自動(dòng)化監(jiān)測在市政建設(shè)工程中的應(yīng)用

（深圳市勘察研究院有限公司，廣東深圳 518026）

近年來，我國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展迅速，部分城市開始修建隧道和橋梁，使人們出行更方便，減輕了城市交通的壓力。對于規(guī)模較大的市政建筑項(xiàng)目，建筑后的監(jiān)測較為重要，需要迅速輸入關(guān)于基本建筑條件、結(jié)構(gòu)變形等方面的信息。為了保證城市建設(shè)項(xiàng)目的質(zhì)量和安全，可引入自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)，以便進(jìn)行良好的監(jiān)測，該自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)首次用于水電站大壩監(jiān)測。隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，市政工程中廣泛應(yīng)用自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，展現(xiàn)出良好的監(jiān)測效果，可有效保證工程質(zhì)量和安全。

1 自動(dòng)化監(jiān)測的概念

自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)是一種基于統(tǒng)一監(jiān)控平臺(tái)的系統(tǒng)，可通過服務(wù)器自動(dòng)獲取各種設(shè)備信息。設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，可通過聲光報(bào)警將故障信息作為數(shù)據(jù)傳送給操作人員，使操作人員更準(zhǔn)確、更迅速地定位故障位置，并確定故障原因。應(yīng)用自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)使操作人員擺脫了手動(dòng)控制和眾多設(shè)備，在自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)中，總控可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量信號(hào)傳輸，傳輸較為安全。在傳統(tǒng)的監(jiān)測方法中，信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測主要由人工進(jìn)行操作，難以保證抽樣測試的準(zhǔn)確性和速度。在自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了一個(gè)全新的綜合監(jiān)測系統(tǒng)，連接計(jì)算機(jī)，利用視覺音頻監(jiān)測設(shè)備，收集數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測，捕獲所傳輸?shù)囊曈X音頻信號(hào)的變化，并采取適當(dāng)措施。自動(dòng)化檢測方式可快速捕捉目標(biāo)變形，為建筑項(xiàng)目提供有效的信息。

1.1 自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）與傳統(tǒng)的受環(huán)境因素影響的人工監(jiān)測相比，自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（2）可進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)視和存儲(chǔ)，以避免因手動(dòng)操作導(dǎo)致的錯(cuò)誤，影響測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（3）監(jiān)測結(jié)果更直觀，數(shù)據(jù)變化的程度可以使用不同顏色表示。

（4）視工作環(huán)境而定，應(yīng)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)解，及時(shí)通知問題，并確保施工安全。

1.2 自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)的具體運(yùn)作

例如，在市政建設(shè)項(xiàng)目中修建隧道和橋梁的情況下，自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)主要監(jiān)測隧道橋梁中地下墻體的水平、垂直運(yùn)動(dòng)、應(yīng)力，控制水平和垂直運(yùn)動(dòng)及應(yīng)力變化，可控制隧道沉降偏差、差值變化，保證隧道橋梁工程質(zhì)量安全。

1.3 自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)的分布

（1）分布式地下連續(xù)墻水平位移監(jiān)測。為了監(jiān)測地下橋梁地下連續(xù)墻的移動(dòng)，應(yīng)設(shè)置合理的監(jiān)測距離，根據(jù)監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)每10 m設(shè)置一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在隧道外穩(wěn)定的位置。

（2）控制地下墻的水平和垂直移動(dòng)。在隧道地下墻垂直和水平變化監(jiān)測中，采用全站監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測地下墻的二維變化，建立監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測斷面的垂直分布情況，在斷面上安裝棱鏡。

（3）連續(xù)的地下墻中分布應(yīng)力監(jiān)測。在應(yīng)力測試期間，應(yīng)根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定截面，剖面集每隔30 m設(shè)置一組截面，頂部和底部均有2個(gè)控制點(diǎn)。

（4）地道橋自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。地方公路橋梁自動(dòng)監(jiān)測中，采用電子水準(zhǔn)儀監(jiān)測地下橋梁之間的差異，檢測點(diǎn)分布均勻，一般在20 m左右。

