曲晨曉
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（河南農(nóng)業(yè)大學土地資源管理系，鄭州，450002）
摘要：在總結河南省部分縣（市）土地開發(fā)整理規(guī)劃編制工作的基礎上，運用GIS和VBA平臺，完成土地開發(fā)整理基礎數(shù)據(jù)、潛力調(diào)查數(shù)據(jù)和潛力評價的自動處理，實現(xiàn)土地開發(fā)整理規(guī)劃編制的信息處理系統(tǒng)自動化。
關鍵詞：GIS；VBA；土地開發(fā)整理；規(guī)劃
1 基于 GIS 和 VBA 的土地開發(fā)整理基礎研究
1.1 基礎數(shù)據(jù)自動處理在VBA 中的編程實現(xiàn)
規(guī)劃起始將收集到大量的基礎數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)在提交時并不能保證統(tǒng)計口徑和數(shù)量單位的完全一致，部分數(shù)據(jù)甚至可能與實際相差甚遠。在基礎數(shù)據(jù)錄入計算機后，手工校核將耗費大量的時間和人力，并且不能完全保證校核結果的正確性。而計算機具備強大的數(shù)據(jù)存儲和計算功能，通過編寫專門的處理工具，可以實現(xiàn)基礎數(shù)據(jù)的自動處理。下面以河南省新安縣土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)數(shù)量單位的轉換為例，介紹VBA技術的應用。
自1991年土地利用現(xiàn)狀詳查以來，新安縣國土資源管理部門一直以“畝”為單位統(tǒng)計各類土地的面積，而本次土地開發(fā)整理規(guī)劃面積單位統(tǒng)一采用“公頃”制，所以，有必要將土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)單位統(tǒng)一為“公頃”。在處理這些數(shù)據(jù)時，采用Excel電子表格系統(tǒng)的二次開發(fā)工具，編寫“批量轉換”應用程序，可以快速準確地對這些數(shù)據(jù)進行大批量的整理。
1.2 規(guī)劃區(qū)域權屬圖庫的快速構建
權屬圖庫是土地開發(fā)整理規(guī)劃工作中用于提高工作效率和編制精度的一項中間成果，在土地開發(fā)整理潛力研究和土地開發(fā)整理規(guī)劃成果圖制作方面意義重大。該圖庫以行政村為基本空間單元，以行政村的地名屬性為基本屬性單元。
權屬圖的制作在MAPGIS輸入編輯子系統(tǒng)中并不復雜，只要底圖精度有保證，提取行政界線后再拓撲重建，很快就能創(chuàng)建出圖形文件，關鍵是每個區(qū)圖元還要具備“行政村名”屬性后才能滿足后續(xù)工作的要求。手工為每一圖元錄入屬性是一個傳統(tǒng)的建庫方式，但要為全縣上千個區(qū)圖元一一錄入屬性，不僅耗時，而且容易出現(xiàn)錄入的屬性與圖面注釋不相符的錯誤。MAPGIS輸入編輯子系統(tǒng)中“點注釋賦為屬性”和“LABLE 與區(qū)合并”功能可以極大的簡化工作，實現(xiàn)地名屬性自動錄入。技術流程如下：提取地名注釋為獨立點文件→為點文件創(chuàng)建地名字段→點注釋賦為點屬性→關閉點文件→LABLE與區(qū)合→保存區(qū)文件。
1.3 規(guī)劃區(qū)域地形條件研究
地形是影響土地開發(fā)整理活動的一項重要因素，比如在坡度＞25℃的地段，盲目的開發(fā)極易造成水土流失；另外，地形條件的好壞對土地開發(fā)整理投資規(guī)模影響巨大，坡度對土地開發(fā)整理的影響更為顯著。所以，有必要對規(guī)劃區(qū)域的坡度進行研究和分類，以便做出更科學的規(guī)劃決策。
基本上所有的GIS軟件都具備坡度分析的功能，MAPGIS的DTM分析子系統(tǒng)對地形圖質(zhì)量要求不高，但分析結果精確，是較好的坡度分析工具。下面以河南省洛陽市吉利區(qū)地形分析為例，描述GIS技術在坡度研究中的應用。
吉利區(qū)地形圖比例尺為1∶10000，與土地利用現(xiàn)狀的基本圖件——1∶10000分幅現(xiàn)狀圖完全對應；測繪時間為1986年，具備一定的時效性。坡度研究就以該圖為依據(jù)，首先把1∶10000地形圖掃描矢量化為MAPGIS線文件（記錄等高線數(shù)據(jù)）和MAPGIS點文件（記錄高程點數(shù)據(jù)），并使用MAPGIS輸入編輯子系統(tǒng)高程自動賦值功能為等高線添加高程屬性；然后運行MAPGIS的DTM分析子系統(tǒng)，裝入等高線文件，由系統(tǒng)自動檢查等高線錯誤并修改完善；再設置足夠小的微分將等高線柵格化（設置較小微分的目的是使柵格化結果更平滑），柵格化結束會自動生成可供DTM系統(tǒng)分析的GRD數(shù)據(jù)。這時可以使用DTM系統(tǒng)的格網(wǎng)坡向坡元圖繪制功能輸出全區(qū)的坡度分級圖，還可以使用格網(wǎng)立體圖功能生成直觀的立體模型。
