目的，实现监测数据实时或近实时的、动态的、数字化、网络化和可视化的管理.系统已应用于多个大型项目的结构健康监测，如宁波南站、上海中心大厦、兰州西站和上海世博轴阳光谷等.

1系统架构

目前，基于网络化的监测软件实现模式主要有两种方式，一种为客户机/服务器（Client/Server， C/S）模式，另一种为浏览器/服务器（Browser/Server， B/S）模式[7].

B/S模式是Web2.0兴起后的一种网络结构模式，该模式由服务器安装数据库和Web应用，承担系统的核心功能；客户机安装浏览器作为客户端，浏览器通过服务器端的Web应用间接同数据库进行数据交互.这一模式解决了传统C/S模式中专用客户端软件开发成本高，升级维护困难等问题（见图1）.

该体系结构具有以下优点：

1）广域网/局域网都可使用，对客户端软硬件环境要求不高，只要有操作系统和浏览器即可；

2）各层在逻辑上相对独立，具有很好的灵活性、可重用性和可扩展性；

3）系统功能集中在服务器端，可随时进行更换或更新，从而实现无缝升级，降低系统维护成本；

4）可添加用户管理机制，利用业务逻辑层阻止未授权用户访问数据层，实现数据的安全管理；

5）浏览器即客户端，一方面可降低开发难度和成本，另一方面可充分利用页面制作技术与用户进行更加生动和丰富的交流.

2系统功能实现

2.1服务器软件

MIMS的功能主要包括数据的采集与接收、过滤与转换以及处理与查询，如图2所示.系统核心功能集中在服务器端.考虑到各功能环节对服务器有各自不同的要求，且具有不同步性，因此将各个功能模块设计成相互独立的服务器软件.

MIMS的运行模式是以系统的自动运行为主，一旦服务器软件或硬件出现故障，系统的运行将终止，如果不被及时发现并加以维护将会造成不可预计的数据损失乃至工程损失.因此，MIMS设计有独立的自检服务器软件，以实时监视服务程序，当有异常状态发生时，以邮件和短信的方式通知相关技术人员.

2.2多服务器协同机制

MIMS采用多服务器协同机制对服务器进行管理.Internet的快速增长要求服务器具备提供大量并发访问服务的能力，因此对于大负载的服务器来讲，CPU，I/O处理能力成为瓶颈[8].通过提高硬件性能来提高单台服务器性能的效果有限，而采用多服务器协同工作机制和负载均衡技术可以很好地应对大量并发访问的情况.

MIMS中的各功能模块被设计成独立的服务器软件，这些软件可以在单台服务器上运行，但效率较低.为提高运算效率，可以采用多服务器协同系统来均衡服务器负荷，将各服务器软件设计在不同服务器中，并形成相互协作机制.如图3所示，服务器1负责将传感器网络传来的数据进行采集并存储于数据库；服务器2首先实现和服务器1的数据库同步，然后对这些数据进行过滤、筛选和转换并存储于另一个数据库中；服务器3同步已经过转换的数据，再根据客户浏览器通过Web服务器提交的指令对数据进行分析和处理.各服务器通过数据库的管控进行数据同步，以C/S模式相互访问，实现相互调用和协同工作.

3数据管理方案

3.1数据库

结构健康监测系统对数据库的要求非常高.已有的较为成熟的结构健康监测系统大都采用文件形式存储数据，也有一部分采用关系型数据库对监测数据进行管理.采用文件形式显然不能实现数据的实时存储与查询，且组织管理效率非常低，而关系型数据库的应用也受到诸多限制，一般只能实现对部分关键数据的存取，不能实现对海量监测数据的实时吞吐.目前，监测系统正在向网络化发展且监测数据的规模也在不断扩大，监测系统对数据库的要求越来越高.对海量监测数据的高效率存储访问以及对数据库的高并发读写和高可扩展性等要求已经成为传统的关系型数据库无法应对的难题[9-10].

近年来，随着大数据时代的到来，NoSql（Not Only SQL）数据库得到了迅速的发展， NoSql数据库具有传统关系型数据库无法比拟的高并发、高效率和高可扩展等特性，其中MongoDB数据库的表现尤为突出[11-12].MIMS采用高性能、易部署、易使用且存储数据方便的MongoDB数据库对监测数据进行管理，实现了对海量监测数据的实时吞吐和高效存储与查询.

