第一篇：地鐵隧道結構變形監測數據管理系統的設計與實現論文

摘 要:探討開發地鐵隧道結構變形監測系統的必要性與緊迫性。以VisualBasic編程語言和ACCESS數據庫為工具,應用先進的數據庫管理技術設計開發地鐵隧道結構變形監測數據管理系統。系統程序采用模塊化結構,具有直接與外業觀測電子手簿連接下傳原始觀測資料、預處理和數據庫管理等功能,實現了測量內外業的一體化。系統結構合理、易于維護、利于后繼開發,提高監測數據處理的效率、可靠性以及監測數據反饋的及時性,值得類似工程的借鑒。

關鍵詞:地鐵隧道;變形監測;管理系統

隨著經濟的發展,越來越多的城市開始興建地鐵工程。地鐵隧道建造在地質復雜、道路狹窄、地下管線密集、交通繁忙的鬧市中心,其安全問題不容忽視。無論在施工期還是在運營期都要對其結構進行變形監測,以確保主體結構和周邊環境安全。地鐵隧道結構變形監測內容需根據地鐵隧道結構設計、國家相關規范和類似工程的變形監測以及當前地鐵所處階段來確定,由規范[1]與文獻[2]知,運營期的地鐵隧道結構變形監測內容主要包括區間隧道沉降、隧道與地下車站沉降差異、區間隧道水平位移、隧道相對于地下車站水平位移和斷面收斂變形等監測。它是一項長期性的工作,其特點是監測項目多、線路長、測點多、測期頻和數據量大,給監測數據處理、分析和資料管理帶來了繁瑣的工作,該項工作目前仍以手工為主,效率較低,不能及時快速地反饋監測信息。

因此,有必要開發一套高效、使用方便的變形監測數據管理系統,實現對監測數據的科學管理及快速分析處理。現階段國內出現了較多的用于地鐵施工期的監測信息管理系統[3-4],這些系統雖然功能比較齊全、運行效率較高,能夠很好地滿足地鐵施工期監測需要,但它主要應用于信息化施工,與運營期地鐵隧道結構變形監測無論是在內容還是在目的上都有著很大的區別和局限性。而現在國外研究的多為自動化監測系統[5-6],也不適用于目前國內自動化程度較低的地鐵隧道監測。

此外,能夠用于運營期并符合當前國內地鐵隧道結構監測實際的監測數據管理系統還較為少見。因此,隨著國內建成地鐵的逐漸增多,開發用于運營期地鐵的變形監測數據管理系統變得越來越迫切。為此,根據運營期地鐵隧道結構變形監測內容[1-2]和特點,以isualBasic作為開發工具[7],應用先進的數據庫管理技術[8],以目前較為流行的Access數據庫作為系統數據庫,設計和開發了用于運營期地鐵隧道變形監測數據管理系統,不僅提高了監測數據處理的效率和可靠性,保證了監測數據反饋的及時性,而且在某城市地鐵隧道變形監測中投入應用,取得較好的效果。

1系統的結構

1．1系統數據庫結構

變形監測數據庫用于存儲監測點屬性、監測成果等數據信息,是數據管理系統的基礎。因此,合理的數據庫結構不僅是數據庫設計的關鍵,還有利于系統對數據的管理和高效處理分析。考慮到變形監測成果的特點,系統數據庫結構設計應不僅能滿足用戶的需要,而且能使系統需求的資源最少,同時還要使數據庫中數據冗余度盡量小,以達到結構合理、易于維護等目的[8]。為此,根據變形監測內容,系統數據庫設計由如下數據表構成。

1)測段名表:包括測段編號和測段名稱兩個字段。為便于變形監測分析,在監測中將相鄰兩個車站之間的隧道劃分為一測段,并按車站和車站之間的隧道進行編號,測段名稱則根據各個車站或者車站之間隧道的名稱而定,監測點的測段屬性值直接根據其所在測段來取對應的編號值,方便查詢。

2)監測點屬性表:包括監測點名、測段、車道、具體位置、里程、材料、布設時間、布設單位、當前狀況、用情況、備注等。其中車道為監測點所在的左、右道或上、下行線;具體位置指測點所處具體的空間位置,如地面、地下、高架等;當前狀況是指目前監測點的完好情況,也就是可用否;使用情況是指監測時是否使用。

3)沉降監測成果表:包括編號、監測點名、高程、測期、監測時間、備注等。為了遵守數據庫鍵的唯一性原則和方便查詢,各個測點的每期編號由測期號與監測點名組成,因而表中將不會出現相同記錄,保證了鍵的唯一性[8]。

4)沉降差異點屬性表:除了測段為各個車站編號,其余與監測點屬性相同。

5)沉降差異監測成果表:與沉降監測成果表相同。

6)水平位移監測成果表:包括編號、監測點名、X坐標、Y坐標、測期、監測時間、備注等,測點的編號設置與沉降監測成果表相同。

7)水平位移差異監測成果表:與水平位移監測成果表相同。

8)斷面收斂變形監測成果表:包括編號、監測點名、直徑

1、直徑

2、測期、監測時間、備注等,測點的編號設置與沉降監測成果表相同。

在以上各表中,第一個字段為主關鍵字,各字段值的類型與字節寬度均按照實際所需的最佳值確定,考慮到測段名的繁瑣和數據庫管理操作的方便迅捷,在數據庫管理時將測段名表與其他各表進行關聯[8]。

1．2 系統的總體結構

根據地鐵隧道變形監測的內容與特點,系統由系統設置、預處理、數據庫管理、在線幫助和退出5個模塊組成,總體結構如圖1所示。

2系統的功能及特點

2．1系統的功能

2．1．1系統設置功能

1)參數設置:設置系統所使用數據庫的地址,實現對地鐵的不同隧道段監測數據庫分別進行管理,同時還可設置顯示計算成果的小數位數等參數。

2)用戶設置:可以添加用戶和更改用戶登錄密碼,防止非系統用戶進入破壞數據,保證監測數據的安全和系統的正常運行。

2．1．2預處理功能

1)觀測資料整理:用戶可以通過系統的接口程序實現系統和外業觀測電子手簿直接相連,下傳原始觀測資料,并對其計算處理,得到觀測成果數據。

2)粗差檢驗:對觀測成果數據進行檢驗,剔除不合格數據,保證監測數據的正確可靠,同時將檢驗后的成果數據錄入到數據庫中。

3)基準點穩定性檢驗:檢驗監測基準點的穩定性,確保監測數據的可靠性。

2．1．3數據庫管理功能

1)數據查詢:包括屬性數據查詢和監測成果數據查詢。查詢屬性數據時,可以先對屬性數據類別和屬性值條件進行選擇,同時系統動態搜索出滿足條件的測點,然后可根據用戶實際需要結合監測成果條件(前后測期、兩期沉降量、兩期沉降速率等)查詢出滿足要求的測點屬性信息,實現對不同類監測點在不同監測成果條件下的屬性值進行查詢。查詢監測成果時,可首先對測點的測段、車道、具體位置等測點主要屬性值進行選擇,然后再對監測成果的測期、兩期變化量、累積變化量和變化速率等條件進行設置,查詢出滿足用戶要求的測點成果。在查詢出滿足要求的數據后,可導入到EXCEL中進行編輯打印。

