地質(zhì)工程施工的機(jī)械自動(dòng)化應(yīng)用分析

王鳳超

（平頂山學(xué)院，河南 平頂山 467001）

在以往的地質(zhì)程建設(shè)中，所采用的落后技術(shù)多數(shù)是人工作業(yè)，靠人力手提肩扛施工平極其低下。時(shí)代發(fā)展到了今天，大型自動(dòng)化的施工機(jī)械越來越普遍的應(yīng)用在地質(zhì)工程施工建設(shè)中，大大解放了勞動(dòng)力提高了施工效率減少了人工成本。而且以往人工所達(dá)不到的在非常惡劣的天氣下，非常危險(xiǎn)的環(huán)境中在這樣的環(huán)境下施工，現(xiàn)在完全可以采用機(jī)械自動(dòng)化來完成[1]。

1 地質(zhì)工程自動(dòng)化施工技術(shù)特點(diǎn)

1.1 機(jī)械自動(dòng)化的意義

機(jī)械自動(dòng)化的意義是在不需要人為干預(yù)的情況下，機(jī)械會(huì)按照預(yù)先植入的指令自動(dòng)的進(jìn)行各種機(jī)械操作，還可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效的管控。這種自動(dòng)化的機(jī)械，可以大大的解放生產(chǎn)力，提高施工效率使人力所達(dá)不到的施工成為可能，降低施工難度提高施工質(zhì)量，是現(xiàn)代化施工作業(yè)的發(fā)展方向[2]。

1.2 機(jī)械自動(dòng)化管理

一個(gè)地質(zhì)工程施工建設(shè)工程現(xiàn)場有眾多的機(jī)械操作方法不盡相同，機(jī)械操作需要應(yīng)對(duì)現(xiàn)場材料的擺放和設(shè)備的停放位置等問題，機(jī)械實(shí)現(xiàn)無人操作就要解決好這些問題。所以機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)要具有意識(shí)、報(bào)警、停止、安全距離這些功能[3]。

1.3 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的位置識(shí)別

可以自動(dòng)尋找位置和人工智能選擇執(zhí)行命令就是我們所追求的工程自動(dòng)化技術(shù)。當(dāng)前的地質(zhì)工程施工方面，自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用在地質(zhì)工程的機(jī)械設(shè)備上。外部位置識(shí)別方法也可以應(yīng)用在一些設(shè)備上。設(shè)置幾個(gè)指標(biāo)是內(nèi)部識(shí)別的條件，超聲波技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部識(shí)別；現(xiàn)場不用借助人力在外部識(shí)別的時(shí)候，測速傳感器和其他一些傳感設(shè)備可以幫助機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)外部識(shí)別具體位置的需要。

1.4 認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)施工對(duì)象

讓自動(dòng)化的機(jī)械設(shè)備識(shí)別不同的施工環(huán)境和命令，通常會(huì)用到超聲波傳感技術(shù)和圖像處理技術(shù)。無人液壓挖掘機(jī)通過一個(gè)超聲波傳感器來識(shí)別施工的準(zhǔn)確位置。

1.5 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的機(jī)群控制

一項(xiàng)全面的管理功能是機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的機(jī)群控制功能。幾個(gè)工程一同進(jìn)行的情況，在施工中經(jīng)常出現(xiàn)，那么就要各種機(jī)械同時(shí)工作。機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化聯(lián)合行動(dòng)，可以促使現(xiàn)場各種機(jī)械和諧的合作施工保障有秩序的施工現(xiàn)場。要保障所有機(jī)械都有秩序的工作，中央控制室需要向每個(gè)機(jī)械發(fā)出各種指令來控制機(jī)械自動(dòng)化工作。

2 機(jī)械自動(dòng)化在地質(zhì)工程中的應(yīng)用

2.1 地質(zhì)工程智能化應(yīng)用

在地質(zhì)工程目前廣泛的應(yīng)用上了自動(dòng)化控制技術(shù)。自動(dòng)測量技術(shù)應(yīng)用在地質(zhì)工程的測量上大大提高了施工效率，利用GPS開展衛(wèi)星定位測量技術(shù)。在自動(dòng)控制器中輸入指定的數(shù)據(jù)，測量工具自動(dòng)執(zhí)行操作，利用這種比較先進(jìn)的衛(wèi)星探測系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化的測量工作，比以前手提肩扛著設(shè)備方便了很多，由于地質(zhì)工程都是野外作業(yè)，有了自動(dòng)化的技術(shù)給技術(shù)人員減少了很多的勞動(dòng)力。