坡度分級圖和前面制作的權屬圖庫進一步疊加分析，還可以生成全區(qū)各行政村的所屬坡度級別和立體格網(wǎng)圖。這項地形分析成果將為規(guī)劃決策提供很有價值的基礎依據(jù)。
1.4 規(guī)劃區(qū)域農(nóng)民收入基礎數(shù)據(jù)庫的建立
農(nóng)民人均年純收入是度量經(jīng)濟實力的重要指標，土地開發(fā)整理項目尤其是村莊整理項目能否實施，與該項指標關系密切。
農(nóng)民收入數(shù)據(jù)錄入計算機后，可以借助Excel等數(shù)據(jù)分析軟件進行數(shù)量上的研究。但是，要想獲得直觀的區(qū)域?qū)Ρ纫约斑M一步實現(xiàn)區(qū)域劃分，還需要GIS技術的幫助。將農(nóng)民收入數(shù)據(jù)和行政區(qū)圖掛接后，將可以實現(xiàn)真正地理意義上的分析研究。
MAPGIS平臺具備外掛數(shù)據(jù)庫的功能，可以借助合適的關鍵字，將數(shù)據(jù)結構不太復雜的農(nóng)民收入數(shù)據(jù)掛入圖形。
借助MAPGIS屬性管理子系統(tǒng)，使行政區(qū)圖外掛關系數(shù)據(jù)庫中已存在的農(nóng)民收入數(shù)據(jù)。技術流程如下：規(guī)范整理農(nóng)民收入屬性表格→保證圖形文件與表格文件存在可以連接的關鍵字段→打開MAPGIS屬性管理子系統(tǒng)→執(zhí)行連接表格功能→保存圖形文件。
1.5 相關規(guī)劃中土地開發(fā)整理限制區(qū)的判別與提取
一般情況下，各地林業(yè)部門會進行退耕還林評價并劃定生態(tài)退耕區(qū)域；水利部門對一些重要的內(nèi)河航道和泄洪區(qū)域也有禁止搞建設項目和開墾農(nóng)田的規(guī)定；在交通部門“十五”計劃中，重點建設項目的通行區(qū)域自然也不宜安排土地開發(fā)整理；1997～2010年土地利用總體規(guī)劃劃定的旅游用地、城鎮(zhèn)建設用地等用途管制區(qū)，進行土地開發(fā)整理則會違背用途管制規(guī)則。這些不宜進行開發(fā)整理的區(qū)域雖然可以在圖紙上找到明確的位置和邊界，但在各部門小比例尺的規(guī)劃圖上，目視判定和手工劃界的誤差顯而易見。借助MAPGIS強大的空間分析功能，將可以避免這種誤差。
（1）將各部門包含土地開發(fā)整理限制區(qū)的規(guī)劃圖件掃描矢量化入計算機，圖形坐標系統(tǒng)校正完畢后，在MAPGIS輸入編輯子系統(tǒng)中錄入各類限制區(qū)的屬性。
（2）打開MAPGIS空間分析子系統(tǒng)，調(diào)入限制區(qū)文件和原已制作的權屬圖庫區(qū)文件，執(zhí)行區(qū)與區(qū)的判別分析，將把相關規(guī)劃限制區(qū)的屬性賦給所在的區(qū)圖元。
2 土地開發(fā)整理潛力調(diào)查數(shù)據(jù)庫的構建
2.1 借助MAPINFO 和VBA 實現(xiàn)圖形與屬性的完整掛接
實踐表明，數(shù)據(jù)結構復雜、數(shù)據(jù)量巨大的屬性表很難掛進圖形，這個缺陷在河南省部分縣（市） 1∶10000土地利用現(xiàn)狀建庫工作中已經(jīng)被充分證明。為解決上述問題，本文嘗試借用MAPINFO強大的屬性管理功能。
作為桌面型的GIS平臺，MAPINFO的空間數(shù)據(jù)結構或許并不如MAPGIS完美，但基于關系型數(shù)據(jù)庫的設計使該系統(tǒng)與一般屬性數(shù)據(jù)格式幾乎完全兼容。在規(guī)劃建庫實踐中，本文總結出以下掛庫流程：①清除調(diào)查數(shù)據(jù)表中的特殊格式，比如合并單元格、帶公式單元格等；②把數(shù)據(jù)表存為DBF格式；③使用MAPGIS/文件轉換子系統(tǒng)，轉換MAPGIS圖形文件為MAPINFO交換格式；④在MAPINFO中把交換格式文件轉為MAPINFO內(nèi)部格式；⑤把DBF數(shù)據(jù)表裝入MAPINFO工作區(qū)；⑥使用MAPINFO“更新列”功能，掛接屬性表與圖形表；⑦轉出掛好的圖形表；⑧使用MAPGIS文件轉換子系統(tǒng)把交換格式圖形還原為MAPGIS格式并保存；⑨檢查掛好的圖形文件有無變形和屬性丟失。