2)數據錄入和添加:包括監測點屬性數據錄入添加和監測成果數據錄入添加兩個功能,用于向數據庫錄入添加監測點屬性信息和監測成果數據。設置有手工錄入添加和自動導入兩種方式,前者直接在程序界面上的相應空格中填入數據值,實現逐點錄入;而后者則將文本數據格式或者EXCEL格式的數據自動導入數據庫,實現多點自動導入。添加數據時動態顯示已添加的數據和添加后數據庫中的所有數據信息,添加完成后可以將已添加的數據導入到EXCEL中進行編輯、打印。在錄入添加之前可將所要錄入添加的數據按照預定的格式存儲在EXCEL或記事本中,隨后便可將數據導入到數據庫中。

3)數據修改:考慮到操作的規范性,系統只允許對監測點屬性進行修改。通過查詢所要修改的監測點,對其屬性信息進行修改,同時可以動態顯示數據庫中的監測點屬性信息,方便用戶及時看到修改結果。

4)數據刪除:與數據修改功能相似,通過對數據信息查詢后再進行刪除,刪除前須經確認,然后才能操作,確保準確無誤。

5)數據導出:由于在前述操作中已包括本功能,因此系統中無需再單獨設此功能模塊,避免重復。

2．1．4在線幫助功能

包括幫助目錄與幫助主題搜索兩個功能,用于系統運行過程中的在線幫助,以文本和圖像的形式對系統進行操作說明,并對常見問題作詳細解答。

2．1．5退出功能

退出系統。

2．2系統的特點

1)系統充分利用了先進計算機技術的優勢,克服了傳統的監測數據管理存在的數據查詢繁瑣、處理分析低效等缺陷。

2)系統操作通過窗口和菜單進行,具有界面友好、操作幫助完善等優點。

3)系統可通過接口程序與外業觀測電子手簿相連,下傳原始觀測資料,并進行計算處理,實現測量內外業一體化。

4)經系統處理的數據成果可直接導入到EX-CEL中,充分利用了EXCEL報表制作的優點,滿足了用戶對報表格式多樣性的要求。

5)監測數據通過系統存入數據庫進行管理,使復雜、繁瑣的監測數據管理工作變得簡單易行,如數據的查詢、添加、刪除、導入EXCEL等可通過鼠標單擊直接實現,提高了工作效率。系統的實現與應用

系統采用Windows2000/Me/XP作為操作平臺,以桌面式關系型數據庫ACCESS和面向對象的程序設計語言VisualBasic6。0作為開發工具,通過數據庫引擎(ADO)[7]與數據庫有機的聯系在一起。系統開發采用面向對象的方法,它是根據應用問題所涉及的對象,建立于現實世界的一種軟件開發思想[7]。利用該方法的關鍵是對前端概念的理解,只有當應用領域固有的概念被識別和理解了,才能較好的設計系統的數據結構以及實現其功能。

VisualBasic是一個面向對象的圖形界面應用程序開發環境,利用它可開發面向對象的基于Win-dows的應用程序[7]。由于VisualBasic充分利用了Windows的窗口資源,因而開發應用程序的用戶界面美觀、簡潔。本系統中所使用的菜單、按鈕和結果顯示等功能方式均以模塊化開發實現,有利于系統的后續開發升級。

系統應用過程:首先,按照系統數據庫中數據表的字段格式對車站、區間段和監測點進行統一編號、命名和歸類,并根據實際情況確定測點屬性值,將整理后的測段信息與測點屬性數據錄入數據庫;然后,通過系統的接口程序從外業觀測電子手簿下傳各期原始觀測資料,對其進行預處理后將滿足要求的成果數據錄入數據庫;最后,對監測數據進行管理和處理計算,分析地鐵隧道結構變形情況。該系統在某城市地鐵監測中得到了很好的應用,發揮了較大的作用,實際應用表明:

1)監測數據管理的效率得到了明顯的提高。應用系統后,數據處理分析所花時間從原先手工進行所需的7d至8d縮短為1d至2d。

2)系統計算準確、成果可靠。

3)系統功能完善,操作簡單,界面友好、美觀。結 論

地鐵隧道結構變形監測數據管理系統是結合地鐵隧道結構變形監測實際情況進行設計和開發的具有較高的實用價值。

1)系統應用了先進的ADO數據庫開發技術實現了數據庫與系統的有機結合,使Access數據庫與VisualBasic語言的優勢得到了最大的發揮,值得類似系統借鑒。

2)通過實踐應用表明該系統功能完善、方便實用、計算準確、數據成果可靠,能夠較好地滿足實際應用需求,大大減少了數據管理工作量,提高了效率。

3)系統中測量內外業一體化的實現為地鐵隧道自動化變形監測系統的開發積累了一定的經驗。

4)系統開發運行的成功為今后地鐵隧道結構變形監測數據處理與分析系統以及地鐵安全監測專家系統的研究開發奠定了基礎。

參考文獻

[1]國家質量技術監督局,中華人民共和國建設部.地下鐵道、輕軌交通工程測量規范[S].北京:中國計劃出版社,2000:64-70.[2]于來法.論地下鐵道的變形監測[J].測繪通報,2000(5):13-15.[3]郝傳才.地鐵施工監測信息系統[J].廣東建材,2005(10):83-85.[4]王浩,葛修潤,鄧建輝,等.隧道施工期監測信息管理系統的研制[J].巖石力學與工程學報,2001(20):1684-1686.[5]TORYK.Multiple-Surveying-RobotSystemforTunnel DeformationMonitoring[EB/OL].http://www.ntu.edu.sg/cee/research/bulletin/2003_2004/pdf/SpatialInfo.pdf.[6]BASSETT,R.H,KIMMANCE,J.P,RASMUSSEN,C.Automatedelectroleveldeformationmonitoring

systemfortunnels[A].ProceedingsofSPIE-TheInternationalSo-cietyforOpticalEngineering[C],17thInternationalCon-ferenceonOpticalFibreSensors,London,2005,London:ThomasTelfordServicesLtd,London,England,2005:168-171.[7]趙斯思.VisualBasic數據庫編程技術與實例[M].北京:人民郵電出版社,2004.[8]陳志泊,李冬梅,王春玲.數據庫原理及應用教程[M].北京:人民郵電出版社,2002.