1.4 自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)頻率

監(jiān)測在對頻率實(shí)施自動(dòng)化監(jiān)測，頻率0.5 h記錄一次，數(shù)據(jù)每4 h使用站設(shè)備和應(yīng)變計(jì)部件下載和存儲(chǔ)一次。作為定期監(jiān)測的一部分，每半個(gè)月進(jìn)行一次監(jiān)測，以確保監(jiān)測報(bào)告的準(zhǔn)確性。

1.5 自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)的優(yōu)勢

為了確保建筑工程的安全，應(yīng)不斷收集檢查站的數(shù)據(jù)，應(yīng)保證監(jiān)測系統(tǒng)長期穩(wěn)定、可靠和實(shí)時(shí)運(yùn)作。為了節(jié)省人力、物力資源，提高監(jiān)測效率，監(jiān)測系統(tǒng)需要無人監(jiān)測的自動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)測。

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)控功能可對監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行全天候連續(xù)監(jiān)控，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可反饋給中央指揮中心進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算分析。

（2）數(shù)據(jù)通信功能根據(jù)實(shí)際情況采用可靠有效的通信手段，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程批量數(shù)據(jù)采集和傳輸，實(shí)現(xiàn)控制計(jì)算機(jī)與指揮中心之間的遠(yuǎn)程通信。

（3）遠(yuǎn)程控制功能監(jiān)控中心可遠(yuǎn)程相應(yīng)現(xiàn)場工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)指令，明確設(shè)備的運(yùn)行狀況，對數(shù)據(jù)采集和傳輸進(jìn)行控制。

（4）綜合數(shù)據(jù)處理功能可對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速解決和分析，實(shí)時(shí)報(bào)告測量狀態(tài)，查看、打印和輸入數(shù)據(jù)庫中的結(jié)果信息。

（5）系統(tǒng)故障自我診斷功能的中央監(jiān)控軟件可以區(qū)分系統(tǒng)故障的原因。

（6）系統(tǒng)具有報(bào)警功能，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況、初始參數(shù)，設(shè)置報(bào)警閾值，并在信號(hào)發(fā)射機(jī)達(dá)到或超過報(bào)警閾值時(shí)發(fā)出警報(bào)。

2 自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)在市政建設(shè)工程中的應(yīng)用

2.1 市政建設(shè)工程中的應(yīng)用

將自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的組成引入市政建設(shè)項(xiàng)目，在使用自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)，該系統(tǒng)的主要組成部分包括洗滌器、變形儀器、傳感器、電子水聽器等設(shè)備。根據(jù)電壓類型和電流類型，應(yīng)選擇不同的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器自動(dòng)存儲(chǔ)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)軟件應(yīng)用

自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)可選用GEOSCOPE軟件，監(jiān)控信道橋?qū)嵤┑臄?shù)據(jù)，收集、傳輸、解碼和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)視覺圖像輸出，主要組成部分為GEOSCOPE軟件系統(tǒng)中的SMACS模塊和SAAM模塊。SMACS模塊支持?jǐn)?shù)據(jù)的收集、處理、存檔和輸出，可對其進(jìn)行分析和處理。轉(zhuǎn)換為高分辨率移動(dòng)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)查看圖像，以文本的形式可視化結(jié)果、監(jiān)視和管理警報(bào)系統(tǒng)，SAAM模塊受監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的輸出和自動(dòng)管理。

2.3 自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)的預(yù)警軟件應(yīng)用

自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)在城市土木工程人員中的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的預(yù)警效果，設(shè)計(jì)預(yù)警系統(tǒng)時(shí)允許最大累積變化，根據(jù)各種準(zhǔn)則進(jìn)行定義，不同情況下的警告和監(jiān)視設(shè)置不同的顏色標(biāo)記。

綠色表示變化值在正常范圍內(nèi)，藍(lán)色表示監(jiān)視位移增加了50%以上；橙色表示行動(dòng)的階段，流動(dòng)人數(shù)增加了80%以上，需要根據(jù)有關(guān)規(guī)定采取有效行動(dòng)；紅色表示需要采取緊急措施，以便在警報(bào)階段及時(shí)解決問題。

