基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的自動化監(jiān)測

張明棟

【摘要】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是信息科技產(chǎn)業(yè)的第三次革命，所具有的智能化識別功能、跟蹤定位功能可以滿足當(dāng)代社會發(fā)展的主要需求。從當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用來看，在建筑物監(jiān)測預(yù)警、基坑監(jiān)測中的應(yīng)用已經(jīng)十分的廣泛，所取得的效果是值得肯定的，非常值得推廣應(yīng)用。針對于此，本文對基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的自動化監(jiān)測作較為系統(tǒng)的分析論述，期望能夠?yàn)閺氖麓祟愌芯康呐笥褌兲峁┮恍┙ㄔO(shè)性意見。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);自動化監(jiān)測;基坑監(jiān)測

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

可以說，現(xiàn)代社會發(fā)展對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和自動化監(jiān)測有著很高的依賴性，尤其是自動化監(jiān)測已經(jīng)深刻融入到了我們的生產(chǎn)生活中，極大的推動了社會的發(fā)展。在近年來的研究中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)憑借諸多優(yōu)勢進(jìn)一步革新和完善了自動化監(jiān)測，越來越多的領(lǐng)域開始注重物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和自動化監(jiān)測的應(yīng)用，尤其是在建筑物監(jiān)測預(yù)警和基坑監(jiān)測中得到了廣泛的應(yīng)用。進(jìn)一步推廣和發(fā)展基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的自動化監(jiān)測已經(jīng)顯得尤為必要，務(wù)必給予高度的重視。

1、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與自動化監(jiān)測

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要借助信息傳感設(shè)備，在某一種約定協(xié)議下可以將物體與網(wǎng)絡(luò)連接起來，此時(shí)所連接的物體可以通過信息傳播媒介來完成信息的通信與交換，最終實(shí)現(xiàn)智能化定位與跟蹤監(jiān)管?？偟膩碚f，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之所以具備顯著的優(yōu)勢，最為主要的一點(diǎn)原因便是擁有著兩項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)，一是傳感器技術(shù)，二是嵌入式技術(shù)。以其中的傳感器技術(shù)為例來說，是一種計(jì)算機(jī)應(yīng)用過程中的關(guān)鍵性技術(shù)，可以模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號[1]。再比如嵌入式技術(shù)作為一種復(fù)雜技術(shù)，糅雜著計(jì)算機(jī)軟硬件、電子應(yīng)用技術(shù)、集成電路技術(shù)、傳感器技術(shù)，在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中扮演著核心角色。

自動化監(jiān)測是相對于人工監(jiān)測而言的，自動化監(jiān)測的出現(xiàn)與應(yīng)用革新了人工監(jiān)測的固有局限性，滿足了諸多行業(yè)領(lǐng)域的需求。就自動化監(jiān)測的優(yōu)勢來說，集中體現(xiàn)在四個(gè)方面。一是不會受到復(fù)雜氣象環(huán)境與交通條件的限制，應(yīng)對外界影響因素的能力較強(qiáng);二是可以大大降低人為干預(yù)因素的影響，可以說，自動化監(jiān)測所采集的信息數(shù)據(jù)是所采即所現(xiàn)，完全不會受到人為因素的影響;三是自動化監(jiān)測的數(shù)據(jù)有著實(shí)時(shí)性和全生命周期的顯著性特點(diǎn)，可以采集到每一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，能夠獲得完整且準(zhǔn)確的信息數(shù)據(jù)。如圖1，自動化監(jiān)測在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用。