第二篇：地鐵隧道變形監測信息管理系統的開發

地鐵隧道變形監測信息管理系統的開發

摘要：地鐵隧道結構變形監測的特殊性、周期性和長期性,使其信息量非常龐大。信息管理是地鐵隧道結構變形監測中一項重要的工作,現有的管理方式效率很低。為了高效、準確地管理監測信息,及時分析預報地鐵隧道結構的穩定狀況,本文結合南京地鐵運營期隧道結構變形監測實例,開發了一套具有變形監測資料存儲、預處理、管理分析、可視化分析、預測預報及限值預警等功能的信息管理系統,保證了準確及時快速的數據處理和信息反饋,具有良好的運用和推廣前景。

關鍵詞 地鐵隧道 變形監測 信息管理系統 引 言

隨著經濟的發展,越來越多的城市開始興建地鐵工程。地鐵隧道建造在地質復雜、道路狹窄、地下管線密集、交通繁忙的鬧市中心,其安全問題不容忽視。無論在施工期還是在運營期都要對其結構進行變形監測,以確保主體結構和周邊環境安全。

地鐵隧道是一狹長的線狀地下建構筑物,監測點數量比較大,其周期性和長期性,使數據量非常龐大。面對這些繁雜而又龐大的數據能否管理利用好,關系到監測隧道結構變形和預測預報結構變形工作能否實現和實現的質量。為此,如何有效地管理原始信息,并進行相應的處理顯得尤為重要。目前多數監測信息的管理和應用存在不直觀、不及時、自動化程度較低等缺點,根據地鐵隧道結構自身特點研制一套高效率的、使用方便的監測信息管理系統是必要的,它與變形監測一樣具有重要的實用意義和科學意義。系統設計思想

以地鐵隧道結構變形監測信息為管理對象,根據地鐵隧道結構變形監測的實際情況,綜合運用監測數據處理分析技術、數據庫技術和信息管理技術,實現對地鐵隧道結構變形信息的存儲、預處理、管理分析、可視化分析監測信息、預測預報及限值預警,為結構分析提供數據資源,以及時反饋地鐵隧道結構安全狀況,使安全監測管理人員更為方便和高效的管理監測信息,為確保地鐵隧道結構的安全運行提供有效的決策支持。地鐵隧道結構變形監測數據管理系統主要應滿足如下要求: 1.1 提高地鐵隧道結構變形監測數據處理分析與

管理的科學化和自動化水平,滿足輔助決策需求 1.2 構建地鐵隧道結構變形監測信息管理基礎平臺

1.3 為后期自動化監測的開展及安全監測專家系統的建立提供基礎。3 系統功能

地鐵隧道結構變形監測信息管理系統包括文檔管理、數據預處理、數據庫管理、監測數據分析、信息預警預報和系統管理六大模塊,內容不僅涵蓋了相關技術規范的所有要求,而且具有地鐵隧道自身的特點,全面、標準、專業,有良好的應用前景。

3.1 文檔管理模塊 3.1.1 變形監測資料 地鐵隧道結構變形監測根據地鐵隧道結構設計、國家相關規范和類似工程的變形監測以及當前地鐵所處階段來確定,主要內容包括[3]:垂直位移監測(區間隧道沉降監測和隧道與地下車站沉降差異監測);水平位移監測(區間隧道水平位移監測和隧道相對地下車站水平位移監測);隧道斷面收斂變形監測等。

對于不同的地鐵隧道結構變形監測項目內容,所用監測方法和儀器也不相同。通常,對于隧道垂直位移和水平位移監測,可通過大地測量或者自動化測量的方法利用精密水準儀、精密全站儀或智能全站儀進行;而對于隧道斷面收斂變形監測,則要通過物理量測的方法利用收斂儀(計)進行。

變形監測資料包括歷次變形監測的原始數據,監測報告及鑒定報告等。3.1.2 工程概況資料

工程概況資料主要有工程概況、工程特性參數、重要技術資料和安全監測系統檔案等。

(1)工程概況:包括地鐵地理位置,車站布置,沿線主要建筑物概況,工程地質與水文地質條件,結構特性、施工情況等。(2)重要技術資料:主要結構設計文件、圖紙,運行設計報告,竣工驗收報告,隧道加固改建或觀測更新改造專題報告,重要工程圖形和圖像。(3)變形監測系統檔案:主要包括監測儀器運行、維護和歷次檢查、鑒定記錄及報告。

(4)其他資料:主要包括水文、氣象和地震資料等。3.1.3 巡檢資料

包括對隧道結構的各個部位和斷面的滲漏、變形和裂縫等的日常巡查記錄表,隧道安全情況和隧道重大事故報告等。3.2 數據預處理模塊

通過不同的方式導入原始監測資料,并對其進行粗差檢驗,若有粗差則提示警告,以便查找原因返工重測,然后再進行初步處理分析。對基準點和工作基點的穩定性進行檢驗,不同的穩定性檢驗結果決定平差方法的選取。最后對所得監測結果進行整理,存儲至相關數據庫。3.2.1 數據導入

目前嵌入式操作系統發展特別迅速,根據監測手段和方式不同,用戶可以通過系統的接口程序實現系統和觀測電子手簿直接相連,自動導入或手工導入。3.2.2 粗差檢驗

依據相關規范規程應用相應檢驗粗差的方法對其進行檢驗,若有粗差則給出提示警告和可能原因,以便查找原因返工重測;若沒有粗差則提示檢驗通過,可進行下一步處理計算。3.2.3 穩定性檢驗

通過對監測資料的計算分析,應用統計方法(F檢驗和t檢驗)對基準點和工作基點的穩定性狀況進行分析,為平差計算采用何種平差方法提供依據。3.2.4平差計算

根據基準點及工作基點穩定性檢驗結果,對變形監測網相應的選用經典平差、擬穩平差或自由網平差;如果監測資料(如隧道收斂變形監測資料等)無需平差計算的則直接進行相關成果計算。

3.2.5 資料整理入庫

根據前述各部分處理計算所得結果,對所得監測成果以及檢驗結果進行整理和存儲入庫。此外,可根據需要對相關監測屬性信息進行相關編輯、修改,然后再整理入庫。3.3 數據庫管理模塊

對數據庫相關數據進行查詢、添加錄入、修改和刪除,同時可根據需要進行數據報表生成輸出。3.3.1 數據查詢

根據不同監測項目特點,采用不同的查詢方式對測點的屬性信息和監測成果進行條件查詢和遍歷查詢,并可根據需要將查詢結果以不同的方式輸出。3.3.2 數據錄入添加

根據實際需要對測點屬性數據和監測單位所提供的直接成果數據進行錄入添加,同時可對屬性數據信息進行編輯、修改添加。3.3.3 數據修改

考慮到操作的規范性,系統只允許對監測點屬性進行修改。通過查詢所要修改的監測點,對其屬性信息進行修改,同時可以動態顯示數據庫中的監測點屬性信息,方便用戶及時看到修改結果。3.3.4 數據刪除

