目前，中国正处于基础设施建设蓬勃发展时期，水利、交通、建筑等行业的大型工程越来越多，这些工程的施工安全和运营安全的变形监测工作普遍具有规模大、周期长、监测频率高等特点^[1]。随之而来，监测数据不再只是几何量，也会包括物理量，同时总的数据量会很大，对监测信息的管理提出了更高的要求^[2]。传统的监测数据管理，主要是以纸质形式或电子表格形式存储、管理，存在管理效率低下、数据利用率低等缺点。随着计算机技术的发展，一些学者和工程技术人员针对具体项目，先后开发了若干变形监测数据管理系统^[3-6]。本文建立一套基于Web的变形监测信息管理系统，通过丰富的信息显示方式对监测数据进行统一、高效、有序的管理，更好地为高层决策提供必要的、完善的信息支持。基于Web的变形监测信息管理系统，以SQL Server数据库和文件数据库对监测信息进行存储，采用Windows Server为系统平台，ASP.NET开发语言，实现对监测信息的管理、查询、分析、下载、可视化等功能。

1 系统设计 1.1 系统逻辑结构

基于Web的变形监测信息管理系统逻辑结构主要分为3部分：监测设备进行数据采集、系统服务器部署、终端设备登录系统。

在数据采集方面分为自动化和人工录入两种方式，自动化方式是使用专用的监测软件控制测量设备完成数据的采集^[7-9]，并通过互联网将数据写入数据服务器的数据库中; 人工录入方式是在系统数据录入页面上传对应格式的数据文件完成数据写入数据库的操作。为实现监测数据的安全管理和高效读写，系统将数据与应用分离，数据服务器专门进行数据的存储和管理，Web应用服务器为监测信息的管理提供业务逻辑。通过联网的电脑、手机等设备的浏览器打开系统网址，即可登录系统掌握各监测项目的实时变形情况。

1.2 系统功能架构

根据相对独立、尽量小的数据依赖、最小数据冗余、管理发展的需要以及系统分阶段实现的原则，结合本系统的内容和特点，系统共划分为系统管理、项目管理、监测管理、数据管理、数据分析、数据可视化和监测报表等7个功能模块。

1) 系统管理模块。该模块主要实现系统的用户管理、权限管理、消息管理等功能。系统使用扁平化的权限设计，一个用户对应多个角色，每个角色对应相应的权限集，这样既保证了数据的安全，也实现了用户灵活且多样的权限操作需求。

2) 项目管理模块。该模块主要实现系统中项目信息管理、项目用户管理和项目文档管理功能。项目信息管理主要为监测项目的新建、删除、信息录入等。项目用户管理是将用户和项目进行对应，将某项目的监测信息指定特定用户管理，以确保项目监测信息的安全。项目文档管理主要实现与项目相关的文档的上载、浏览以及下载等功能，实现项目资料“云端”存储。

3) 监测管理模块。该模块主要实现项目中监测设备、人员、任务作业等监测实施事项的管理。

4) 数据管理模块。该模块主要实现数据的录入、数据的查询和浏览、数据的修改以及数据的备份和导出等功能。数据的录入主要对人工或自动采集数据预处理，进行可信度分析以检查数据是否齐全、精度是否符合要求等，然后完成数据入库。数据导出能让用户将权限范围内的数据导出到本地Excel文件。

5) 数据分析模块。该模块主要实现观测资料的整编，通过表格、直观的变形过程曲线、断面整体变形曲线等方式展示变形大小和变形所呈现的趋势，供分析判断。根据变形分析的数据和图表，可以对安全生产提供一定的决策支持。

