無線傳感背景下隧道施工監測應用物聯網的探討

朱文民

中鐵隧道局集團一處有限公司

無線傳感背景下隧道施工監測應用物聯網的探討

朱文民

中鐵隧道局集團一處有限公司

隧道作為一項重點的施工工程，由于其施工工藝復雜、施工環境惡劣等情況，對其進行施工工程的控制是十分必要的，能夠為施工的安全提供一定的安全保護。隨著我國科學技術水平的提升，對于隧道施工的檢測手段也在不斷的進行進步，目前逐漸應用基于無線傳感技術的物聯網技術對于隧道的施工過程進行有效的監督。這種智能的檢測技術，能夠為隧道的施工提出更加準確與可靠的數據，而且還能有效的降低施工成本，是一種非常高效的手段。本文重點探討隧道物聯網技術的構成與方案設計并對無線傳感背景下隧道施工監測應用物聯網技術過程中出現的問題進行研究，為提高隧道工程的建設提供必要的保證。

隧道施工；監測；無線傳感；物聯網

1 引言

隧道工程的施工，由于其施工地形結構復雜、地質環境多變，在進行施工時很容易出現一些安全問題，造成巨大的安全隱患。再加之很多企業盲目追趕工期，而對于施工質量控制的不完善，使得隧道的施工存在很大的安全問題，容易造成事故的發展，導致人員以及財產的損失。因此，對隧道的施工進行安全監測是十分必要的，是我國隧道工程建設需要重點關注的問題。物聯網技術的發展，為隧道施工技術的監測提出了更有效的方法，主要應用與人員定位與智能管理方面。不過由于我國物聯網技術的發展較慢，還需對其進行不斷的發展與完善。

2 隧道物聯網技術的構成

2.1 物聯網技術的關鍵技術

物聯網技術主要應用智能傳感器、GPS系統、無線傳輸系統等不同的技術，使得信息通過物聯網技術進行全面的監測、傳輸與處理，是對信息進行高度集中化處理的一種現代化技術手段，不斷提升數據處理的能力與效果。通常由感知層、傳輸層與智能處理層三種不同的層級組成。通過感知層的傳感器等數據信息收集技術，將收集的技術傳輸到智能層，進行梳理的處理與應用，最后實現數據的貢獻。

（1）感知層的關鍵技術分析

感知層的重要技術便是智能傳感器系統與射頻識別技術。智能傳感器系統將收集到的信息通過一定的計算機語言處理，將數據設計成計算機能夠識別的語言，應對數據進行一定的傳輸、分析以及處理的過程。使得數據能夠得到合理的收集以及處理；[1]射頻識別技術通過射頻信號自動感知需要處理的數據，并對其進行處理。這種信息的收集與傳遞技術，減輕了人工處理的壓力，是一種非常智能的數據處理技術。

（2）傳輸層的關鍵技術分析

傳輸層主要由無線傳輸技術、GPS系統等不同的數據傳輸處理系統。該層級通過對于數據信號的自動獲取，來進行數據的處理與分析，是一種自動化的無線傳輸技術。比如一些智能的通信技術等都是傳輸層所應用的重要技術手段。

（3）信息處理層的的關鍵技術分析

信息處理層主要應用的技術便是計算機視覺技術。通過計算機系統代替人類的視覺，進行數據的收集，并將其進行智能的處理與分析。還能夠通過對于圖片以及圖像的采集形成對于收集地區的立體視覺呈現，是一種非常智能的數據收集與處理技術。比較常見的計算機視覺技術便是一些智能的圖像處理技術與分析技術等。

3 隧道物聯網監測技術方案設計

3.1 監測系統硬件設計

對于物聯網監測條件下的隧道監測系統硬件設計，要根據物聯網監測技術在感知層、傳輸層與處理層等不同的層次機構，進行具體的監測技術方案的確定。

（1）傳感器

傳感器的應用，是物聯網感知層主要應用的設備，是整套監測技術開展的基礎，對于信息的獲取有著非常重要的影響。主要被用來測量物體的力學性質，并及時發現其力學性質的變化。根據不同的測算情況，也有不同類型的感知器類型的應用，要根據測算數據的具體情況來進行綜合的分析。

（2）采集器

采集器的應用是對于數據進行儲存以及運作的重要方式，數據感知層與傳輸層兩方面的設備。目前，我國應用較多的測算隧道狀況的感知器為MCU-32。[2]這種型號的感知器，數據處理精度高、處理速度快，并且具有高度的適應性，能被應用在比較惡劣的環境中，是對于數據信息進行處理的一種比較完善的感知處理技術。