與數據修改功能相似,通過對數據信息查詢后再進行刪除,刪除前須經確認,然后才能操作,確保準確無誤。

3.3.5 報表生成

可根據用戶需要,查詢相關監測信息,然后以相關的報表形式輸出監測信息。3.4 監測數據分析模塊

通過應用不同的數據分析方法和方式對各種監測數據進行處理分析,分析過程和方式采用表格和曲線圖形方式進行。

3.4.1 監測點穩定性分析

應用相關穩定性分析方法及指標,結合監測現場實際,對不同類型監測點穩定性進行分析評判。3.4.2 可視化分析

針對監測信息反饋分析的需要,提供可視化的變形監測圖形報表,輔助測點穩定性分析評判,以便使用者更直觀具體地了解隧道結構整體變形趨勢。

以南京地鐵西延線垂直位移監測為例,除提供每期沉降量曲線圖、沉降速率曲線圖、撓度曲線圖、相對撓度曲線圖外,還可提供任意兩期累積沉降量、累積沉降速率、撓度及相對撓度的對比曲線圖。3.5 信息預警預報模塊

僅僅將監測的信息錄入系統中是不夠的,還要根據穩定性分析以及前n期的監測成果模擬監測點的變形曲線,并結合相關資料預報今后的變化趨勢。由于影響變形體的因素錯綜復雜,考慮到系統的通用性,模塊提供了回歸分析、灰色系統、kalman濾波等傳統的模型供選擇。

根據系統給出的限值進行預警,提供相關區間段的工程圖紙及地質、水文氣象資料,便于隧道結構變形情況的進一步分析。3.6 系統管理模塊

為保證系統的安全,系統運行和數據操作過程中都不能出現任何差錯,必須對系統進行有效的管理,這主要是指對系統用戶的管理及日常使用日志的管理。3.6.1 系統用戶管理

為保證監測信息的完整性、正確性和安全性,必須對系統的用戶進行有效的管理。用戶登錄系統的過程必須在系統日志中進行登記,包括用戶名、登錄時間、對系統的操作過程以及在系統中滯留的時間等。系統管理員定期將系統的用戶使用情況向主管領導匯報。在征得主管領導的同意后,系統管理員可以根據實際情況添加用戶或提升、降低某些用戶的用戶使用級別,必要時可以禁止某些用戶的使用權力。系統用戶管理包括系統用戶登錄管理和用戶權限管理兩個部分。3.6.2 系統日志及安全管理

本系統為系統管理員提供系統日志的檢查和備份功能,使系統管理員通過對系統日志的查看了解系統的使用情況以及存在的不足和問題,及時地處理系統存在的隱患,保證系統的高效運行。3.6.3 數據庫備份與恢復

為了保證管理系統或計算機系統經災難性毀壞后,能正常恢復運行,必須進行數據庫的備份與恢復。系統采用自動備份與人工備份結合的方式,確保系統的安全穩定運行。4 結 語

地鐵隧道結構變形監測信息管理系統采用C/S結構設計,各功能模塊間具有相對地獨立性,便于進行功能擴充,為后期自動化監測的開展及安全監測專家系統的建立提供支持和鋪墊[4,5]。該系統已在南京地鐵中應用,不僅準確及時快速的數據處理和信息反饋,提高了地鐵運營的管理水平,而且為地鐵的安全運營提供了保證,具有顯著的社會經濟效益和良好的應用前景。

參考文獻

[1]王浩,葛修潤,鄧建輝,豐定祥.隧道施工期監測信息管理系統的研制[J].巖石力學與工程學報,2001,10:1684—1686 [2]李元海.地鐵施工監測數據處理系統的分析設計及應用[J].隧道建設,1996,4:22—26 [3]黃騰,李桂華,孫景領,岳榮花.地鐵隧道結構變形監測數據管理系統的設計與實現[J].測繪工程,2006,6:1—3

[4]趙顯富.變形監測成果數據庫管理系統的研制[J].測繪通報,2001,4:28—32 [5]張其云,鄭宜楓.運營中地鐵隧道變形的動態監測方法[J].城市道橋與防洪,2005,7:87—89

第三篇：運行中的地鐵隧道變形動態監測

運行中的地鐵隧道變形動態監測

摘 要 文章結合廣州市“倉邊復建綜合樓項目”工程施工監測方案，對受緊鄰基坑施工擾動影響的運行中地鐵隧道變形的動態監測方法進行了分析，采用TCA2003全站儀的全自動動態監測系統，可以24 h無人值守、連續監測運行中的地鐵隧道變形，且每次監測可在地鐵運行間隔內迅速完成。監測到的數據可以實時提供給施工方，以指導當前及下一步的施工，在工程應用中取得了良好的效果。

關鍵詞 地鐵隧道 連續運行 基坑開挖 變形動態監測 概述

在我國已有地鐵的城市中，地鐵沿線（非常靠近地鐵隧道）的深基坑越來越多，如何在基坑開挖中保護正在運行中的地鐵隧道，是一個十分現實的問題。采用信息化施工及監測方法，可以有效地指導基坑施工過程，施工中采用的時空效應法、逆作法、注漿法和基坑加固方法等均可達到保護鄰近隧道、控制變形的目的。而常規的地鐵變形監測如連通管法、巴塞特法等，在運行的地鐵隧道中進行監測相當困難，主要是因為地鐵運行間隔很短，運行期間絕對不允許測量人員進入，為此，須有一種簡便的、無人值守、自動的動態監測方法，可在很短的時間間隔內，迅速完成隧道的變形監測，并為鄰近基坑的施工提交監測數據。

廣州市 “倉邊復建綜合樓項目”與廣州地鐵1號線平行，西側基坑距區間隧道（公園前站～農講所站）北線最近處約4 m，東側基坑距北線隧道最近處約8 m，基坑開挖深度約為10.5 m，采用地下連續墻圍護，兼做承重結構。基坑開挖將對地鐵1號線構成威脅，為保證地鐵的安全運行，必須在基坑開挖過程中對運行中的隧道變形進行不間斷監測。自動化動態監測系統 2.1 監測要求

由于地鐵隧道在一天中的三分之二以上的時間是處于全封閉的運營狀態，絕對不允許監測人員進入隧道內工作，所以要求必須在隧道內設置自動化監測系統代替人工操作，實現對隧道水平、垂直位移的連續、精確監測。考慮到地鐵運行的間隔很短，所采用的監測系統應能在3～5 min內完成隧道（受影響的區間段）的變形監測，以掌握基坑開挖施工引起地鐵1號線隧道變形規律及特性。2.2 監測范圍

地鐵1號線下行線“農講所站～公園前站”區間隧道沿基坑的60 m及兩端各向外延伸45 m（約150 m）的范圍。監測內容為隧道的水平和垂直位移。2.3 自動化動態監測系統的構成

一個完整的自動化動態監測系統是指在無需操作人員干預的條件下，實現自動觀測、記錄、處理、存儲、報表編制、預警預報等功能，它由一系列的軟件和硬件構成，整個系統配置包括：TCA自動化全站儀、棱鏡、通訊電纜及供電電纜、計算機與專用軟件。

2.3.1 TCA自動化全站儀

TCA自動化全站儀能夠自動整平、自動調焦、自動正倒鏡觀測、自動進行誤差改正、自動記錄觀測數據，其獨有的ATR（Automatic Target Recognition，自動目標識別）模式，使全站儀能進行自動目標識別，操作人員一旦粗略瞄準棱鏡后，全站儀就可搜尋到目標，并自動瞄準，不再需要精確瞄準和調焦，大大提高工作效率。

