物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在基坑監(jiān)測中的應(yīng)用研究

【摘要】現(xiàn)代建筑不斷向智能化、節(jié)能環(huán)保化方向發(fā)展，對建筑安全監(jiān)管技術(shù)和方法也提出了新的要求，精準(zhǔn)、高效、安全、綜合的數(shù)據(jù)正成為時代的需要，采用傳統(tǒng)的人工測量模式顯然是無法滿足這方面的需求的。本文以傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及光纖通訊為基礎(chǔ)，以計算機數(shù)據(jù)處理技術(shù)為平臺，構(gòu)建一套自動化、智能化、實時性強的基坑安全監(jiān)測系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上展望了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑行業(yè)中的發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】基坑；物聯(lián)網(wǎng)；傳感器；監(jiān)測

建筑行業(yè)普遍存在著重建設(shè)輕管理、重經(jīng)濟輕安全的跛腳，在深基坑安全監(jiān)管的過程中也暴露出常規(guī)測量手段存在的一些問題。該基坑監(jiān)測方式具有以下弊端：1）紙質(zhì)數(shù)據(jù)記錄容易遺失、損壞；2）數(shù)據(jù)在采集和分析整理過程中存在很多人為因素的干擾和影響，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真；3）監(jiān)測過程易受天氣、突發(fā)事件等影響而延期；4）監(jiān)測工作存在一定的安全隱患；5）監(jiān)測數(shù)據(jù)到分析報表的傳遞過程會產(chǎn)生一定的滯后性； 6）報告的可讀性差。

鄭夏翊等[3-4]學(xué)者針對建筑行業(yè)安全監(jiān)測管理進行了多方面的研究，運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立建筑工程監(jiān)管體系，也為解決基坑安全監(jiān)測管理上的弊端指明了研究方向。筆者在此基礎(chǔ)上，根據(jù)實踐應(yīng)用提出了基于感知傳感技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)基坑監(jiān)測系統(tǒng)，為基坑安全監(jiān)測構(gòu)建一套行之有效的監(jiān)控平臺。

1、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基坑安全監(jiān)測平臺的建立

物聯(lián)網(wǎng)把新一代移動通信、云計算、下一代互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星通信等技術(shù)的融合，充分整合網(wǎng)絡(luò)內(nèi)人員、機器、設(shè)備和設(shè)施，滲透于未來生活的各個層面。蒙海濤等[1-2]學(xué)者基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用，提出了智能電網(wǎng)、農(nóng)業(yè)環(huán)境、大氣環(huán)境等監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)方案?；趥鞲衅鞯奈锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)多參數(shù)的監(jiān)測，以計算機數(shù)據(jù)處理技術(shù)為平臺，構(gòu)建一套自動化、智能化、實時性強、安全可靠的安全管理平臺是解決當(dāng)前基坑監(jiān)測工程弊端的有效手段。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基坑安全監(jiān)測管理平臺主要由三大部分構(gòu)成 ：感知測量網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺。該平臺通過傳感設(shè)備、控制設(shè)備，按約定通訊協(xié)議，將傳感器信息或傳感器間的互動信息與通訊網(wǎng)絡(luò)連接起來，進行信息交換和通信，實現(xiàn)智能化識別、實時采集、監(jiān)控和管理等功能。

感知測量作為物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，負責(zé)整個基礎(chǔ)層面應(yīng)力、應(yīng)變、位移等參數(shù)數(shù)據(jù)的采集。該部分采用通過傳感技術(shù)，由布設(shè)在目標(biāo)點位的各類傳感器組網(wǎng)構(gòu)成。

數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行感知測量網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部數(shù)據(jù)的交流及感知網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用平臺的數(shù)據(jù)互動。該網(wǎng)絡(luò)以移動網(wǎng)絡(luò)平臺和光纖網(wǎng)絡(luò)平臺為基礎(chǔ)，充分利用現(xiàn)有通訊資源實現(xiàn)。在移動通訊網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動下，可以想象在不久的未來“一鍵采集，實時報告”都將盡在掌中。

基坑工程安全監(jiān)測應(yīng)用平臺通過軟硬件的結(jié)合，重在分析挖掘數(shù)據(jù)，最終以可視化圖表展示檢測結(jié)果，發(fā)揮優(yōu)化設(shè)計和及時反饋指導(dǎo)工程安全施工的作用。