需要說明的是，MAPINFO與MAPGIS兩個平臺的數(shù)據(jù)結構畢竟不同，在頻繁轉換圖形格式的過程中也許會出現(xiàn)圖形變形和丟失，這種缺陷可以用整圖變換的方法來避免。
2.2 農(nóng)田整理潛力調(diào)查數(shù)據(jù)庫的建立
農(nóng)田整理潛力調(diào)查表的基本格式如下：行政村、隸屬鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)田面積、零星地、輔助地。為完整存儲農(nóng)田整理潛力調(diào)查數(shù)據(jù)并最大程度的減少存儲空間，圖形文件的數(shù)據(jù)結構應設計為表1。
表1 農(nóng)田整理潛力調(diào)查區(qū)屬性結構
在MAPGIS屬性管理子系統(tǒng)中為權屬區(qū)文件創(chuàng)建上述屬性結構，然后保存文件，并打開存儲有補充調(diào)查數(shù)據(jù)的表格文件；這時采用上述掛庫方法即可開始掛庫；屬性掛接完畢，農(nóng)田整理潛力調(diào)查數(shù)據(jù)庫即建成。
2.3 村莊整理潛力調(diào)查數(shù)據(jù)庫的建立
村莊整理潛力調(diào)查表的基本格式如下：行政村、隸屬鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊面積、農(nóng)村人口、期末人口、閑置土地、用地標準。為完整存儲村莊整理潛力調(diào)查數(shù)據(jù)并最大程度的減少存儲空間，圖形文件的數(shù)據(jù)結構應設計為表2。
表2 村莊整理潛力調(diào)查區(qū)屬性結構
2.4 土地開發(fā)潛力調(diào)查數(shù)據(jù)庫的建立
經(jīng)規(guī)范整理后，土地開發(fā)潛力調(diào)查表可轉換為如下格式：行政村、隸屬鄉(xiāng)鎮(zhèn)、宜開發(fā)面積、增加農(nóng)用地、增加耕地。為完整存儲土地開發(fā)潛力調(diào)查數(shù)據(jù)并最大程度的減少存儲空間，圖形文件的數(shù)據(jù)結構應設計為表3。
表3 土地開發(fā)潛力調(diào)查區(qū)屬性結構
3 基于 GIS 的土地整理潛力評價
3.1 農(nóng)田整理潛力研究模型
農(nóng)田整理潛力就是指耕地整理后可以新增耕地的潛力，該潛力來源于農(nóng)田中零星未利用地和輔助生產(chǎn)設施用地的縮減與轉化，基于以上思想，將耕地整理潛力測算模型制作如下：
a＝k－a′；Δs＝a×s
式中，a為增加耕地系數(shù)；k為零星未利用地、輔助設施用地占農(nóng)田比率；a′為標準農(nóng)田系數(shù)；Δs為可增加耕地面積；s為農(nóng)田面積。
模型中各項參量存儲在補充調(diào)查數(shù)據(jù)庫中，要獲得潛力測算結果，只需采用合適的GIS數(shù)據(jù)庫查詢工具。MAPGIS空間分析子系統(tǒng)具備基本的屬性運算功能，可以滿足潛力測算的要求。執(zhí)行查詢只能求出Δs，經(jīng)過多次使用雙屬性四則運算，最終可獲得耕地整理潛力。
測算出農(nóng)田整理潛力后，還需要對所有耕地整理潛力評價單元進行潛力級別的劃分，該環(huán)節(jié)可以在MAPGIS輸入編輯子系統(tǒng)中，組合使用“根據(jù)屬性賦參數(shù)”、“根據(jù)參數(shù)賦屬性”等命令來實現(xiàn)。
3.2 村莊整理潛力研究模型
村莊整理潛力即是對村莊用地進行整理后增加農(nóng)用地尤其是耕地的空間。村莊潛力來源于農(nóng)村人口的轉移和人均建設用標準的下降。村莊潛力測算模型可以制定如下：
Z＝ΔS×K；ΔS＝S0 －St；a＝Z/S0；St＝B×Qt
式中，Z為增加耕地面積，K為標準比率，ΔS為增加農(nóng)用地面積，S0 為規(guī)劃基期農(nóng)村居民點面積，St為規(guī)劃期末農(nóng)村居民點面積，a為增加耕地系數(shù)，B為規(guī)劃人均用地標準，Qt 為規(guī)劃期末農(nóng)村人口數(shù)。
模型中各種參量存儲在前期工作所建立的GIS數(shù)據(jù)庫中，可以使用GIS屬性運算工具進行查詢處理，以獲得村莊整理潛力。
在測算村莊整理潛力時，采用MAPINFO的SQL查詢功能。執(zhí)行查詢將獲得所有村莊潛力評價單元增加耕地、增加農(nóng)用地和增加耕地系數(shù)等潛力測算結果。通過執(zhí)行類似的SQL查詢語句，同樣可以實現(xiàn)村莊整理潛力級別的劃分。
3.3 土地整理潛力匯總結果的輸出