2、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在基坑自動化監(jiān)測中的應(yīng)用

從當(dāng)前階段我們國家所使用的基坑監(jiān)測技術(shù)來看，幾乎所有的深基坑工程都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了施工期監(jiān)測，可以通過設(shè)定監(jiān)測項(xiàng)目的控制值來確?；邮┕さ陌踩?。常用的基坑監(jiān)測測試項(xiàng)目主要包括六類，一是水平位移監(jiān)測，二是圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測，三是豎向位移監(jiān)測，四是支撐體系軸力監(jiān)測，五是地下水位監(jiān)測，六是周圍環(huán)境監(jiān)測。但在實(shí)際的監(jiān)測項(xiàng)目中，所使用的人工監(jiān)測方式存在著較多的局限性，一是時(shí)效性不足，無法及時(shí)的采集到數(shù)據(jù)，且處理數(shù)據(jù)的工作量大，所出現(xiàn)的險(xiǎn)情無法及時(shí)監(jiān)測和上報(bào);二是人工監(jiān)測方式存在著明顯耗費(fèi)人工的問題，通常一個(gè)基坑監(jiān)測項(xiàng)目至少需要3-5人來完成。針對于此，必須謀求基坑項(xiàng)目的自動化監(jiān)測，逐步實(shí)現(xiàn)基坑監(jiān)測的自動化。結(jié)合基坑項(xiàng)目的特點(diǎn)，所使用的監(jiān)測技術(shù)應(yīng)該具有六個(gè)方面的顯著特點(diǎn)，一是統(tǒng)一解算，二是設(shè)備兼容，三是自動監(jiān)測，四是誤差消除，五是智能報(bào)告，六是智能預(yù)警。以其中的自動監(jiān)測為例來說，必須可以自動監(jiān)測、遠(yuǎn)程傳輸，可以在無人值守的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)監(jiān)測項(xiàng)目的自動化。再以誤差消除為例來說，需要結(jié)合監(jiān)測場景、間接平差、條件平差、異步組合平差這些技術(shù)來最大限度減少監(jiān)測所產(chǎn)生的隨機(jī)和系統(tǒng)誤差。如圖2，某基坑監(jiān)測預(yù)警平臺在物聯(lián)網(wǎng)中主要業(yè)務(wù)流程。

在受到成本、技術(shù)等因素的限制，很長一段時(shí)間內(nèi)基坑監(jiān)測均無法實(shí)現(xiàn)真正意義上的自動化監(jiān)測，對人工監(jiān)測有著很高的依賴。目前所使用的NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)自動化監(jiān)測技術(shù)打破了傳統(tǒng)人工監(jiān)測方式的局限性，且在近年來的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展中，NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)自動化監(jiān)測技術(shù)在基坑監(jiān)測項(xiàng)目中的應(yīng)用越來越廣泛，所取得的成效是非常值得肯定的。具體來說，NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)自動化監(jiān)測技術(shù)可以借助NB-IOT網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)傳輸設(shè)置來采集到現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，主要是采集被測物體的傳感器記錄數(shù)據(jù)，而后再使用后臺處理軟件來完成數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析和展示。因此可以說，NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)自動化監(jiān)測技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)主要的組成部分包括后臺處理軟件、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、傳感器、供電系統(tǒng)、NB-IOT數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。從當(dāng)前NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)自動化監(jiān)測技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用來看，所具有的優(yōu)勢是十分顯著的，包括低功耗、獨(dú)立載波、窄寬帶、速率低、廣覆蓋、低成本、雙向通訊、穩(wěn)定性高。在基坑監(jiān)測中可以使用的低功耗數(shù)據(jù)采集傳輸設(shè)備主要有無線爆破測振儀、多功能低功耗終端、綜合型4/8/16/32通道終端、RS485通道終端、單節(jié)點(diǎn)震動、NB無線水位計(jì)、微芯樁監(jiān)測儀。所使用的自動化監(jiān)測原件主要有GNSS定位接收機(jī)、三維超聲波位移計(jì)、高支模監(jiān)測節(jié)點(diǎn)、智能全向位移計(jì)、壓力式靜力水準(zhǔn)儀、激光測距儀。

以水平位移和豎向位移的監(jiān)測為例來說，基坑現(xiàn)場測量可以通過測量機(jī)器人、棱鏡、移動手簿、采集端APP來協(xié)助完成，儀器可以通過現(xiàn)場固定安裝或移動的方式來使用。如圖3，測量機(jī)器人在物聯(lián)網(wǎng)基坑自動化監(jiān)測中應(yīng)用。

再以土體深層水平位移監(jiān)測為例來說，所使用的陣列式位移計(jì)有著很好的應(yīng)用優(yōu)勢，非常適合應(yīng)用在路基、基坑、巖體滑坡、面板壩、土石壩等支護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移的測量中[2]。在實(shí)際開展基坑工程的自動化監(jiān)測時(shí)，可以將所選用的傳感器預(yù)埋或安裝到測斜孔內(nèi)，對于長期的基坑監(jiān)測項(xiàng)目可以優(yōu)先采取預(yù)埋方式，這樣測量的重復(fù)性會更高。除此之外，在長時(shí)間的實(shí)踐應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，借助NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)自動化監(jiān)測技術(shù)來開展基坑測量工作時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)深層水平位移測量的自動化采集，且具備實(shí)時(shí)無線傳輸?shù)墓δ堋Ｈ鐖D4，土體深層水平位移物聯(lián)網(wǎng)基坑自動化監(jiān)測中的應(yīng)用。