TCA2003是Leica TCA自動化全站儀中的一種（見圖1），該儀器測角精度為0.5〞，測距精度為1 mm±1 ppm。可通過專用的控制軟件來控制觀測目標、設定觀測周期。

2.3.2 Leica標準精密測距棱鏡

棱鏡作為觀測標志，利用膨脹螺絲固定在隧道內側（見圖2），其數目可按實際需要設定，該標志能被TCA2003全站儀自動跟蹤鎖定，以實施精密測角和測距。

2.3.3 計算機

計算機利用電纜和全站儀連接，并裝有專用軟件以實現整個監測過程的全自動化，既能控制全站儀按特定測量程序采集監測點數據，并將測量成果實時進行處理，以便及時發現錯誤，杜絕返工，也可以對各個觀測周期的監測數據進行存儲并生成監測報告。2.3.4 其它設備

其它設備包括溫度計﹑氣壓計﹑濕度計、連接電纜、外接電源等；溫度計﹑氣壓計﹑濕度計用于測定空氣的溫度、壓力和濕度，將測定結果輸入到計算機中，對觀測結果進行修正，以提高觀測精度。2.3.5 實時控制軟件

GeoMos Monitor是專門用于監測的、與TCA2003全站儀配套的變形測量軟件，其在Windows環境下運行，并將數據存儲在SQL Server數據庫中，它既可按操作者設定的測量過程和選定的基準點、觀測點進行相應的測量處理，也可快速建立三維坐標、位移量以及其它相關數據庫，實現數據的快速存儲、檢索、編輯，可實時顯示量測數據，并進行實時處理或后處理，能實時顯示圖形或事后顯示。2.3.6 后處理軟件

采用自己編制的軟件，利用和GeoMos的軟件接口，對測量數據進行后處理，按施工方要求的格式將監測點的位移變化轉化為標準圖表的形式直觀地表達出來，繪制出監測報表和位移曲線，自動實現數據分析、報警以及報表生成的功能，可以根據用戶的要求提供報表的形式。3 施工監測 3.1 測點布設

測點分為測站點、基準點以及觀測點3類，測點布設在區間隧道K9+920~K10+070約150 m的范圍之內。基準點用來檢驗測站是否產生位移，位于基坑影響區域外的東、西2點；觀測點沿隧道每隔約10 m布設1個，如圖3所示。

觀測點和基準點都采用棱鏡作為觀測標志（可實現在水平方向上和垂直方向上的旋轉），固定在支座上，支座采用膨脹螺絲固定在隧道管片上，安裝高度低于2 m（以確保安裝時不需要停電作業，并不對行車造成影響）。儀器設置在施工影響區域的中央（隧道的南側），固定在觀測臺上（避免對中誤差），并在旁邊放置穩壓電源。

為了更好地掌握地鐵運行狀況和控制隧道受基坑施工的影響，在不同位置設置典型觀測斷面（斷面具體數目結合基坑開挖深度及影響范圍設定）。坐標系設置為自定義坐標系。3.2 觀測方法

通過控制軟件，在每個觀測周期開始前，利用東、西2個基準點，4測回推算出測站點的坐標，然后，四測回對所有的點進行自動觀測，得到觀測點的坐標。基坑開挖深度較淺時，可以減少觀測頻率。隨著基坑開挖深度的不斷增加，24 h實時觀測，并加大重點部位的觀測頻率。3.3 測量數據

表1為不同測點的監測報表，圖4是D12點的累計位移—時間的曲線圖。

3.4 測量誤差分析 3.4.1 誤差來源

測量的誤差來源于儀器的系統誤差、測站和目標的對中誤差、外界環境的影響、測量儀器的影響。

⑴ 儀器的系統誤差主要是由儀器本身構造引起的，為保證精度，需在測量前對儀器進行檢校，儀器即使在檢校后還有殘余的系統誤差。但由于監測需要得到的是2次測量之間的位移值，因此系統誤差可以基本消除。

⑵ 由于測站點、觀測點均采用強制對中措施，而且標志埋設后在整個觀測過程中不再重新安置，因此，測站、目標的對中誤差可忽略不計。

⑶ 由于本次監測需要實時監測，而地鐵隧道的濕度較大，對測距的精度會有影響，但地鐵隧道內的溫度﹑氣壓﹑濕度均比較穩定，因此，可不考慮這些外界環境因素對觀測結果的影響，可在觀測過程中利用數學模型進行修正。而列車運行帶來的震動卻對觀測結果的影響較大，故應盡量避免在這一時段進行觀測。

⑷ 本次測量采用TCA2003全站儀觀測，其測角精度0.5″，測距精度1 mm±1 ppm，因此，其是影響測量的主要誤差源。3.4.2 誤差分析

此次監測主要的誤差來源是儀器的測角誤差和測距誤差，儀器的測角精度為0.5″，100 m的監測范圍內由測角所引起的最大誤差為±0.12 mm；儀器的測距精度為1 mm±1 ppm，其中1 mm為固定誤差，±1 ppm為比例誤差(1 mm/km)，即100 m的距離由測距所引起的誤差為±0.1 mm，距離測量采用四測回觀測儀器引起的誤差為±0.5 mm；根據各點給定的初始坐標估算，點位的平面精度約±0.5 mm，Z方向的精度與豎直角的大小有關，精度略低，但仍可以保證±1 mm的精度，能夠滿足施工及甲方對地鐵保護的要求。結論

廣州市“倉邊復建綜合樓項目”基坑開挖對地鐵1號線構成威脅，施工中采用的監測系統對運行中的隧道變形進行不間斷監測，監測結果為基坑開挖施工提供了準確、及時的指導數據，保證地鐵的安全運行。這是一種簡便、靈活、無人值守、實時、動態的監測系統。工程應用表明，該監測系統能滿足工程的要求，且監測速度快、精度高、受人為影響少、自動化程度高，可在地鐵運行間隔內迅速完成隧道的變形監測。

參考文獻

1.劉立臣.廣州地鐵二號線新-磨區間土建工程施工監測.西部探礦工程.2004 年第8 期

2.白素珍.淺談廣州地鐵二號線鷺中區間隧道施工監測.西部探礦工程.2004 年第3 期

3.梁禹.廣州地鐵一號線隧道結構變形監測及成果分析.施工技術.2002年6月第31卷第6 期.4.曹宇寧.廣州地鐵二號線琶洲站基坑工程的監測及信息化施工.廣東水利水電.2001年12月第6期.5.北京城建勘測設計研究院.地下鐵道、輕軌交通工程測量規范.北京: 中國計劃出版社.1999

第四篇：地鐵施工沉降監測與預報系統設計與實現

地鐵施工沉降監測與預報系統設計與實現

李光，馮雪春

（葫蘆島市測繪地理信息局，遼寧 葫蘆島 12500）

摘要：通過對目前地鐵施工階段沉降數據的管理與預測方法的分析和了解，通過計算機編程語言，實現對數據的專業化、智能化的管理，并且應用合理的預測方法對沉降數據進行后期的預測，通過嚴謹的程序設計，實現相關功能，具有較好的實用價值及應用前景。

