基于WCF或WebService服務的數據自動化遠程導入技術研究*

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

0 引言

地下工程建設安全風險居高不下，主要表現為地面沉降及塌陷、地下管線嚴重變形及斷裂、鄰近建筑物傾斜與開裂、基坑大面積變形與坍滑、支護失穩及工程結構被破壞、地下空間嚴重滲漏等。特別是在中心城區相鄰區域多個地下工程同期交錯施工過程中，各單體間存在密切的相互鉗制作用，尤其對一些共同圍護結構設計的地下結構群，土方交錯卸載、地下水交叉降排、地下結構交錯施工等，導致區域地層變位的耦合效應相當明顯，結構間的相互影響亦相當顯著。因此，相鄰區域地下結構群交錯施工過程中的圍護體系穩定、在建結構和周邊緊鄰建（構）筑物環境土工的安全控制尤為關鍵，可以說地下結構群交錯施工安全風險能否得到有效控制，是超大規模地下空間建造面臨的重大技術難題。

隨著地下工程開挖深度和規模的增大，地下工程的難度更加突出。所以在對地下工程施工風險進行研究時，如何盡可能地減小地下工程施工中的事故發生率以及對地下工程的施工風險進行實時的安全管控，己經成為了一個亟待解決的課題。國內在建筑工程施工過程信息化安全監控領域的研究較少，且信息化結合度低，存在施工安全風險動態控制、早期預警、界面可視化等眾多方面不足。故加強施工過程信息化安全監控技術研究，實現重大工程施工過程監控技術的自動化、網絡化、信息化，是我國工程建設實現可持續發展的必然要求。

1 遠程監控系統

上海建工遠程監控管理系統平臺（圖1）成為加強上海建工集團集中化、規模化、信息化管理體系的重要措施，集中管理、信息化施工、遠程安全管控，做到早知道、早準備、快速處理。作為集團遠程安全風險監控與管理信息化的重要工具，遠程監控系統可實現對工程現場監測數據、視頻數據的快速傳遞與分析，實現對各建設階段安全風險排查、評估、預報與報警信息的及時發布，實現對工程勘察、設計、施工技術文檔的網絡集中管理與共享，并保證監測數據和其他相關數據的及時、有效、準確傳輸與存儲。通過對基坑施工的監測數據、工況信息、巡檢結果、視頻監控等數據的集中判定，并結合基坑本體及周邊環境安全信息的內部算法及預警機制，實現基坑施工風險自動監測與風險預警，從而為上海城市建設的可持續發展奠定堅實的理論基礎和技術保障。最終實現為工程開展建設安全風險監控與管理提供信息載體與科技手段的目的。

2 數據采集要求及對策

施工安全風險評價信息具有信息來源廣、信息種類多和信息量大等特點，尤其施工期間的基坑本體及周邊環境的監測數據，目前大多以人工監測為主，利用系統提供的監測數據錄入功能模塊，由數據錄入人員對后臺設置好的監測項目進行數據的有效錄入。該模塊提供手工錄入數據，Excel、Word等方式復制粘貼數據，通過固定報表格式導入數據等多途徑的數據錄入方式。但是人工采集的監測數據有著數據滯后、精確度低、無法24 h全過程監測等缺點，這嚴重影響了遠程監控系統的項目安全信息的獲取和判斷，不能體現遠程監控系統的實時優勢。且一般的自動化監測有專業的監測軟件，無法與遠程監控平臺兼容，無法利用平臺的功能模塊進行后期分析和預警。

圖1 上海建工遠程監控管理系統

上述原因較大影響了遠程監控平臺的作用，不利于項目安全信息的采集和處理，不利于安全信息平臺的發展，應從下面幾點出發，對平臺數據進行控制：

1）采用自動化監測技術，實現海量、多元和多源施工數據的匯集；

2）在此基礎上研發自動化監測軟件，實現與遠程監控平臺的對接，實現信息及時發布與反饋；

3）實現多家自動化監測硬件及軟件與遠程監控系統的互通；

4）實現統一項目中，自動化監測數據與人工監測數據的對比分析。

3 自動化監測技術

采用自動化監測技術，極大簡化了工程現場的傳感器線路網絡，使監測工程更系統化、集成化和規范化。只需增加數據采集發生器的數量就可同時采集不同場地的多個參數的監測數據，大大降低了工程人員監測管理的工作量，使工程管理工作更加科學、高效。

以基于Zigbee協議的監測系統為例，利用Zigbee無線協議實現傳感器數據采集和系統數據采集之間的無線連接，省略傳感器和采集系統之間的電纜連接。僅需在傳感器連接端設置1臺數據采集發生器，將采集的數據發送給工程現場的數據采集接收終端，數據采集接收終端再將采集的數據通過GPRS無線網絡上傳到數據處理中心。數據采集接收終端可同時實現與多臺數據采集發生器的聯系，在數據處理中心可以同時觀察不同測試點的變化情況。