3.2数据格式

3.2.1数据存储格式

这里的数据存储格式是指数据保存在数据库或文件中的编排格式.其应满足一定条件：1）保证记录所需要的全部信息；2）充分利用存贮空间，提高存贮效率；3）采用统一的格式，方便与数据处理模块间的数据交换.MongoDB使用BSON（Binary Serialized Document Format）结构来存储数据，可以满足以上要求.BSON是一个轻量级的二进制数据格式，可以存储内嵌的文档对象和数组对象.MIMS采用以BSON格式存储的文档对象存储信息，其中每条记录包括测量点位（position）、传感器类型（dimTyp）、测量批次（batch）、测量时间（datetime）和测量值（value），示例如下：

{″position″：″SWGJ12″，″dimTyp″：″stress″，″batch″：null，″datetime″：newDate（2014，4，6，16，12，9），″value″：-23.396}.

3.2.2数据交换格式

为了整合资源，建立统一的信息化平台，MIMS中的数据交换采用统一的标准数据格式.格式标准化可以极大地提高对数据的管理效率，让用户快速简单地得到必要的数据.

当前比较流行的数据交换格式有XML（Extensible Markup Language），JSON（JavaScript Object Notation）和YAML（Yet Another Markup Language）.由于数据存储格式已选用是类似JSON的BSON格式，为了方便与数据库的数据交互，MIMS数据交换格式选用JSON格式.JSON 是一种轻量级的数据交换格式，易于阅读和编写，同时也易于机器解析和生成，可以满足本设计对数据格式的要求.

JSON简单说就是JavaScript中的对象和数组，对象数据结构为 {键：值，键：值，…}，键为对象的属性，值为对应的属性值，属性值的类型又可以是数字、字符串、逻辑值、数组或对象.数组数据结构为 [字段1，字段2，字段3，…]，其中字段值的类型又可以是数字、字符串、逻辑值、数组或对象.利用对象、数组两种结构可以组合成多层嵌套的数据结构，如以下示例，最外层是包含″Stresses″和″Temperatures″两个属性的对象，他们的属性值又嵌套了多个子对象的数组.

{

″Stresses″： [

{″position″：″SWGJ11″，″value″：[-23.396， -23.63， -24.352 …]}，

{″position″：″SWGJ12″，″value″：[-24.153， -24.953， -23.303 …]}，

…

] ，

″Temperatures″： [

{″position″：″SWGJ11″，″value″：[31.1， 30.5， 31.9 …]}，

{″position″：″SWGJ12″，″value″：[29.3， 30.2， 32.3 …]}，

…

]

4 应用实例—宁波南站结构性态监测系统

4.1工程结构概况

宁波南站站房采用南北地上进站、高架候车、地下出站的功能格局.新建站房共3个主要层面：地下一层（主要负担进出站功能）、站台层（地面层）和高架层（含商业夹层）.地下二层（地铁2号线站厅层）和地下三层（地铁2的站台层）的土建工程大部分位于铁路站房下，详见图4.高架层东西向总长度114.0 m：该方向柱距不均匀，为24+21+24+21+24 m；南北向总宽度185.5 m，柱距为25+2×21.5+43+2×21.5+31.5 m. 地下一层、站台层东西向总长度66.0 m（柱距为21 m及24 m），南北向宽度185.5 m.

本工程的监测内容主要包括：1）施工和运营过程中钢结构关键部位的应力监测；2）运营过程中结构关键部位的振动加速度响应监测；3）运营过程中风敏感部位的风压监测；4）运营过程中整体结构所处风环境的风速监测.

4.2系统配置

宁波南站结构性态监测系统包含静态（应力应变）采集通道167个，动态（风速风向、风压力和加速度）采集通道87个.采用单台服务器配置即可满足性能要求.

服务器配置：2路处理器，每路采用主频1 800 MHz，L3缓存10 MB的4核心4进程处理器；安装内存为8.00 G；3块3TB硬盘作为RAID5.