關鍵詞：地鐵；沉降監測；系統設計

1.前言

在地鐵施工過程中，變形監測為工程質量、施工進度和人身安全提供了重要的保證，就現階段而言，在地鐵施工過程中，由于監測項目多，數據格式多，監測數據接觸人員多，存在諸多對監測數據管理的混亂問題；同時，在監測數據也存在數據共享不及時，監測數據預報不及時等問題，尤其是監測數據的短期預測精度有限，對未來形變趨勢無法做出準確判斷，很大程度上影響施工安全。因此，設計一個集數據處理，管理和預測分析于一體的系統顯得十分重要。系統需求

2.1系統功能需求

系統的主要功能就是對數據的進行短期、準確的預測，這是系統的核心功能；系統還應實現對數據的錄入（包括手動錄入和導入已有文件）、數據存儲（建立專門的數據文件）、數據處理（包括對數據進行粗差檢驗、危險值預警、平差等）、生成監測報表（建立數據的日報、周報等并附有工程信息）、生成沉降曲線圖（包括沉降速率圖和累積沉降圖）、實現簡易的監測點位圖（相對點位圖）等功能。2.2 系統性能需求

(1)系統穩定性高，應能在正常情況下，保證系統所有功能都能正常使用；在非正常情況下，盡可能保證部分功能正常使用；

(2)系統對電腦硬件要求低，在施工現場上任何硬件水平的電腦上都能運行，使系統具有廣泛的硬件適用性；

(3)系統對計算機系統軟件要求低，在施工現場并不能所有電腦都安裝了VC2008++等基礎支持性軟件，因此，系統必須具有良好的兼容性。

(4)系統應具有一定安全性，由于系統內部可能載有國家保密級數據，因此應能避免操作系統漏洞給本系統造成影響。系統總體設計

按照上文所說的需求分析和總體設計，“地鐵施工階段沉降監測與預報系統”將是一個界面友好、簡單易操作、能夠生成圖形化，同時又能夠顯示相對點位，基于這些需求，本文在綜合考慮了所有的編程語言后，相對比而言，C#語言和Matlab語言以及使用ArcGIS Engine的相關模塊能夠符合系統需求。

“地鐵施工階段沉降監測與預報系統”是一個全方位、流程化的數據處理系統，為滿足設計要求，系統將主要包括：數據管理、數據分析與計算、數據預測三大部分，從原始數據導入（錄入）為開始，數據分析與預測為過程，生成監測數據報表為終止，其中包含數據建檔、粗差剔除、簡易平差、危險值警示、各種沉降數據示意圖、累積沉降曲線圖等等功能。系統總設計圖如圖3.1。

圖3.1 系統總體設計圖

Fig.3.1 Overall System Design Drawing 4 系統主要模塊設計

系統主要分為三個模塊：數據管理、數據分析與計算、數據預測。4.1 數據管理模塊設計

數據管理做為數據的載體，貫穿于整個系統之中，通過施工測量員提供的資料和意見，針對數據管理模塊具體化如下圖4.1，其流程包括數據錄入、建立數據檔案、數據分析以及生成最后的監測報表。

圖4.1 數據管理模塊設計圖

Fig.4.1 Data Management Module Design Drawing 4.2 數據分析與計算模塊設計

數據分析與計算是“地鐵施工沉降監測與預報系統”的重要組成部分，數據分析能力的強弱決定系統的實際應用等級水平，這個模塊包含計算和分析，沉降監測數據的計算可以通過簡單的計算機語言編寫，其目的是根據相應的規范求出精度評定的相關參數；而分析則主要體現在粗差剔除的方法上，根據一期的沉降數據的數據量，對粗差剔除的理論方法宜采用格拉布斯準則進行判別，并警示顯示。具體模塊設計見下圖4.2

圖4.2 數據處理模塊設計圖

Fig.4.2 The Data Processing Module Design Drawing 4.3 數據預測模塊設計

數據預測模塊是“地鐵施工沉降監測與預報系統”的核心部分，數據預測精度的高低決定著下一步的施工，在很大程度上左右工程進度，因此，數據預測模塊要求主要有兩個：首先，算法預測精度高，能夠保障施工技術要求；其次，程序對數據質量要求要低，任何數據類型、數據量大小，都能準確預測。由于地鐵施工階段，工期緊張，因此，短期對數據預測能力要求較高，對長期數據預測能夠保障總體趨勢即可。

在導入的原始數據通過數據分析計算后，首先利用時間序列分析模型分析，使數據的特性能夠識別在時間序列當中，通過自相關函數和偏相關函數，確定時間序列分析模型的參數，通過對殘差的對比分析，選擇適當的小波基，利用分層閾值小波去噪，消去噪聲，最后使用指數平滑法對數據實現預測，并生成預測曲線和計算出預測值。具體設計運行流程，見下圖4.3。

Fig.4.3

4.3 數據預測模塊設計圖

Data Prediction Module Design Drawing

圖 5 地鐵施工沉降監測與預報系統功能實現

5.1 系統主界面及數據管理模塊的實現

圖5.1 系統登錄界面 Fig.5.1 System Login Screen 圖5.1為該系統的登錄界面，用戶通過輸入賬號、密碼方可登錄成功，密碼和賬號為授權方授予，除此之外無權限修改，并且賬號、密碼實行二級授權，低等級授權能夠使用大部分系統功能，高等級授權能夠使用包括數據修改等全部功能。輸入賬號、密碼后，點擊“登錄”按鈕，系統將進入主界面，如圖5.2。

圖5.2 系統主界面 Fig.5.2 System Main Screen 圖5.2為系統主界面，主界面大致分為三個區：數據操作區、圖形顯示區、數據顯示區。

在系統的數據錄入方面，其方式有兩種：一是通過儀器生成的數據文件，比如excel格式、dat格式等；另一種是手動錄入數據，這種方式適用于現場人為記錄數據，現場計算的狀況，其界面如下圖5.3。

圖5.3 鍵入數據界面 Fig.5.3 Type Data Screen 5.2 數據處理實現

數據處理模塊是“地鐵施工沉降監測與預報系統”的重要組成部分，為此，在系統中創建“數據管理”模塊（如圖5.4），實現粗差剔除、平差計算、收斂測量計算等常用、實用的功能。

圖5.4 數據管理選項卡 Fig.5.4 Data Management Tab 這里以粗差剔除為例，做簡要說明。粗差探測是數據處理很重要的一個步驟，較大的粗差能夠影響數據以及之后的平差精度，并且能夠在數據預測降低預測精度，因此必須將粗差探測，并選擇剔除掉。在上文中，我們提到粗差剔除的四種方法，沉降監測數據多集中在30期到100期數據，因此，本文選擇格羅布斯準則，并且能夠起到較好的效果。選定監測點，單擊“粗差剔除”，如有粗差，數據底色將為紅色，如果超出安全施工的每日警戒值，底色見為黃色，見圖5.5所示。