3 市政領(lǐng)域在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 智能交通

智能交通不同于以往的人工交通管理，主要通過應(yīng)用信息技術(shù)、智能傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行智能交通監(jiān)控和管理。智能交通的基礎(chǔ)是收集和分析一系列關(guān)于城市交通的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，建立一個(gè)有針對性、改進(jìn)和實(shí)用的城市交通管理系統(tǒng)，使城市交通高效有序地運(yùn)行，提高車輛和行人的便利性和安全性。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)是智能交通的核心，交通智能管理功能均基于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用。

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，智能交通成為交通領(lǐng)域的熱點(diǎn)。上海是我國第一個(gè)實(shí)施智能交通監(jiān)控系統(tǒng)的城市，該系統(tǒng)利用視頻監(jiān)控和部署在十字路口的各種傳感器實(shí)時(shí)輸入城市交通信息，并設(shè)有衛(wèi)星定位系統(tǒng)和專用車輛信息接收終端，以便于指揮中心的實(shí)時(shí)規(guī)劃和管理。我國中科院沈陽自動(dòng)化設(shè)計(jì)的智能交通監(jiān)控系統(tǒng)取得了良好的應(yīng)用效果，該系統(tǒng)主要利用視頻監(jiān)控設(shè)備、溫濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測道路的能見度和狀況，及時(shí)召回過往車輛，確保道路交通安全。

3.2 橋梁安全監(jiān)測

橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)補(bǔ)充了橋梁安全的管理和維護(hù)，利用探測裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測和評估橋梁結(jié)構(gòu)狀況，在橋梁結(jié)構(gòu)狀況出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)提供預(yù)警信息。近年來，隨著橋梁結(jié)構(gòu)安全的重要性日益增加，橋梁安全監(jiān)測迅速發(fā)展，成功進(jìn)行了各種研究和應(yīng)用。

3.3 管道監(jiān)測

傳統(tǒng)的管道病害檢測主要依靠人工檢測，效率較低，無法對管道病害進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測和預(yù)警。近年來，隨著在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展和各種探測裝置的發(fā)展，越來越多的管道由在線監(jiān)測系統(tǒng)管理。目前，在線監(jiān)測系統(tǒng)已應(yīng)用于石油、供水、天然氣和電力等許多管道。

國外對市政管道監(jiān)測的研究和應(yīng)用較早，尤其是油、水、氣管道的在線監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)比較成熟。在排水、電力等市政管道中，SCADA管道系統(tǒng)可監(jiān)測城市管道參數(shù)，可遠(yuǎn)程控制相關(guān)設(shè)備，在大城市廣泛使用。國家雖管道監(jiān)測研究起步較晚，但近年來迅速發(fā)展，20世紀(jì)末，我國城市開始認(rèn)識(shí)到利用信息技術(shù)管理市政管道的重要性。全國各大城市均建立了城市供水網(wǎng)絡(luò)信息管理系統(tǒng)和其他城市供水網(wǎng)絡(luò)信息管理系統(tǒng)，系統(tǒng)的建立改善了市政網(wǎng)絡(luò)的管理模式，可實(shí)現(xiàn)管道信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取和遠(yuǎn)程控制。

4 結(jié)語

隨著我國自動(dòng)化程度的提高、監(jiān)控系統(tǒng)的有效集成，傳統(tǒng)人工監(jiān)控中的情況發(fā)生了變化，實(shí)現(xiàn)了有效的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對于自動(dòng)監(jiān)控應(yīng)用程序和系統(tǒng)升級較為重要。近年來，隨著我國市政建設(shè)項(xiàng)目的不斷發(fā)展，大型市政項(xiàng)目和良好的監(jiān)督職能可確保市政建設(shè)項(xiàng)目的安全。自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)在市政建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用充分發(fā)揮了重要作用，科學(xué)選擇了正確的監(jiān)測工具，以提高監(jiān)測效率，簡化監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可視化程度，提升了監(jiān)測城市建設(shè)項(xiàng)目的質(zhì)量，明確了城市工作，保障城市基礎(chǔ)設(shè)施的安全。