上述各類潛力研究均在GIS環(huán)境下進行，獲得的研究結果仍然存儲于GIS數(shù)據(jù)庫，而GIS在文字和表格編輯方面并不具備優(yōu)勢，為了便于進一步數(shù)據(jù)分析和成果輸出，需要把GIS數(shù)據(jù)庫中的潛力數(shù)據(jù)輸出為獨立的電子表格，而不是仍然依附于圖形數(shù)據(jù)。
MAPGIS的屬性管理子系統(tǒng)在海量屬性數(shù)據(jù)管理方面存在一定的穩(wěn)定性問題，并且很難與其他屬性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)順利對話。借助MAPGIS的另一子系統(tǒng)“報表定義”，可以彌補屬性管理系統(tǒng)的不足，避免字段丟失：①把GIS數(shù)據(jù)庫中包含潛力評價屬性成果的圖形文件調(diào)入MAPGIS屬性管理工作區(qū)，轉換為MAPGIS內(nèi)部屬性表文件——WB格式，該轉換不必設置ODBC；②打開MAPGIS報表定義子系統(tǒng)，使用其屬性轉文本的功能，把WB表文件進一步轉換為特定的數(shù)據(jù)庫自由表，這樣就完成了潛力數(shù)據(jù)的輸出；③使用Excel等電子表格系統(tǒng)就能制作出格式美觀的潛力匯總表。
在河南省部分縣（市）土地開發(fā)整理規(guī)劃的編制過程中，MAPGIS、MAPINFO等GIS軟件被充分利用，Excel和Word等辦公軟件中的VBA開發(fā)工具也顯示了強大的數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢。GIS軟件和VBA技術相結合，部分實現(xiàn)了規(guī)劃信息處理自動化，也使一些人工難于處理的問題得到了較好的解決。
參考文獻
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王海南.信息技術與城市規(guī)劃.河南省南陽市規(guī)劃設計院，2002.9
河南省土地開發(fā)整理潛力研究.河南省土地勘測規(guī)劃院，2002.3
李得仁、關澤群.將GIS數(shù)據(jù)直接納入圖像處理.武漢測繪科技大學學報，1999，24 （3）
GIS里面的東西很多！軟件也很多~我以前學過ArcGIS，這個軟件是國內(nèi)用的最多的，也是空間分析最厲害的，一般作圖都可以，還有ArcVIEW這個比ArcGIS簡單，側重作圖。還有就是ILWIS這個國內(nèi)用的很少，教材也是英文的，我最近在學??！你們公司用的肯定是ArcGIS，所以你想了解我大概給你講一下?。?/p>
主要有2種數(shù)據(jù)，一個是矢量數(shù)據(jù)，側重做規(guī)劃什么的，就是和規(guī)劃類關系比較大，也可以與系統(tǒng)開發(fā)相集成。另外一個是柵格數(shù)據(jù)，側重空間分析的，就是和學者寫論文，研究用的比較多，他也可以與系統(tǒng)開發(fā)集塵，系統(tǒng)開發(fā)！！你要學習的話線看看公司是做系統(tǒng)的還是做什么的，然后從一個數(shù)據(jù)的操作入手，先學習一中數(shù)據(jù)的使用??！
順便推薦給你2本書！！極端初級的《地理信息系統(tǒng)ArcGIS實習教程》趙軍的
一般基礎的《ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析試驗教程》湯國安的！
做這個的公司收入都不錯的，職員的話錢也不少的！！好好干
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第一章 概述：介紹了什么是WebGIS，并對目前常見的開源WebGIS軟件進行了介紹。
第二章 WebGIS開發(fā)基礎：對WebGIS開發(fā)涉及到的各種基礎開發(fā)知識進行了講解，指導讀者快速入門WebGIS。
第三章 Openlayers開發(fā)基礎：對Openlayers Javascript開發(fā)庫的框架設計、API組成和開發(fā)調(diào)試方式進行了講解，指導讀者快速了解Openlayers。
第四章 Openlayers快速入門：對Openlayers中提供的常用的10個控件的二次開發(fā)進行了講解，指導讀者快速開發(fā)出一個簡單的網(wǎng)絡地圖應用。
第五章 Openlayers之多源數(shù)據(jù)展示篇：通過豐富的示例講解了Openlayers中如何顯示來自各種網(wǎng)絡地圖服務商提供的地圖數(shù)據(jù)，指導讀者實現(xiàn)各種網(wǎng)絡地圖、KML、GPX、GeoJSON等開放數(shù)據(jù)源的疊加顯示。
