《铁路工程沉降变形观测与评估技术规程》中规定，轨道工程施工前，应对铁路工程沉降变形进行系统的评估，确认工后沉降和变形符合轨道铺设条件^[1]。近几年高铁工程飞速发展，随着数据量的增多，传统数据管理方式耗费了大量的人力，无法对过程进行严格的监控，数据存在不真实的风险。因此，本文依托实际工程项目，基于B/S架构，利用.net技术开发出铁路工程沉降数据信息化管理系统，形成实时数据观测、整理、评估的完整信息化工作模式，极大提高了工作效率。

1 系统需求分析

需求分析是软件能否开发成功的关键^[2]，收集总结既有沉降数据管理弊端及参与评估的各单位需求，制作软件需求规格说明书作为后续系统开发的指导性文件。

1) 建立基础数据。系统将各属性进行分级，在不同模块的数据页面均提供单个和批量操作两种方式，并设计简单直观的数据模板，供用户进行基础数据的录入和维护。

2) 传输与管理数据。沉降数据管理信息化系统要求观测数据能够实时通过移动端将原始数据及测量平差成果通过网络以加密方式上传至系统，因此，系统需要设计数据上传应用程序接口(application program interface，API)，还需要设计数据下载接口，完成相应水准路线工作基点、预设水准路线及移动端软件更新的接口。

JSON(java script object notation)的轻量级空间数据交换模型(JSON-based light weight data exchange model，JL-DEM)具有轻量化、通用化的特点，支持数据在关系数据库、空间数据库、文本等多种形式之间进行交换^[3]，相比XML减少了解析时带来的性能和兼容性问题，且拥有更好的数据传输效率^[4]。因此，系统选择JSON作为客户端与移动端交互的方式。

铁路工程工点众多，信息化系统要求数据管理能够满足各不同部门对数据的管理需求，不同职能人员根据相应权限获取不同的数据信息。因此, 系统根据铁路工程评估项目特点，将管理用户分为评估用户、标段用户、工区用户、工点用户及外业测量用户。

3) 数据成果分析与评估。用户能够实时查看沉降数据的沉降分析，系统提供直观的图表查看方式，并根据项目设计标准，对超限数据进行预警提示及超限数据的汇总导出。考虑到部分用户只需关心工点的沉降情况，系统需要能够兼容手机浏览器端，采用富客户端框架。外业用户操作过程中可能由于部分选项选择错误，导致传入的数据成果产生系统性偏差，因此, 系统需要能够对这部分情况提供受限的恢复功能。如在水准路线工作基点选择错误的情况下将平差成果上传，系统能够提供一次选择基点进行重新平差的功能。

既有开发的沉降评估软件需要准备测点成果表、断面信息表、测点信息表3个表格，整理起来十分繁琐且易出错，因此，系统需要能够将3个文件进行整合，用户通过输入任意的标段、工点或评估里程，就能够一键下载评估文件包，实现与评估软件的无缝结合。

2 系统模块设计

按照需求分析文件，整个系统构建可以如图 1所示进行模块划分。

2.1 系统开发环境

系统采用VS2010+ASP.NET Framework 4.0作为后端主要编程框架，ASP.NET是微软公司推出的Web开发平台, 它为开发安全的B/S系统提供了丰富的措施和机制^[5]，系统通过采用RSA技术进行外部调用认证及配置文件加密，保证数据传输的安全, 采用MD5加密算法保证用户信息的安全，有效地防止了非法用户的攻击，保证系统的稳定运行。系统采用MVC模式进行开发，将数据逻辑、数据展示及数据交互进行分离，易于系统的模块开发及拓展维护。前端采用js与css进行页面交互功能及布局样式的开发。由于Oracle数据库具有安全性高、性能好、操作方便灵活的特点，能保证大量数据的可靠和持久性保存^{[6, 7]}，因此，系统首选Oracle数据库作为开发数据库。

2.2 系统模块功能设计

1) 系统设置模块：此模块主要完成系统用户的建立，并按照用户在项目中的角色分配对应的权限。用户可以在不同的项目、标段及工点之间进行切换，单人管理不同项目的数据，且不容易混乱，提高了工作效率。