2、基于物聯(lián)網(wǎng)的基坑安全監(jiān)測平臺的應(yīng)用

現(xiàn)代建筑基坑的支護形式在不斷改變，基坑安全監(jiān)測參數(shù)也從少數(shù)物理量發(fā)展到位移、應(yīng)力、應(yīng)變、力以及其他基本物理性質(zhì)的多場耦合監(jiān)測。以珠海橫琴某采用內(nèi)支撐梁支護形式基坑監(jiān)測工程為例：

2.1 感知監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成

在檢測行業(yè)，通過把傳感器嵌入到路橋、管線、構(gòu)筑物等各監(jiān)控目標(biāo)中，并利用移動網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)與各式樣采集設(shè)備的溝聯(lián)，實現(xiàn)監(jiān)測服務(wù)體系與監(jiān)督管理系統(tǒng)的有機整合，遠程檢測目標(biāo)參數(shù)。具有低功耗、可靠穩(wěn)定性強、成本低、小微化等代表特征的傳感器產(chǎn)品，正成為改變未來監(jiān)測行業(yè)發(fā)展模式 的核心動力。

基于物聯(lián)網(wǎng)的基坑安全監(jiān)測平臺針對所涉及的監(jiān)測參數(shù)內(nèi)容，應(yīng)用傳感器組件構(gòu)建感知測量網(wǎng)絡(luò)，具體解決方案如下：

2.2 數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成

基坑安全監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)由多種通訊方式混合構(gòu)成。傳感器組件具有分布散亂、通訊頻率低、易受施工影響等特點，直接單點采用GPRS無線移動通訊方式成本高，實施難度大，一般采用RS485通訊方式將其與多通道數(shù)據(jù)采集儀鏈接組網(wǎng)，再將多通道數(shù)據(jù)采集儀與平臺服務(wù)器通過GPRS無線移動通訊模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)。

基坑監(jiān)測平臺的用戶工作性質(zhì)跨度比較大，從政府管理人員、業(yè)主、檢測單位、監(jiān)理到現(xiàn)場施工人員，工作習(xí)慣、辦公場所與辦公條件都相差很大，平臺與用戶的鏈接方式需要多樣化，支持光纖通訊、移動網(wǎng)絡(luò)通訊等方式。

2.3 基坑安全監(jiān)測應(yīng)用平臺的構(gòu)成

應(yīng)用平臺軟件采用云數(shù)據(jù)技術(shù)，結(jié)合SQL數(shù)據(jù)庫管理軟件，以通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為紐帶，以定量分析為主，采用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型建立。采用統(tǒng)一后臺服務(wù)器管理原始數(shù)據(jù)，將作業(yè)人員與原始數(shù)據(jù)隔離，確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。

為提高監(jiān)測結(jié)果的可讀性，平臺還在此基礎(chǔ)上結(jié)合多媒體進行了功能上的拓展，包括數(shù)據(jù)圖表化顯示、數(shù)據(jù)對比性分析、APP掌上查詢、滯后分析、安全性評價等。同時，根據(jù)用戶權(quán)限進行分層管理，對各級權(quán)責(zé)進行分工細化。并進行數(shù)據(jù)源定時追溯、報警聯(lián)動、人員調(diào)度、決策支持等管理和服務(wù)功能，簡化工作作業(yè)流程，提高資源利用率和安全生產(chǎn)水平。

結(jié)論：

本文結(jié)合工程案例論述了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基坑監(jiān)測自動化平臺建立的可行性方案， 以傳感器作為感知節(jié)點，以移動通訊技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)通道，從安全管理的實際需要出發(fā)，以計算機技術(shù)為核心，實現(xiàn)基坑安全監(jiān)測、監(jiān)管和應(yīng)急預(yù)警的一體化建設(shè)，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)實時、智能的技術(shù)優(yōu)勢。在大數(shù)據(jù)時代，以關(guān)聯(lián)分析、成因分析及決策支持為核心的深入分析能力將成為基坑安全監(jiān)測工作的核心，對于數(shù)據(jù)的整合和有效挖掘?qū)⒊蔀榘踩O(jiān)管新的發(fā)展方向，基于傳感器感知網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用將實現(xiàn)建筑生命周期的全過程無縫監(jiān)管，為提高建筑行業(yè)的安全有序發(fā)展提供了有效的監(jiān)管手段。

參考文獻：

[1]蒙海濤，張驥，易曉娟，薛嬌嬈.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2013，01：10-12+86.

[2]鄭夏翊，李惠萍，駱王成，胡成功.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在項目質(zhì)量安全管理中的應(yīng)用[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2013，02：101-106.