圖5.5 粗差剔除界面

Fig.5.5 Gross Error Elimination Screen 5.3 圖形繪制實現

在“數據操作區”下方的選項卡中，除了“基本信息”還有“數值分析”，里面可以選擇多種繪制多種曲線示意圖，曲線類型大致分為3種：累計沉降曲線、沉降示意曲線以及監測點點位圖，要說明的是收斂監測也屬于單一變量的，其預測方式及方法與沉降監測一致。下圖5.6為期沉降量示意圖，圖5.7為累計沉降量示意圖。

圖5.6 期沉降量示意圖

圖5.7 監測點沉降示意圖

Fig.5.6 Period Settlement Diagram

Fig.5.7 Monitoring Points Sedimentation

Diagram 6 小結

本文實現“地鐵施工沉降監測與預報”系統的所有功能，并為每一個模塊設計了相應的界面，實現了各模塊間、開發語言間的數據傳遞；通過計算機語言的編寫，實現了數據計算、粗差探測計等功能，尤其是在數據預測方面，將前文實驗分析的結果實現在系統之中，使研究實現了實際應用的價值。

參考文獻

[1] 胡榮明.城市地鐵施工測量安全及安全監測預警信息系統研究--以西安地鐵1、2號線為例[D].陜西師范大學，2011.[2] 易志強.隧道施工監控量測數據挖掘及其變形預測[D].長沙理工大學，2011.[3] 熊艷艷，吳先球.粗大誤差四種判別準則的比較和應用[J].大學物理實驗，2010,23（1）：66-68.[4] 林勛.時間序列分析在建筑物變形監測中的應用[D].吉林大學，2005.[5] 王燕.應用時間序列分析[M].北京：中國人民大學出版社，2008.[6] 葛哲學，沙威.小波分析理論與Matlab-R2007實現[M].北京：電子工業出版社，2007.[7] 董長虹，高志，余嘯海.Matlab小波分析工具箱原理與應用[M].北京：國防工業出版社，2004.[8] 張秀梅.基于小波消噪的時序分析法在變形檢測數據處理中的應用[D].東南大學，2009.[9] 王旭，劉文生等.一種改進小波閾值去噪方法的研究[J].測繪科學，2011,36（5）：179-180.[10] 王宜軍.變形監測數據處理與預報分析系統設計與實現[D].西南交通大學，2011.[11] 張倩，占君等.詳解MATLAB圖像函數及其應用[M].北京：電子工業出版社，2011.作者簡介：李光（1957-），男，高級工程師，長期從事城市測量，變形監測工作。電子郵箱：18944230@qq.com

第五篇：基于J2EE的元數據管理系統的設計與實現

基于J2EE的元數據管理系統的設計與實現

摘要：對基于XML的多源異構數據融合、遙感數據存儲、數據持久化以及用戶訪問控制技術進行了分析和設計；討論了元數據管理系統的實現技術、設計思想和系統構架，注重系統的可移植性、可維護性和可擴展性；實現了基于J2EE技術的元數據管理系統。

關鍵詞：Java 2平臺企業版；元數據管理；擴展標記語言

隨著信息技術的發展，產生了海量的信息。如何有效地管理和組織這些海量信息已經成為一個突出的問題。元數據機制是解決這一問題的有效手段。一些部門已經針對數據在行業內部的應用特點來開發自己的管理系統[1]。目前，在元數據管理系統的建設中存在的主要問題是：基于不同操作系統和數據庫的管理平臺不可移植、安全性差、難以維護和擴展、缺乏統一的建設模式與內容服務提供方式[2，3]。

以J2EE平臺為基礎的各項技術的成熟為這些問題提供了良好的解決方案。J2EE是一種利用Java2平臺來簡化諸多與多級解決方案的開發、部署和管理相關的復雜問題的體系結構。J2EE的核心技術是Java2平臺的標準版，具有Java語言的特性，是一個開放的、跨平臺的結構，提供了健全的意外事件處理機制，具有良好的可移植性和擴展性。

基于J2EE的元數據管理系統具有高效、穩定、可復用、易維護的特點；獨立于平臺，可以部署于Microsoft Windows、Linux、UNIX等操作系統之上；可對Oracle、SQL Server 2000、MySQL等多種數據庫進行操作。但是J2EE涉及的技術種類繁多，在實際應用中要根據需要準確使用，而且基于J2EE的系統需要具有良好的系統設計結構，才能最大限度地發揮優勢。盡管基于J2EE平臺的系統具有諸多優點，但目前J2EE還沒有被廣泛應用在元數據管理中。本文提出的基于J2EE架構的元數據管理系統建設方法和應用實例，是將J2EE引入元數據管理的一個初步嘗試。

1關鍵技術研究

1．1基于XML的多源異構數據融合

各個部門采用了不同的元數據存儲方式。由于缺乏統一的標準，很難對這些元數據進行有效的管理和發布。必須實現多源異構數據的融合。

采用簡單文本文件作為中間介質的信息交換方法不能描述數據的結構，不適合用來進行復雜的元數據交換。XML技術實現信息交換與共享已經成為一種發展趨勢。孫君明等人[4]對基于XML的數據交換技術進行了研究。XML是采用線性語法描述樹狀結構的標志語言。作為一種數據交換的中間件，XML具有跨平臺、結構化和自描述性強的特點。

用XML實現多源異構數據融合的過程如圖1所示。

在圖1中，首先各地的數據提供者通過瀏覽器將數據傳送給服務器，由服務器端的XML引擎將這些數據轉換成標準的XML文檔；再由一些服務組件根據需要對XML文檔進行處理，如建立索引等。這樣，多源異構數據就被轉換成了具有統一標準的XML文檔；通過對這樣具有固定結構的XML中間件的解析，實現從XML文檔到數據庫的轉換，完成了多源異構數據的統一存儲[4，5]。進行信息發布時，根據客戶端的查詢條件在數據庫中提取相應的結果集，形成XML文檔，將該文檔發送至客戶端；由客戶端的格式化工具解析該XML文檔，顯示在客戶端。

1．2遙感數據的分塊存儲

遙感數據（如DEM、TM、ASTER等）具有數據量龐大的特點，應用數據庫中的大數據類型存儲，如Oracle 9i中的Blob、SQL Server 2000中的Image。但是如果將它們直接存入數據庫中會造成系統效率低下;可采用一種分塊存儲的策略，將原始數據分割成大小一致的若干塊，一塊一塊地進行存儲。分塊大小要根據磁盤的讀寫性能和網絡的傳輸性能確定，過大或過小都會導致系統運行效率低下[6]。每塊數據以一條記錄的方式進行存儲，包含數據的編號、經緯度、步長、時間等信息，并且建立索引。

1．3數據持久化

為了能使系統部署在任意數據庫系統上，加入了一個持久化層，作為連接Java應用和關系數據庫的通道。為數據庫中的每張表建立一個Java對象，定義好對象與表之間的對應關系，只需對Java對象進行操作，不用關心SQL語句和系統最終使用的數據庫。持久層作為一個中間件，封裝對數據庫的操作，提供接口，隱藏數據訪問的細節[7]。