数据库配置：采用MongoDB主从模式配置为采集端数据库（主）和分析端数据库（从）.

网络传输配置：采集现场局域网带宽100 M，VPN远程传输带宽为3 M.

4.3系统展示

宁波南站结构性态监测系统功能包括首页、系统说明、系统管理、设备总览、实时监测和监测回放.首页包括登录、项目概述和监测分项简介，系统说明包括项目功能说明和监测点位详细说明，系统管理包括密码管理、角色管理和用户管理.设备总览画面如图5所示，包括监测设备的最新运行状态统计和测点设备的详细状态表，共分为应力应变统计、风荷载统计、风压统计和加速度统计.

实时监测是对所有动态点位（风速风向、风压力和加速度）和静态点位（应力）的实时监测.监测点位的选取方法如图6所示，将监测结构分为不同的监测区域，点击每个区域可弹出传感器布置细节图，以选取监测点位.静态点位取最新一天的监测数据，动态点位取最新30 s的监测数据，分别绘制时程图进行展示，如图7和图8所示.

监测回放是对所有监测点位历史监测数据的回放.选择要查询的时间段和监测点位（点位选取方法与实时监测页面相同）后会获取相应的历史监测数据显示在页面中，如图9所示为2014年2月1日至2014年3月1日的应变监测记录.在时程图上拖动鼠标选择相应区域后还可放大进行细节展示，如图10所示.图11展示了2014年9月22日2：15：00-2：30：00的风荷载监测统计数据.风压力和加速度监测画面和以上界面类似，不再赘述.

5结论

本文研究了大数据技术下的结构性态监测信息管理系统设计，从系统架构、系统功能实现和数据管理方案等三个层面论述了本结构性态监测信息管理系统的可行性和优越性.最后以宁波南站结构性态监测项目为例，展示了系统的应用效果.主要结论有：

1）应用三层B/S架构搭建的系统具有很好的扩展性和通用性，可方便灵活地加入各种数据分析功能，并且适用于多种工程结构的性态监测.

2）系统具有高度的伸缩性.根据项目对性能和经济性的不同需求，可选择配置一台服务器，或利用多台服务器协同工作.

3）基于大数据技术，以MongoDB数据库为数据管理平台，能实时吞吐海量的监测数据，每天可接收远程数据约10 GB，可同时供多方分析、查看和使用.系统设计时已考虑大数据分析，设有监测数据中心，通过多个监测项目以及长期的数据积累，可获得海量、高增长率和多样化的监测数据.

4）网页设计采用基于HTML5的新一代WEB技术，用户界面简约大气，使用舒适方便，并兼容多种终端平台，如工作站、笔记本和平板电脑等.

5）目前系统各功能模块服务器均采用单台服务器，支持不多于300个动态采集通道，数据分析速率也有一定限制.若要进一步扩充采集通道、提高数据分析速率，可通过搭建服务器集群来实现.

参考文献

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监测与管理信息系统第5篇

随着经济的发展，越来越多的城市开始兴建地铁工程。地铁隧道建造在地质复杂、道路狭窄、地下管线密集、交通繁忙的闹市中心，其安全问题不容忽视。无论在施工期还是在运营期都要对其结构进行变形监测，以确保主体结构和周边环境安全。

地铁隧道是一狭长的线状地下建构筑物，监测点数量比较大，其周期性和长期性，使数据量非常庞大。面对这些繁杂而又庞大的数据能否管理利用好，关系到监测隧道结构变形和预测预报结构变形工作能否实现和实现的质量。为此，如何有效地管理原始信息，并进行相应的处理显得尤为重要。目前多数监测信息的管理和应用存在不直观、不及时、自动化程度较低等缺点[1，2]，根据地铁隧道结构自身特点研制一套高效率的、使用方便的监测信息管理系统是必要的，它与变形监测一样具有重要的实用意义和科学意义。