第六章 Openlayers之圖形繪制篇：本章重點講解了WebGIS應用中常用的點、線、矩形、多邊形、圓等瀏覽器客戶端的圖形繪制功能，指導讀者開發(fā)出各種鼠標交互圖形繪制功能。
第七章 Openlayers之OGC篇：對Openlayers中如何加載WMS、WMTS、WFS、WCS圖層進行了示例講解，指導讀者快速掌握OGC服務數(shù)據(jù)的對接。
第八章 Openlayers之高級功能篇：對Openlayers中投影、熱區(qū)、聚合標注、熱點圖、統(tǒng)計圖、標繪等高級功能進行了示例講解，指導讀者快速高效地開發(fā)高級WebGIS功能。
第九章 Openlayers之項目實戰(zhàn)：結合一個具體的項目需求進行開發(fā)實戰(zhàn)，配以詳細的程序示例，講解如何將Openlayers中的常用功能應用到項目實踐中，指導讀者基于前面章節(jié)中的Openlayers開發(fā)知識進行WebGIS系統(tǒng)開發(fā)。
本書可用于開設GIS專業(yè)的各大院校作為網(wǎng)絡GIS課程的教材和教輔參考書，本書迎合WebGIS客戶端開發(fā)技術的趨勢和讀者需求，適時推出本書，可作為學習WebGIS和Openlayers的入門及高級應用教材，也可供GIS領域科研工作者、高校師生及IT技術人員作為技術參考書。
基金項目：國家杰出青年基金項目（40225006），國家教育部重點項目（010886），南京大學985工程項目。
索文斌 王寶軍 施斌 劉杰
（南京大學地球科學系地球環(huán)境計算工程研究所，南京，210093）
【摘要】BOTDR是一種新型的分布式光纖傳感監(jiān)測技術，其分布式、高精度、長距離、實時性、遠程控制等特點，已逐漸受到工程界的廣泛關注。由于監(jiān)測是分布式的，所以得到的數(shù)據(jù)與地理位置具有重要的相關性。結合工程實踐中遇到的具體問題，研發(fā)了一套基于GIS的大型工程分布式光纖傳感監(jiān)測系統(tǒng)。本文重點論述系統(tǒng)的設計要求，包括設計目標、技術框架和特色功能。結合某隧道 BOTDR監(jiān)測工程開發(fā)的一套相應的監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了工程監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集與管理、監(jiān)測結果的可視化、監(jiān)測信息的對比查詢等功能，是一套集智能化分析與決策化管理為一體的多功能管理系統(tǒng)。
【關鍵詞】BOTDR GIS 分布式光纖傳感器 監(jiān)測系統(tǒng)
1 引言
光纖傳感技術以其良好的耐久性、抗腐蝕、抗電磁干擾，適合于在惡劣環(huán)境中長期工作等優(yōu)點受到越來越多的工程建設者和科研人員的重視[～3]。BOTDR(Brillouin Optic Time-Domain Reflectometer）布理淵光時域反射計，作為新型的分布式傳感技術，逐漸得到工程界的認可。日本、加拿大、瑞士等國已成功地將該技術應用到水壩、樁基、邊坡、堤岸等工程的監(jiān)測中[～3]。我國自2001年由南京大學地球環(huán)境計算工程研究所率先從日本引進該技術以來，開展了大量的室內(nèi)外實驗研究，并成功地完成了多個工程項目，取得了一系列重要的研究成果[4-7]。
在具體應用中，BOTDR所提供的監(jiān)測結果存在諸如直觀表現(xiàn)差、數(shù)據(jù)配準和空間定位困難、綜合管理功能弱等方面的缺陷，未經(jīng)過系統(tǒng)培訓的工程技術人員，很難讀懂 BOTDR的監(jiān)測結果，后期成果處理也非常繁瑣。本文針對大型工程分布式光纖傳感監(jiān)測領域存在的數(shù)據(jù)分析與管理中存在的不足，提出了一套比較切合工程實際的解決方案，并結合具體工程實例設計和開發(fā)了一套應用系統(tǒng)。實踐表明，該系統(tǒng)可以很好地實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集與管理、監(jiān)測結果的可視化顯示以及監(jiān)測信息的對比查詢等功能。
2 問題的提出
2.1 BOTDR的監(jiān)測原理[1]
激光在光纖中傳播時，光波與光聲子相互作用即會產(chǎn)生布理淵散射光。當環(huán)境溫度的變化量不大（T≤5°）時，布理淵光頻率漂移量（vB）與光纖所受的應變量（ε）成正比，其關系式如下式所示：式中：υB（ε）表示光纖受到ε應變時的布理淵頻率漂移量；υB(0）表示光纖不受應變時的布理淵頻率漂移量；
為比例系數(shù)，約為0.5GHz；ε為光纖的實際應變量。