3、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑物監(jiān)測預(yù)警中的應(yīng)用

就房屋建筑工程中的安全要素來說，主要包括三點(diǎn)，一是位移，二是傾斜，三是裂縫。以其中的位移為例來說，包括水平位移和垂直沉降位移這兩種，可以評定出建筑物是否存在坍塌風(fēng)險(xiǎn)。再以裂縫為例來說，當(dāng)房屋建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不均勻沉降問題時(shí)，即會形成裂縫，對整個(gè)建筑物的安全性與穩(wěn)定性有很大的危害。針對于此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的傳感器技術(shù)可以發(fā)揮出很好的效果，當(dāng)前所使用的各類傳感器有顯著的優(yōu)勢。

目前建筑物監(jiān)測預(yù)警中所使用的傳感器包括四類，一是位移傳感器，二是沉降傳感器，三是裂縫傳感器，四是傾角傳感器。以沉降傳感器為例，常使用的是靜力水準(zhǔn)儀，可以將沉降位移點(diǎn)設(shè)置在地基、沉降縫。如圖5，靜力水準(zhǔn)儀在建筑物沉降監(jiān)測中的應(yīng)用。

在傾角傳感器應(yīng)用中，可以借助傾角傳感器來動態(tài)監(jiān)測出水平面傾角發(fā)生變化，通?？梢詫A角傳感器布設(shè)在房屋的四角。

在預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)中，可以預(yù)先結(jié)合房屋建筑物的設(shè)計(jì)和施工特點(diǎn)來設(shè)置閾值，若是發(fā)現(xiàn)監(jiān)測結(jié)果大于閾值，則系統(tǒng)可以自動發(fā)出預(yù)警信號，包括聲光預(yù)警、短信提示，繼而制定出行之有效的安全防護(hù)措施，這樣可以大大避免房屋建筑物坍塌風(fēng)險(xiǎn)，不良影響可以控制至最低[3]。

在建筑物監(jiān)測預(yù)警的架構(gòu)中，憑借物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢，所建設(shè)的架構(gòu)包括三層結(jié)構(gòu)，一是數(shù)據(jù)采集模塊，二是數(shù)據(jù)傳輸模塊，三是數(shù)據(jù)處理與監(jiān)控模塊，均有著自動化監(jiān)測的優(yōu)勢。在數(shù)據(jù)采集模塊中，通過設(shè)置多類傳感器，可以快速且精準(zhǔn)的獲取到外界壓力等數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸模塊中，采用的是無線傳輸方式，因而可以滿足即時(shí)傳輸?shù)囊?。在?shù)據(jù)處理與監(jiān)控模塊中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以與大數(shù)據(jù)技術(shù)結(jié)合起來使用，所設(shè)置的數(shù)據(jù)分析軟件可以詳實(shí)掌握建筑物的整體情況，較準(zhǔn)確掌握發(fā)生損壞的具體位置[4]?？偟膩碚f，在建筑物監(jiān)測預(yù)警中，所引入的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以發(fā)揮出很顯著的優(yōu)勢，所配備的各類傳感器可以精準(zhǔn)獲取數(shù)據(jù)，最終由終端設(shè)備深度分析數(shù)據(jù)，所掌握的風(fēng)險(xiǎn)信息可以為建筑物的安全使用提供保障。

結(jié)語：

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢尤為顯著，在當(dāng)今社會發(fā)展中所起到的作用越來越顯著，對自動化監(jiān)測可以起到很好的支撐。當(dāng)前基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的自動化監(jiān)測廣泛應(yīng)用在建筑物監(jiān)測預(yù)警、基坑監(jiān)測等方面，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用，針對實(shí)際應(yīng)用過程中所存在的不足，后續(xù)要進(jìn)一步加大研究力度，以便掌握更多的專業(yè)知識，更好的發(fā)揮出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的自動化監(jiān)測優(yōu)勢，推動社會的更好發(fā)展。

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