2、系统设计思想

以地铁隧道结构变形监测信息为管理对象，根据地铁隧道结构变形监测的实际情况，综合运用监测数据处理分析技术、数据库技术和信息管理技术，实现对地铁隧道结构变形信息的存储、预处理、管理分析、可视化分析监测信息、预测预报及限值预警，为结构分析提供数据资源，以及时反馈地铁隧道结构安全状况，使安全监测管理人员更为方便和高效的管理监测信息，为确保地铁隧道结构的安全运行提供有效的决策支持。地铁隧道结构变形监测数据管理系统主要应满足如下要求：

2.1 提高地铁隧道结构变形监测数据处理分析与管理的科学化和自动化水平，满足辅助决策需求。

2.2 构建地铁隧道结构变形监测信息管理基础平台。

2.3 为后期自动化监测的开展及安全监测专家系统的建立提供基础。

3、系统功能

地铁隧道结构变形监测信息管理系统包括文档管理、数据预处理、数据库管理、监测数据分析、信息预警预报和系统管理六大模块，内容不仅涵盖了相关技术规范的所有要求，而且具有地铁隧道自身的特点，全面、标准、专业，有良好的应用前景。

3.1 文档管理模块

3.1.1 变形监测资料

地铁隧道结构变形监测根据地铁隧道结构设计、国家相关规范和类似工程的变形监测以及当前地铁所处阶段来确定，主要内容包括[3]：垂直位移监测(区间隧道沉降监测和隧道与地下车站沉降差异监测);水平位移监测(区间隧道水平位移监测和隧道相对地下车站水平位移监测);隧道断面收敛变形监测等。

对于不同的地铁隧道结构变形监测项目内容，所用监测方法和仪器也不相同。通常，对于隧道垂直位移和水平位移监测，可通过大地测量或者自动化测量的方法利用精密水准仪、精密全站仪或智能全站仪进行;而对于隧道断面收敛变形监测，则要通过物理量测的方法利用收敛仪(计)进行。

变形监测资料包括历次变形监测的原始数据，监测报告及鉴定报告等。

3.1.2 工程概况资料

工程概况资料主要有工程概况、工程特性参数、重要技术资料和安全监测系统档案等。

(1)工程概况：

包括地铁地理位置，车站布置，沿线主要建筑物概况，工程地质与水文地质条件，结构特性、施工情况等。

(2)重要技术资料：

主要结构设计文件、图纸，运行设计报告，竣工验收报告，隧道加固改建或观测更新改造专题报告，重要工程图形和图像。

(3)变形监测系统档案：

主要包括监测仪器运行、维护和历次检查、鉴定记录及报告。

(4)其他资料：

主要包括水文、气象和地震资料等。

3.1.3 巡检资料

包括对隧道结构的各个部位和断面的渗漏、变形和裂缝等的日常巡查记录表，隧道安全情况和隧道重大事故报告等。

3.2 数据预处理模块

通过不同的方式导入原始监测资料，并对其进行粗差检验，若有粗差则提示警告，以便查找原因返工重测，然后再进行初步处理分析。对基准点和工作基点的稳定性进行检验，不同的.稳定性检验结果决定平差方法的选取。最后对所得监测结果进行整理，存储至相关数据库。

3.2.1 数据导入

目前嵌入式操作系统发展特别迅速，根据监测手段和方式不同，用户可以通过系统的接口程序实现系统和观测电子手簿直接相连，自动导入或手工导入。

3.2.2 粗差检验

依据相关规范规程应用相应检验粗差的方法对其进行检验，若有粗差则给出提示警告和可能原因，以便查找原因返工重测;若没有粗差则提示检验通过，可进行下一步处理计算。

3.2.3 稳定性检验

通过对监测资料的计算分析，应用统计方法(F检验和t检验)对基准点和工作基点的稳定性状况进行分析，为平差计算采用何种平差方法提供依据。

3.2.4平差计算

根据基准点及工作基点稳定性检验结果，对变形监测网相应的选用经典平差、拟稳平差或自由网平差;如果监测资料(如隧道收敛变形监测资料等) 无需平差计算的则直接进行相关成果计算。