地質(zhì)災害調(diào)查與監(jiān)測技術方法論文集
為了得到沿光纖分布的應變信息，只需測量沿光纖分布的布理淵頻率漂移量的變化情況，沿光纖距離光源為Z長度的點可由下式求得：
地質(zhì)災害調(diào)查與監(jiān)測技術方法論文集
式中：c為光速，n為光纖折射率，T為自激光發(fā)射與接收到布理淵散射光所經(jīng)歷的時間。
監(jiān)測原理如圖1所示。
圖1 BOTDR的應變監(jiān)測原理圖
2.2 BOTDR在結果表現(xiàn)上存在的問題
在實際工程應用中，根據(jù)工程實際情況的不同，可按照不同的黏著方式將傳感光纖粘貼在所需監(jiān)測結構（或材料）的表面，從而獲得被粘貼結構（或材料的）沿光纖的徑向應變分布信息。但 BOTDR所提供的監(jiān)測結果存在以下幾個方面的缺陷：
（1）海量數(shù)據(jù)的綜合管理缺陷。BOTDR提供的監(jiān)測數(shù)據(jù)是沿光纖徑向的每一點的應變信息（點之間的間距和儀器的距離分解度相關），而這些點的應變信息是以數(shù)據(jù)點的形式給出的，造成原始數(shù)據(jù)繁多復雜。
（2）實際里程與監(jiān)測結果的數(shù)據(jù)配準問題。分布式光纖傳感器在實際鋪設過程中，出于定位需要，經(jīng)常預留一些冗余光纖，為了將所測得的應變量和實際的光纖里程對應起來，必須獲得發(fā)生應變部位距離光纖光源的實際里程，而 BOTRD提供的監(jiān)測里程是光纖的實際長度（包括冗余部分），并不是工程實際里程，也就是說監(jiān)測結果與實際里程之間存在數(shù)據(jù)配準問題。
（3）監(jiān)測結果的直觀表現(xiàn)不佳。BOTDR原始監(jiān)測系統(tǒng)并不提供閾值設定功能，即對于特定的工程而言，我們必須人為地設定閾值尋找應變異常信息。
（4）實測數(shù)據(jù)影響因子多。BDTOR監(jiān)測結果是在諸如溫度影響在內(nèi)的多種因子的影響下測得的數(shù)據(jù)，未經(jīng)處理的實測數(shù)據(jù)可信度差。
（5）缺乏面向最終用戶的監(jiān)測數(shù)據(jù)。BOTDR監(jiān)測結果是未經(jīng)配準和處理的純文本文件，這些數(shù)據(jù)并不是面向最終用戶，而是面向具有 BOTDR操作經(jīng)驗的科研人士，也就是說未經(jīng)專業(yè)培訓的工程技術人員很難讀懂 BOTDR的原始成果。
3 基于GIS的大型工程分布式光纖傳感監(jiān)測系統(tǒng)設計
3.1 系統(tǒng)設計目標
針對上述所存在的問題，基于GIS的大型工程分布式光纖傳感監(jiān)測系統(tǒng)應該遵循以下的總體設計目標：
（1）完成對所監(jiān)測工程的日常健康診斷，分析工程安全性。以應變分析為核心，建立工程安全評價體系，完成對影響規(guī)劃、管理、決策及科學研究的數(shù)據(jù)進行儲存更新、查詢檢索、智能評價、統(tǒng)計分析、類比判別和制圖制表等任務，提高工程管理質(zhì)量和效率。
（2）利用BOTDR提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)系統(tǒng)處理后再配合工程實地調(diào)查數(shù)據(jù)，完成以工程質(zhì)量為目標的各項監(jiān)測工作。應用橫向縱向兩方面類比模式監(jiān)測工程安全性，即利用不同光纖反饋回來的數(shù)據(jù)，以及同一根光纖不同時間測試的數(shù)據(jù)進行類比分析，得出工程可信的結果。
3.2 系統(tǒng)技術框架
結合目前GIS的發(fā)展趨勢，并考慮工程實際的可操作性，系統(tǒng)應用ESRI公司提供的MapOb-jects組件，在Visual Basic 6.0環(huán)境下開發(fā)了以組件式GIS為核心的管理系統(tǒng)，系統(tǒng)的技術框架如圖2所示：
圖2 系統(tǒng)技術框架圖
從圖2的技術框架圖中可以直觀地看出，系統(tǒng)設計以各種不同用戶的需求作為指導，并在開發(fā)中通過信息反饋不斷更新和完善系統(tǒng)功能及工作模式。系統(tǒng)以基礎地理及屬性數(shù)據(jù)庫為基礎利用GIS的開發(fā)實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的提取，結合光纖監(jiān)測數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的配準以及可視化表示，以不斷更新和完善的管理與決策數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)科學決策，構建集基礎功能、智能分析、決策管理于一體的多功能系統(tǒng)。