2.2 挖掘機(jī)作業(yè)的智能化應(yīng)用

機(jī)械自動(dòng)化操作應(yīng)用在挖掘機(jī)這樣的大型機(jī)械設(shè)備上，可以大量減少人工成本，提高工程效率保證施工質(zhì)量。對(duì)于自動(dòng)化控制挖掘機(jī)鏟斗的技術(shù)在對(duì)推土機(jī)的自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)上得到了靈感。激光技術(shù)應(yīng)用于對(duì)推土機(jī)鏟刀的精準(zhǔn)控制，對(duì)于反應(yīng)速度的控制是難點(diǎn)，如何解決這一難題，機(jī)械自動(dòng)化工程師經(jīng)過反復(fù)研究試驗(yàn)終于化解了這個(gè)問題。

自動(dòng)化挖掘機(jī)鏟斗的控制，由激光傳感測量器和自動(dòng)化激光系統(tǒng)組成，可以自動(dòng)測量挖掘深度，結(jié)合自動(dòng)挖掘系數(shù)來實(shí)現(xiàn)操控結(jié)果。該系統(tǒng)還包含對(duì)挖掘機(jī)本身機(jī)械的控制系統(tǒng)，可以控制挖掘機(jī)在規(guī)定的范圍內(nèi)，無人駕駛自動(dòng)作業(yè)。

3 機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

伴隨計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的提高，和高科技的一日千里高速的運(yùn)轉(zhuǎn)，計(jì)算機(jī)的核心處理器越來越小，“中國芯”已經(jīng)應(yīng)用在我國的航天和手機(jī)等各種領(lǐng)域，這也使嵌入技術(shù)普遍應(yīng)用在機(jī)械自動(dòng)化和地質(zhì)工程中。嵌入式的微處理器打造了機(jī)械自動(dòng)化地質(zhì)工程的健康診斷系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)作為應(yīng)用在地質(zhì)工程中的為實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化配套系統(tǒng)其作用也很大。

3.1 嵌入式系統(tǒng)概述

目前嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各種領(lǐng)域，包括地質(zhì)工程和服務(wù)行業(yè)等等，因?yàn)樗牟粩喟l(fā)展現(xiàn)在很難為嵌入系統(tǒng)進(jìn)行定義。隨意究竟嵌入式系統(tǒng)的本質(zhì)是什么？現(xiàn)在被業(yè)界普別接受的定義是：以計(jì)算機(jī)技術(shù)為載體，開發(fā)各種應(yīng)用程序，這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要滿足對(duì)于功耗和性能的嚴(yán)格要求。

嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是可以依據(jù)不同的需求，在特定的任務(wù)中做出不同處理的一盒軟件和硬件系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)因?yàn)橛蓄A(yù)測功能，所以會(huì)在很多的時(shí)間里做出處理。用戶不是直接控制這個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)會(huì)通過指令為不同的用戶實(shí)現(xiàn)很多特定的服務(wù)，所以運(yùn)行過程是可靠的。

3.2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

3.2.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

按功能可以將系統(tǒng)分成三部分：中心控制；現(xiàn)場控制端；自動(dòng)通信網(wǎng)。以下分別介紹。

（1）監(jiān)控中心。系統(tǒng)的核心部分是監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，數(shù)據(jù)的采集是由現(xiàn)場控制端自動(dòng)采集的，通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)來分析系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，保證通信網(wǎng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。操作人員只需要登陸電腦終端監(jiān)控中心就可以調(diào)度系統(tǒng)正常工作。

（2）通信網(wǎng)絡(luò)。目前光纖通信取代了傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)以光電形式高速傳輸，卸載的信息比以前大了很多倍，為了擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制終端系統(tǒng)只有一個(gè)地址。通信系統(tǒng)還有一個(gè)是GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸，各個(gè)用戶都可以通過移動(dòng)終端來接收和發(fā)放信息，來隨時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的安全狀況。