3.2.5 资料整理入库

根据前述各部分处理计算所得结果，对所得监测成果以及检验结果进行整理和存储入库。此外，可根据需要对相关监测属性信息进行相关编辑、修改，然后再整理入库。

3.3 数据库管理模块

对数据库相关数据进行查询、添加录入、修改和删除，同时可根据需要进行数据报表生成输出。

3.3.1 数据查询

根据不同监测项目特点，采用不同的查询方式对测点的属性信息和监测成果进行条件查询和遍历查询，并可根据需要将查询结果以不同的方式输出。

3.3.2 数据录入添加

根据实际需要对测点属性数据和监测单位所提供的直接成果数据进行录入添加，同时可对属性数据信息进行编辑、修改添加。

3.3.3 数据修改

考虑到操作的规范性，系统只允许对监测点属性进行修改。通过查询所要修改的监测点，对其属性信息进行修改，同时可以动态显示数据库中的监测点属性信息，方便用户及时看到修改结果。

3.3.4 数据删除

与数据修改功能相似，通过对数据信息查询后再进行删除，删除前须经确认，然后才能操作，确保准确无误。

3.3.5 报表生成

可根据用户需要，查询相关监测信息，然后以相关的报表形式输出监测信息。

3.4 监测数据分析模块

通过应用不同的数据分析方法和方式对各种监测数据进行处理分析，分析过程和方式采用表格和曲线图形方式进行。

3.4.1 监测点稳定性分析

应用相关稳定性分析方法及指标，结合监测现场实际，对不同类型监测点稳定性进行分析评判。

3.4.2 可视化分析

针对监测信息反馈分析的需要，提供可视化的变形监测图形报表，辅助测点稳定性分析评判，以便使用者更直观具体地了解隧道结构整体变形趋势。

以南京地铁西延线垂直位移监测为例，除提供每期沉降量曲线图、沉降速率曲线图、挠度曲线图、相对挠度曲线图外，还可提供任意两期累积沉降量、累积沉降速率、挠度及相对挠度的对比曲线图。

3.5 信息预警预报模块

仅仅将监测的信息录入系统中是不够的，还要根据稳定性分析以及前n期的监测成果模拟监测点的变形曲线，并结合相关资料预报今后的变化趋势。由于影响变形体的因素错综复杂，考虑到系统的通用性，模块提供了回归分析、灰色系统、kalman滤波等传统的模型供选择。

根据系统给出的限值进行预警，提供相关区间段的工程图纸及地质、水文气象资料，便于隧道结构变形情况的进一步分析。

3.6 系统管理模块

为保证系统的安全，系统运行和数据操作过程中都不能出现任何差错，必须对系统进行有效的管理，这主要是指对系统用户的管理及日常使用日志的管理。

3.6.1 系统用户管理

为保证监测信息的完整性、正确性和安全性，必须对系统的用户进行有效的管理。用户登录系统的过程必须在系统日志中进行登记，包括用户名、登录时间、对系统的操作过程以及在系统中滞留的时间等。系统管理员定期将系统的用户使用情况向主管领导汇报。在征得主管领导的同意后，系统管理员可以根据实际情况添加用户或提升、降低某些用户的用户使用级别，必要时可以禁止某些用户的使用权力。系统用户管理包括系统用户登录管理和用户权限管理两个部分。

3.6.2 系统日志及安全管理

本系统为系统管理员提供系统日志的检查和备份功能，使系统管理员通过对系统日志的查看了解系统的使用情况以及存在的不足和问题，及时地处理系统存在的隐患，保证系统的高效运行。

3.6.3 数据库备份与恢复

为了保证管理系统或计算机系统经灾难性毁坏后，能正常恢复运行，必须进行数据库的备份与恢复。系统采用自动备份与人工备份结合的方式，确保系统的安全稳定运行。

4、结语

地铁隧道结构变形监测信息管理系统采用C/S结构设计，各功能模块间具有相对地独立性，便于进行功能扩充，为后期自动化监测的开展及安全监测专家系统的建立提供支持和铺垫[4，5]。该系统已在南京地铁中应用，不仅准确及时快速的数据处理和信息反馈，提高了地铁运营的管理水平，而且为地铁的安全运营提供了保证，具有显著的社会经济效益和良好的应用前景。

参考文献

[1]王浩，葛修润，邓建辉，丰定祥.隧道施工期监测信息管理系统的研制[J].岩石力学与工程学报，，10：1684—1686

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