（3）傳輸網絡

對于隧道施工過程物聯網監測獲取的信息，需要將收集的數據通過傳輸網絡傳遞到數據庫處理系統，進行數據進一步的分析與整理，屬于傳輸層的主要設備。傳輸網絡對于數據傳輸的靈活性要求較高，借助MCU-32的通訊設備以及借口，可以更加有效的提高數據傳輸的效率與效果。可以通過光纜傳輸、有線傳輸、無線傳輸等不同的方式對數據進行傳輸。

（4）終端設備

終端設備是數據的接收設備，通過對接受的數據進行處理、分析與整理，來進行數據的儲存工作，屬于物聯網應用層的相關技術。對于隧道施工的監測與物聯網監測技術的主要相互作用可以用圖1來表示。

圖1 隧道施工的監測與物聯網監測技術的主要相互作用

3.2 監測系統軟件設計

（1）采集器控制程序

采集器控制程序主要是通過對于采集器的控制，來進行數據的綜合整理與分析。采集器控制程序通過對不同監測層次的檢測，來對不同傳感器采集的數據進行分析與整理，形成一種高效的信息收集與處理過程，保證數據處理的全面與準確。

（2）監測分析程序

監測分析程序通過與采集器相互銜接，將采集器收集到的隧道的狀況進行分析與處理，還可以圖形、圖像等不同的數據表現形式，增加信息表達的效果，提高數據處理的高效性。這種軟件處理系統，通過監測分析程序，更好的進行信息的分析與處理。使得信息的使用者能夠更加清晰的了解隧道的結構與情況，便于對其進行進一步的施工工作。

4 隧道物聯網技術監測系統的應用注意事項

4.1 嚴格混凝土噴射技術

對于存在較大壓力的地區，很容易造成山體滑坡的現象，這就要求在進行拱形區域噴射混凝土施工時，注意控制噴射強度，嚴格噴射密度與周圍巖石之間的空隙，避免其出現過大或者過小的縫隙，造成混凝土噴射技術的不合格，嚴重時還會威脅施工人員的生命。因此，這就要求在進行混凝土噴射施工時，嚴格拱形處的噴射密度與厚度，對其空隙較大的情況進行及時的補漿工作，減少因為部分施工工藝不合格影響整體施工的現象出現。隧道在開挖結束后2周左右時最容易產生壓力的變動，是最容易產生變形的時期。因此，在這一時期的監督控制技術要進行加強，通過物聯網系統監測與處理的信息，對可能出現問題的地方進行及時的補漿處理，及時加強其應力的承受能力。[3]

4.2 提高物聯網監測技術的成熟性

為了更好的提升工程的建設成本，也要適當的減少物聯網監測技術的應用成本。為了提升物聯網技術的應用強度，使其更好的投入到隧道工程監測過程中，需要不斷的提升物聯網應用技術的有效性。一套成熟的應用體系，能夠保證監測技術在各個層面獲取、處理數據的準確性，大大提升對于隧道工程監測的效率與成果。同時還能不斷促進物聯網行業的不斷發展，從總體上降低工程的施工成本。

4.3 增強物聯網監測技術的可靠性

由于無線傳輸手段是一種公開的平臺，缺少一定的保密工作，很容易產生網絡信息的泄露，對于隧道工程的建設造成一定的不利影響。因此，為了避免數據的丟失為隧道工程的施工造成不利影響，維護應急指揮部的正常運行，一定要不斷的加強無線傳輸網絡的安全性，加強傳感器網絡的信息安全，為監測數據的穩定提供一定的基礎。

5 結語

無線傳感背景下隧道施工監測應用物聯網技術在很大程度上為隧道工程的監測提供了保證，能夠更加全面與完善的處理隧道施工過程中涉及的不同信息與數據，并對其進行合理的處理，大大提高了隧道工程施工的質量與效率，為施工質量的提高提供了一定的基礎。但是，由于物聯網技術的應用范圍比較廣，隧道應急處理部門需要對不同領域的信息進行了解，加強各領域之間的合作，形成一種良好的管理模式，為隧道工程的監測提供有效的制度措施保證。

[1]王亞瓊,黃憶霖,王開運,李俊鋒,賴金星.基于無線傳感的物聯網在隧道施工監測中的應用[J].西安科技大學學報,2015(4):498～504.

[2]劉小濤.基于ZigBee的隧道施工監測系統研究[D].陜西科技大學,2015.

[3]郭曉程,賀智宏.無線傳感網絡在施工隧道監測系統中的應用[J].科技創新與應用,2013(19):76～77.