1．4用戶訪問控制

元數據的使用人員級別復雜，用戶管理困難。使用RBAC(Role－Based Access Control，基于角色的訪問控制)模型，可以提高管理的效率和安全性。RBAC在傳統的用戶——權限模型中引入了角色的概念。角色是一組用戶的集合，也是一個授權的集合，它將一組用戶與權限聯系起來。一個角色可以與多個用戶對應，一個用戶可以擁有多個角色，每個角色可以執行多種權限，每個權限可以被多個角色共享。對一個用戶授予相應的角色，使用戶可以進行相應的操作[8]。引入角色可以使系統的安全機制具有很大的靈活性，減少了權限管理的負擔和代價，同時也增強了系統的可維護性。

2元數據管理系統的設計

使用本系統的各部門實際情況不同，系統可能被部署到不同的平臺上，而且需要對該系統進行一定的擴展和改進。所以在系統設計上，需要充分考慮到系統的可移植性和可擴展性。

2．1系統設計

本系統基于J2EE平臺，是一個瀏覽器/服務器（B/S）結構的系統，具有J2EE平臺可以跨系統使用的特性，采用MVC（Model－View－Controller）應用框架。MVC設計框架的內部原理比較復雜，將MVC運用到應用程序中會帶來大量的額外工作，增加應用的復雜性。但是MVC可以輕松地實現程序代碼與HTML的分離，而且MVC的三個模塊相互獨立，可以構造良好的松耦合構件，提高應用系統的可維護性、可擴展性、可移植性和可復用性。從長遠的應用考慮，應使用ＭＶＣ設計框架[9]。

本系統在傳統的B/S三層結構上作了一定的改進。

（1）表現層。在該層使用Struts框架。Struts是一個MVC模式的表現層應用框架。瀏覽器向Web服務器提出請求后，Web服務器會把請求交給控制器處理。ActionServlet控制器根據請求的不同，將它們轉發給不同的Action實例。Action實例在這里充當了用戶請求與業務處理邏輯之間的適配器，它只負責控制整個程序的流程，不關心具體業務的實現，實現了請求與業務邏輯的分開。本系統使用一個高效的Action類——DispatchAction類。只要繼承該類，就可以在一個Action中集成多個業務方法，有利于系統的維護。在視圖顯示方面，其大量使用了Struts標簽，用來控制顯示的邏輯和內容。由于不同平臺采取的編碼方式不同，在進行系統移植時很容易出現中文亂碼問題。在這里使用一個可插拔式的過濾器，實現對請求和響應的預處理及后處理，很好地解決了字符編碼問題，使系統可以在不同的平臺上進行移植。

用戶請求和應用邏輯。在處理之前，將所有涉及到表現層的數據結構替換成更加通用的數據結構類型；使用通用的、與表現層無關的數據結構在這兩層之間傳遞參數。表現層方法提交的參數類型主要是HttpServletRequest和HttpServletResponse；使用這樣的參數會增加系統的耦合性，不利于代碼的重用，所以要將它們處理成通用的數據類型，如數組。這一過程在Action適配器進行轉發之前完成，提供給業務層的參數是通用的數據類型[10]。業務層方法之間的通信也通過通用的參數類型進行，使得每個業務方法均獨立存在于系統之中，在很大程度上減少了系統的耦合，提高了可復用性。

（3）數據層。為了實現數據庫訪問細節與業務層的分離，引入持久化層。

為了使系統具有較好的可維護性、可移植性和可復用性，采用以上的設計思想，以搭建一個邏輯清楚、功能明確、模塊化程度高的元數據管理系統。

2．2工作流程

用戶通過瀏覽器（IE/Netscape）向服務器提交請求，請求經過過濾器處理后再提交給控制器ActionServlet；控制器根據請求的類別將它們轉發給不同的DispatchAction類。該類中的方法對參數進行處理后調用不同的業務邏輯對請求進行分析處理，處理后得到的信息通過視圖顯示在用戶瀏覽器上。

3基于J2EE的元數據管理系統的實現

根據本文提出的設計思想，實現了一個元數據管理系統——基于J2EE的小城鎮元數據管理平臺。本實例以J2EE平臺為基礎，Tomcat 5.0為服務器，可以使用Oracle 9i、SQL Server 2000、MySQL數據庫，使用了ORM（Object－Relation Mapping）模式的持久化層中間件Hibernate，以Eclipse 3.0為開發平臺。在系統實現過程中，使用了以J2EE平臺為基礎的各項技術，遵循Java2標準平臺的編碼標準，注重系統的可擴展性和可維護性。系統的XML引擎采用了DOM（Document Object Model）和SAX（Simple API for XML）。DOM負責XML文檔的生成和修改；SAX對XML進行解析。

小城鎮元數據管理平臺的功能主要分為管理與檢索兩部分，可以實現對矢量數據、柵格數據、文檔數據、原始試驗數據、報表數據和模型數據的管理與檢索；用戶管理可以對用戶進行權限設置；系統管理功能可以提供系統運行的日志和幫助文件。

4結束語

基于J2EE的元數據管理平臺，具有良好的跨平臺特性；解決了多源異構數據的融合、遙感數據的存儲、數據持久化和用戶控制訪問問題；在設計和實現過程中遵循J2EE的設計模式，具有良好的擴展性和維護性；功能模塊具有低耦合的特點，極大地提高了代碼的可復用性；可對元數據進行有效管理，實現信息的共享發布，廣泛地應用在各個領域。在如何提高系統的安全性方面還有待于對其進行進一步的研究。

參考文獻：

［1］吳洪橋，何建邦，池天河，等.基于Internet的元數據管理模式研究[J].計算機科學,2003,30(4)：89－91.[2]李廣乾.小城鎮信息化建設的基本思路[J].信息化建設,2005(Z1)：24－26.

[3]趙春江，楊信廷.加強信息技術研究和開發促進小城鎮健康發展[J].小城鎮建設,2005(1)：22－23.

[4]孫君明，郭紅.基于XML的異構信息交換技術研究[J].計算機應用研究，2003,20(1)：70－72.

[5]李德冠，陳夢東.一種基于XML的數據交換系統的設計和實現[J].微機發展,2005,15(12)：12－14.

[6]朱雷，潘懋，李麗勤，等.GIS中海量柵格數據的處理技術研究[J].計算機應用研究，2006,23(1)：66－68.

[7]孫衛琴.精通Hibernate：Java對象持久化技術詳解[M].北京：電子工業出版社,2005.

[8]范會聯，李獻禮.基于Struts框架的Web信息系統中RBAC的實現[J].計算機時代，2005(12)：33－34.

[9]孫衛琴.基于MVC的Java Web設計與開發[M].北京：電子工業出版社,2004.

[10]ALUR D,CRUPI J, MALKS D.J2EE核心模式[M].第2版.北京：機械工業出版社,2005.