3.3 系統(tǒng)的功能與特色
基于GIS的大型工程分布式光纖傳感監(jiān)測系統(tǒng)基本實現(xiàn)了如圖3所示功能。
從圖3可以看出，該系統(tǒng)基本上可以解決工程監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集與管理、監(jiān)測結果的可視化顯示、監(jiān)測結果的智能化分析，是一個以工程應用為目標，以監(jiān)測結果為核心的多功能管理與智能化分析系統(tǒng)。
（1）圖層控制：系統(tǒng)加載多個圖層（ESRI的Shape文件、AutoCAD的DXF文件或圖像文件JPG、BMP、GIF、TIF等）。在使用中用戶可以通過圖層控制圖層是否可見、圖元顏色、可視化范圍、圖層順序等，以便于對特定圖層進行瀏覽。
圖3 系統(tǒng)的功能與特色
（2）視圖控制：系統(tǒng)提供圖像的放大、縮小，全局顯示、局部顯示，漫游等基本功能。
（3）動態(tài)標注：系統(tǒng)實現(xiàn)了空間任意位置的動態(tài)跟蹤標注。用戶點擊鼠標后可隨時獲得鼠標所在位置的屬性信息。
（4）數(shù)據(jù)維護：用戶可以選擇兩種不同方式查詢、檢索、更改數(shù)據(jù)，提供完善的從圖到屬性和從屬性到圖的數(shù)據(jù)查詢、檢索、更改方式。
（5）繪圖功能：系統(tǒng)提供自助的繪圖方式，用戶可按照自己的想法和要求新建圖層或者在原圖上自行繪制圖形，并根據(jù)程序提供的屬性表為數(shù)據(jù)添加屬性。
（6）元素選?。合到y(tǒng)能夠識別圖中選取的元素，通過線、矩形、區(qū)域、多邊形、圓來拾取物體，并顯示拾取元素的屬性數(shù)據(jù)。當選中特定位置的光纖時，光纖以閃爍3次來回應用戶選中的光纖。
除上述功能之外，鑒于分布式光纖監(jiān)測的工程特點，本系統(tǒng)還具備以下幾個特色功能：
（1）數(shù)據(jù)分析：系統(tǒng)以繪制專題應變曲線圖的方式提供數(shù)據(jù)分析功能。通過 BOTDR實測數(shù)據(jù)，繪制光纖應變曲線專題圖，根據(jù)不同的閾值設置不同顏色的應變曲線圖。
（2）數(shù)據(jù)配準：在實測數(shù)據(jù)與工程實際里程之間，根據(jù)實際工程光纖鋪設的特征數(shù)據(jù)信息（光纖定位信息），系統(tǒng)提供一個精確的配準模塊，誤差小，應用性強。
（3）圖例顯示：系統(tǒng)提供獨特的圖例，便于工程管理。如，實際工程若鋪設5根光纖，并且光纖鋪設在不同墻面，采取二維示意圖顯示，可以繪制不同的圖例顯示，用以區(qū)別不同墻面鋪設的不同光纖。
（4）對比查詢：系統(tǒng)提供了由系統(tǒng)操作主界面至應變曲線繪制界面的對比查詢方式，用戶可選則從圖到曲線或從曲線到圖的兩種方式進行結果查詢，這樣，工程監(jiān)測的質(zhì)量和效率就大大提高了。
4 工程應用實例
4.1 工程概況
某隧道工程是一湖底隧道，全長約2.56km，其中湖底隧道長約1.66km，為雙向六車道，三箱室結構形式，其中左右兩個箱式為車行道，中間箱室為凈寬3m的管廊與檢修通道。隧道設計寬約32m，凈空高度4.5m，設計車速為60km/h。
2002年7月，隧道項目指揮部經(jīng)反復調(diào)研和論證后，決定采用BOTDR技術進行隧道整體變形監(jiān)測。2002年11月～12月，項目組完成了傳感光纖鋪設，鋪設情況如圖4所示，并分階段對隧道變形進行監(jiān)測。2003年1月～4月，為施工監(jiān)測階段，2003年5月通車后至9月為常規(guī)監(jiān)測階段。施工監(jiān)測階段主要進行由于后期施工對隧道變形的影響以及隧道箱體接縫變形監(jiān)測，監(jiān)測頻率為2天/次。常規(guī)監(jiān)測階段主要進行通車條件下隧道穩(wěn)定性監(jiān)測，監(jiān)測頻率3～5次/周。
圖4 某隧道光纖總體平面布置圖
4.2 隧道工程監(jiān)測數(shù)據(jù)管理的系統(tǒng)實現(xiàn)
4.2.1 數(shù)據(jù)準備
系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)包括施工區(qū)域圖、隧道信息、光纖鋪設信息、光纖監(jiān)測數(shù)據(jù)等四大類。這四類數(shù)據(jù)既包含了空間信息數(shù)據(jù)又包含了屬性數(shù)據(jù)，是構成系統(tǒng)數(shù)據(jù)結構的基礎，又是系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析和管理的前提。