6) 数据可视化模块。该模块主要实现观测数据和变形信息的可视化。通过交互式图形的方式直观、清晰有效地传达变形信息，从而对数据进行更深入的观察和分析。

7) 监测报表模块。该模块主要实现监测报表的自动化生成。用户可根据实际需要进行定制模板，系统根据报表模板自动提取数据并处理后生成Excel格式的监测报表。

2 关键技术 2.1 多种前端技术

Web系统的开发可分为前端和后端两部分工作，前端开发主要借助现有的开源前端框架。系统在兼顾美观、开发效率的原则下，选择了FineUI控件库作为前端框架。FineUI是一组基于jQuery的专业ASP.NET控件库，拥有原生的AJAX支持和华丽的UI效果，具有响应速度快，语法简洁、规范，开发文档完整，使用方便、兼容性好、组件支持丰富等优点^[10-12]。利用FineUI进行前端开发，后台使用C#完成业务功能，就能完成真正的Web 2.0应用，不仅可以极大地减少开发时间和降低开发成本，而且方便维护升级。本系统基于FineUI控件开发的Web系统前端页面如图 1所示。

2.2 数据可视化

本系统中的数据可视化主要是变形信息的可视化，系统从后台数据库中对数据进行获取、分析、过滤后传递到前端，再利用图形化插件对数据进行展现和交互，最终为用户提供直观、交互式的图形展示界面。

系统中图形化插件工具选用HighCharts，它是一个使用纯JavaScript脚本编写的开源图表库，支持曲线图、区域图、柱状图、饼状图等多种图表类型，能够很方便、便捷地为WEB应用程序添加美观的、直观的、动态交互式图表^{[13, 14]}。不需要额外安装任何插件，即可在Chrome、Firefox、Safari、Edge、IE等主流浏览器上显示，具有兼容性强、不受语言约束、实时显示、交互性强等特点。本系统采用该插件构建的数据可视化界面如图 2所示。

2.3 报表自动生成

监测信息成果按照自定义格式自动生成Excel报表，从而减轻人工劳动量，提高生产效率。常用的Excel报表生成方式有两种：①调用Office的COM组件进行报表导出; ②调用NPOI第三方组件进行报表导出。第一种方式需要在服务器上安装Office，且报表生成过程冗杂，速度很慢，操作复杂^[15]。第二种方式中的NPOI是一个开源的.NET读写Excel、Word等微软OLE2组件文档的控件库^[16]。使用NPOI可以在没有安装Office或者相应环境的机器上对Word/Excel文档进行读写，可以对Excel报表的样式、字体、文字位置、单元格的合并、图片等进行设置，很容易生成复杂的成果报表。本系统根据用户需要定制报表模板，利用NPOI根据模板内容读取相关监测数据进行计算后自动生成监测成果报表。

3 系统应用

基于Web的变形监测信息管理系统开发完成后，在重庆某地铁保护区自动化监测项目中进行了测试和应用。系统主要应用情况如下：

1) 查询浏览监测数据。图 3为ya36-1号监测点的监测数据，从图中可以看出该点各监测时间下的本次、累计变形量。图 4为该点对应的变形过程曲线图，直观地展示了该点整个监测期间的变形发展情况。

2) 气象数据浏览。图 5为通过气象传感器获取的监测现场气象数据，这些数据可用于观测数据的气象改正，也可用于后期变形过程的分析建模。

3) 断面收敛分析。断面收敛是隧道监测中很重要的一个变形量，图 6为本系统在确定计算收敛量的两个纵断面后，根据环号自动配对计算收敛的点，选择时间段或周期后即可查看对应监测时间下的各断面上的收敛变化情况。

4) 多点变形量对比分析。监测点与监测点之间的变形特性可能会存在一定的关联性，图 7为多点变形量对比分析功能，通过将多个监测的变形过程曲线在一张图中展示，分析点与点之间的变形趋势是否一致，从而更好地找出异常变化的点。

5) 报表自动生成。通过系统的报表功能模块可以自动生成指定时间段、指定监测断面的监测成果报表，如图 8所示。

4 结束语

基于Web的变形监测信息管理系统，实现了监测数据统一、高效、有序的管理，具有较高的实用价值，是信息化测绘“互联网+”实践的研究成果。系统基于B/S模式开发，通过丰富的图表等可视化方式展示了实时变形信息，用户无论在哪里，都可以使用联入互联网的电子设备通过浏览器登录系统查看变形体的实时变形情况。工程应用表明，系统可以满足工程实际中变形监测信息管理的要求，具有实时、远程可控、操作简单、界面美观、报表自动化等特点，可应用于水利、交通、建筑等行业大型工程的施工和运营期间的变形监测中。