（3）現(xiàn)場監(jiān)控終端系統(tǒng)。系統(tǒng)的核心部分是監(jiān)控終端系統(tǒng)，它可以保證系統(tǒng)的安全，收集準(zhǔn)確的和模糊的數(shù)據(jù)，通過分析處理來保障網(wǎng)站的環(huán)境安全和整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)營質(zhì)量。對(duì)于系統(tǒng)的打造可以很多的功能和降低成本。鑲?cè)胧较到y(tǒng)的安裝調(diào)試十分簡單易于現(xiàn)場操作。

3.2 系統(tǒng)功能介紹

這是一套安全監(jiān)控系統(tǒng)，它包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多媒體應(yīng)用、分布式數(shù)據(jù)庫、數(shù)字模型技術(shù)和人工智能技術(shù)。它的執(zhí)行系統(tǒng)有綜合分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、綜合信息管理系統(tǒng)、輸入和輸出系統(tǒng)。

4 機(jī)械自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)損傷診斷法

4.1 結(jié)構(gòu)損傷的統(tǒng)計(jì)框架

結(jié)構(gòu)損傷診斷受到各種數(shù)據(jù)誤差和不確定因素的影響，誤差可以造成缺陷增加正確的信息減少不確定性可以減少誤差。健康的結(jié)構(gòu)檢測方法可以減少突變的產(chǎn)生，采集正確的信息可以減少失誤的發(fā)生。

所以只有提供正確的數(shù)據(jù)才能進(jìn)行有效的運(yùn)算，損傷診斷的準(zhǔn)則是置信區(qū)間，損傷識(shí)別的方法是統(tǒng)計(jì)測量。結(jié)構(gòu)損傷診斷可以用單側(cè)加設(shè)檢測來進(jìn)行。

4.2 整合統(tǒng)計(jì)信息的結(jié)構(gòu)動(dòng)力診斷

多位置損傷診斷法是基于模型更新多步混合，第一步清理損壞數(shù)據(jù)，保證識(shí)別損傷的方法是無小方差估計(jì)，第二公屏上查找損壞單位，對(duì)不確定數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，和反演迭代誤差也是一種方法，為了減少誤判和損傷采用統(tǒng)計(jì)方法是合理的。

這里的第一個(gè)方法有兩個(gè)步驟。

（1）采用常規(guī)的模式檢驗(yàn)信息的損傷識(shí)別碼，各階段殘余力的平衡考慮多模態(tài)效應(yīng)。

（2）通過模擬數(shù)據(jù)的分析，來對(duì)統(tǒng)計(jì)信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力診斷，有一定的隨機(jī)性可以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，采用蒙特卡洛公式進(jìn)行驗(yàn)算判斷收斂均值和方差。選擇和搜索損傷位置，對(duì)于在相應(yīng)的模態(tài)殘余力損傷和破壞的統(tǒng)計(jì)，為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確設(shè)定前后相等的方差。第三部是反演過程損傷流程，在對(duì)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)定位和量化損傷之前，這里所采用的方法，可以有效降低運(yùn)算量，只搜索可疑裝置由于正確的使用了檢測方法，大大的降低了噪聲。定位算上不準(zhǔn)確還制約著結(jié)構(gòu)動(dòng)力診斷，所以提高準(zhǔn)確性是一個(gè)函待解決的大問題，還要準(zhǔn)確的判斷位置和損傷。

5 結(jié)語

在地質(zhì)工程中廣泛應(yīng)用機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)，是大勢所趨必將伴隨著時(shí)代的發(fā)展將更加自動(dòng)化、集約化、現(xiàn)代化，本文詳細(xì)解析了機(jī)械自動(dòng)化在地質(zhì)工程中的應(yīng)用過程，由于機(jī)械自動(dòng)化和人工智能的應(yīng)用，地質(zhì)工程建設(shè)發(fā)生了翻天覆地的變化，機(jī)械自動(dòng)化的普遍運(yùn)用必將大大提高生產(chǎn)力，降低成本解放人工操作，使安全性、穩(wěn)定性、大大提高，還可以保證施工質(zhì)量是大勢所趨。