（1）施工區(qū)域圖。主要提供隧道基本信息與周邊環(huán)境狀況，用以確定施工地理信息、施工線路等，為繪制隧道二維示意圖提供標準。
（2）隧道信息。主要提供隧道縱剖面、橫剖面信息。橫剖面信息用于了解光纖鋪設里程和方位，縱剖面信息主要用于掌握具體施工操作面，為準確繪制隧道二維示意圖做數(shù)據(jù)基礎。
（3）光纖鋪設信息。主要提供傳感光纖鋪設信息。擬鋪設的5條傳感光纖處在隧道南洞、北洞不同的墻面上，每條光纖的實際鋪設長度與工程里程必有誤差，通過在鋪設過程中了解光纖定位信息，為數(shù)據(jù)配準模塊提供數(shù)據(jù)基礎。
（4）光纖監(jiān)測數(shù)據(jù)。主要指 BOTDR實測應變數(shù)據(jù)，這些實測數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)配準、閾值設定等系統(tǒng)轉換處理后，將得到精確的隧道不同位置的應變信息。
4.2.2 系統(tǒng)工作流程
數(shù)據(jù)管理與分析是該系統(tǒng)的核心組成部分，是得到精確工程監(jiān)測信息的重要組成部分。數(shù)據(jù)管理與分析主要靠以下流程來實現(xiàn)：
步驟一：數(shù)據(jù)準備
將BOTDR實測數(shù)據(jù)以＊.txt文件存放到指定位置，以備數(shù)據(jù)處理調(diào)用。
步驟二：選擇光纖
在5根鋪設的光纖中，在主操作界面中點擊所需監(jiān)測光纖，即完成所需光纖的選擇，點擊所選光纖時，與之相對應的系列在后臺被調(diào)入。
步驟三：選擇系列
所謂系列，就是不同時間監(jiān)測的不同光纖的應變信息和數(shù)據(jù)配準信息。選擇系列操作包括調(diào)入監(jiān)測數(shù)據(jù)，選擇數(shù)據(jù)配準，設置隧道變形閾值等。
步驟四：應變分析
進行系列選擇之后，選擇繪制曲線，系統(tǒng)即在新窗口繪制出經(jīng)數(shù)據(jù)配準的隧道整體應變分析圖。
除上述主要數(shù)據(jù)管理與分析功能之外，系統(tǒng)還設置了分段管理與分析的功能，即通過對所需監(jiān)測段進行設置起點、設置終點操作，進行局部數(shù)據(jù)的管理與分析。另外，系統(tǒng)還提供了由圖到曲線（或曲線到圖）的對比查詢方式，選擇圖到曲線（或曲線到圖）的菜單項之后，圖和曲線完美地對應起來，并提供了閾值設定功能，做到自動預警，避免人為干擾。圖5至圖7顯示了系統(tǒng)數(shù)據(jù)與管理功能的操作界面，其中，圖5為數(shù)據(jù)分析界面，圖6為選擇系列界面，圖7為隧道應變分析曲線界面。
圖5 數(shù)據(jù)分析界面圖
圖6 選擇系列界面
圖7 隧道應變分析曲線界面
5 結語
綜上所述，應用GIS管理分布式光纖監(jiān)測工程可實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的高效管理。GIS以其獨特的數(shù)據(jù)管理、查詢、檢索、分析模式成為工程管理的首選。它的海量數(shù)據(jù)分層管理、數(shù)據(jù)結果的可視化表現(xiàn)、實現(xiàn)雙向查詢、面向最終用戶的特點更顯示其理想的工程管理能力。具體的說，系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：
（1）系統(tǒng)改善了BOTDR原系統(tǒng)中海量數(shù)據(jù)的綜合管理模式，結果顯示更加清晰直觀。
（2）系統(tǒng)設置了數(shù)據(jù)配準、閾值管理等模塊，監(jiān)測結果可直接應用，避免了人為判別的誤差，提高了工作效率。
（3）系統(tǒng)采用可視化顯示，面向最終用戶，無須對具體工程監(jiān)測人員進行系統(tǒng)培訓。
（4）系統(tǒng)實現(xiàn)了工程監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集與管理、監(jiān)測結果的可視化顯示、監(jiān)測信息的對比查詢等功能，是一個集智能化分析與決策化管理為一體的多功能管理系統(tǒng)。
本系統(tǒng)以具體工程為實例，具有更加科學、高效、直觀、方便等優(yōu)點，并減少了BOTDR監(jiān)測結果的后期人為干擾，使得測試結果更加客觀、準確，有利于科學管理和提高效率。
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