利用自動化監測技術可遠程實時獲取監測數據，讓現場技術人員獲取第一手的監測數據，可及時判斷工程安全性。如何能將自動化監測數據連接到上海建工遠程監控管理系統平臺，實現自動化數據與人工數據的無縫對接，更加全面地提供安全信息，是我們下一步需要思考的問題。

4 自動化監測數據與遠程監控管理平臺的對接

為了滿足工程項目中遠程監控管理平臺對監測自動采集數據的要求，需對以下幾點進行思考和解決：

1）傳感器上獲取的數據可以上傳至上海建工遠程監控管理系統，并可以與用常規方式上傳的數據一樣進行應用，例如在系統中觸發預警、進行數據匯總、繪制數據曲線等。

2）解決方案應當是完整的、有通用性的，不需要對上海建工遠程監控管理系統進行多次反復的更新，即可滿足以后所有施工項目不同自動化監測數據的上傳。

3）整個數據采集到平臺存儲的實現過程中，包含以下幾項主要工作內容：

（1）原始數據采集——從傳感器采集到的原始數據，保存到集中存儲單元中。

（2）數據轉換——將原始數據（例如溫度、壓力等）通過公式，換算為測斜、沉降等工程中可以應用的值。

（3）映射關系的建立——在第三方供應商的數據系統，與遠程監控平臺之間，建立映射關系，使傳感器和平臺測點之間進行一對一關聯。

（4）數據上傳——根據映射關系，通過WCF接口完成監測數據的自動上傳。

（5）數據應用——在平臺中，對最終采集的數據進行應用，包括數據預警、數據分析等功能[1]。

5 功能實現

5.1 技術流程

基于以上目的，在上海建工遠程監控管理系統中，增加專門的標準數據接口，通過WCF或Web Service服務進行公開，以供自動化監測數據的供應商上傳數據。測點與傳感器的管理關系將在監測配置初始化過程中一次性導入。該技術流程主要由2個部分組成：

1）建立系統監測配置與傳感器配置的對應關系；

2）根據對應關系，通過WCF接口完成監測數據的自動上傳。具體運作流程如圖2所示。

5.2 具體實施方案

1）在工程工點中，進行監測配置初始化后，在工程工點列表中，點擊操作項中的“導出自動采集測點列表”（圖3）。

2）根據給出的列表項，進行監測項目選擇后，導出“帶唯一標示的測點列表”（圖4）。

3）將“感應器唯一標示”信息填寫完成后，將此Excel文件上傳至上海建工遠程監控管理平臺，完成關系表數據的建立（圖5）。

圖2 自動化監測數據接入流程示意

圖3 導出自動采集測點列表

圖4 導出唯一標示測點列表

圖5 自動化信息示意

4）完成以上關系表上傳后，第三方監測單位即可根據數據接口自動上傳監測數據。接口參數定義如下[2]：

（1）感應器唯一標示；

（2）監測時間批次（由于后期應用均依據時間批次進行二次計算，需要將時間比較接近的多個傳感器的數據盡量統一到一個批次中進行上傳）；

（3）感應器測值（監測數據）。

5）上傳數據，可實現遠程監控平臺的多項后期對比及分析內容（包括和人工數據的對比分析）。

5.3 數據自動獲取

提供定時服務程序，在自動采集數據庫所在的服務器上進行安裝，程序運行后，定時按批次提取數據，向系統平臺的接口進行數據上傳。

程序將包含數據庫連接字符串、數據表、傳感器ID字段、監測時間字段、監測值字段、采集頻率等設置功能，待操作人員完成設定后，啟動程序即可完成數據自動提取功能。自動化傳感器供應商需提供標準化的數據結構，采用SQL Server或其他被廣泛使用的數據庫系統（數據庫訪問端口應當固定），傳感器ID、監測時間、監測值3項參數應當在1張數據表中可以被同時提取到，以提高數據采集效率（圖6）。

圖6 數據自動獲取程序

該實施方案配置比較靈活，不拘泥于某個傳感器供應商的數據定義模式，僅對自動化監測的數據存儲格式作一定限制，對自動化監測單位的軟件研發能力要求較低，且可不考慮網絡穿透限制，并且對時間批次的處理更簡單。

但該方案仍存在未考慮到的問題有待解決：

1）分布式數據庫的結構較復雜，如有多個項目同時運行自動采集程序，將會導致服務器資源被大量耗損；

2）高頻率采集的狀態下，多個項目同時上傳時，系統平臺接口的并發處理量對系統平臺和系統數據庫服務器都是很大的壓力；

3）考慮到實際數據傳輸效率問題，采集頻率需商討一個最低間隔，防止數據溢出[3]。

6 結語

通過建立固定程序，對自動化監測單位的數據采集進行按批次提取，并向系統平臺接口進行實時數據的上傳，滿足了遠程監控平臺對數據的自動化、實時性的要求，同時降低了對自動化監測單位的軟件要求，適用于多家不同數據結構的自動化監測單位。該程序加強了自動化數據與普通人工數據的對比分析，確保了遠程監控管理平臺的數據實時、有效的要求，提高了平臺安全分析的精度，極大地提升了平臺的作用，可在工程中推廣。