2) 监测详情模块：此模块主要涉及对监测数据的分析，单点-时间变形量反映具体某个测点在各个观测时期的累计沉降变化情况，里程-变形量则反映整个工点的纵向断面沉降变化情况，系统提供多种搜索条件的组合查询，方便用户能快速定位具体测点位置，把握整体沉降趋势。利用Echarts展示沉降趋势图形，并根据工程设计要求，设置超限阀值预警，用户能直观、快速了解沉降超限点，通过沉降图上的超限测点连接到该期原始观测数据，掌握该期测点的观测状态。

3) 数据管理模块：铁路工程包含不同的标段，标段中又含有不同的工区和工点，工点中监测断面主要包括桥梁、路基、涵洞、隧道4个种类，不同属性断面的监测点数量多，针对这些特点，在数据库中将其建立为1:N的关系对象模型，将各种不同属性测点放入同一Excel模板中，执行批量导入，通过严格的匹配算法，完成对应工点中测点的增加或属性的更新。属性数据模块中还包含工作基点及预设水准路线的管理，工作基点管理主要提供工作基点高程的修正，并保留其修正记录。预设水准路线管理主要是提前建立预设线路，用户通过外业采集端下载对应预设线路，按照预设线路进行观测，省去了外业输入测点点号的时间，提高了观测效率。测量数据模块中，提供了对上传测量原始数据的管理，用户可实时查看每期水准数据的水准路线、测量日期、测量人员、平差成果、原始观测值、测点状态及观测阶段，可根据需求导出原始格式或Excel格式的原始观测文件，并针对外业操作应用程序(application, APP)过程中基点、测点状态或观测阶段选择错误的情况，在评估人员核实后，提供重新平差的功能，重新平差各项指标满足后，可进行相应的成果更新。文件下载模块主要包括基础数据录入模板、超限点汇总表以及评估文件包的下载。用户可以通过标段、工点以及里程3个方面的组合来完成相应的下载任务。导出的评估文件包可直接用于导入既有评估软件中进行评估，整个评估过程，施测单位无法接触修改观测数据，且无需整理待评估数据，增强了评估人员对数据有效性的监控，同时提高了施测单位和评估人员的工作效率。

4) 仪器管理和数据传输模块：这两个模块主要是配合外业移动APP采集端使用，严格控制施测单位只有经过检定认证的仪器才能进行数据的上传下载，并且能够通过在线更新APP的内容。数据传输接口采用基于REST-ful风格的Web API来构建HTTP服务^[8]，通用、灵活且能较好地支持JSON格式数据的传输。Web API主要包括用户及仪器的加密认证、用户所属工点下载、工作基点更新下载、预设水准路线下载及水准测量数据上传。

3 系统应用

系统开发完成后，在IIS应用服务器上运行，并投入到具体生产项目中进行了应用。基础信息批量导入完毕后，可以显示工点断面测点页面。系统已成功上传不同项目的水准路线累计超过11万条，用户能够通过观测日期、测量路线及测量人员轻松找到任意水准路线，通过点击路线名，可查看该水准路线的原始数据与成果数据。系统支持通过选择单个测点或某个工点查看其累计沉降变化趋势图，分别如图 2和图 3所示。

由图 3可知，系统支持对纵向断面图的进一步分析，可以通过点击任意里程获取该里程处的所有的测点沉降示意图，如图 4所示，同时以表格的形式进行呈现，图形与表格均可以通过简单的操作进行保存，方便用户使用。

系统支持用户通过标段、工点以及里程的任意组合导出包含OutcomeData.xls(成果数据评估表)、PointsInf.xls(测点信息评估表)及SectionInf(断面信息评估表)的压缩包用于沉降评估。

4 结束语

本文开发的铁路工程沉降数据信息化管理系统已累计完成约300 km的沉降评估。从应用效果来看，系统没有传统数据管理方式的弊端，实现了对沉降趋势的实时监控，通过移动端APP将数据上传到系统后，无需施测单位对数据进行整理，增强了对数据有效性的监控，同时提高了施测单位和评估人员的工作效率，具有较好地推广价值。