地質工程施工的機械自動化應用分析

王鳳超

（平頂山學院，河南 平頂山 467001）

在以往的地質程建設中，所采用的落后技術多數是人工作業，靠人力手提肩扛施工平極其低下。時代發展到了今天，大型自動化的施工機械越來越普遍的應用在地質工程施工建設中，大大解放了勞動力提高了施工效率減少了人工成本。而且以往人工所達不到的在非常惡劣的天氣下，非常危險的環境中在這樣的環境下施工，現在完全可以采用機械自動化來完成[1]。

1 地質工程自動化施工技術特點

1.1 機械自動化的意義

機械自動化的意義是在不需要人為干預的情況下，機械會按照預先植入的指令自動的進行各種機械操作，還可以對設備進行有效的管控。這種自動化的機械，可以大大的解放生產力，提高施工效率使人力所達不到的施工成為可能，降低施工難度提高施工質量，是現代化施工作業的發展方向[2]。

1.2 機械自動化管理

一個地質工程施工建設工程現場有眾多的機械操作方法不盡相同，機械操作需要應對現場材料的擺放和設備的停放位置等問題，機械實現無人操作就要解決好這些問題。所以機械自動化系統要具有意識、報警、停止、安全距離這些功能[3]。

1.3 機械自動化技術的位置識別

可以自動尋找位置和人工智能選擇執行命令就是我們所追求的工程自動化技術。當前的地質工程施工方面，自動識別系統應用在地質工程的機械設備上。外部位置識別方法也可以應用在一些設備上。設置幾個指標是內部識別的條件，超聲波技術可以實現內部識別；現場不用借助人力在外部識別的時候，測速傳感器和其他一些傳感設備可以幫助機械自動化系統實現外部識別具體位置的需要。

1.4 認識和評價施工對象

讓自動化的機械設備識別不同的施工環境和命令，通常會用到超聲波傳感技術和圖像處理技術。無人液壓挖掘機通過一個超聲波傳感器來識別施工的準確位置。

1.5 機械自動化技術的機群控制

一項全面的管理功能是機械自動化技術的機群控制功能。幾個工程一同進行的情況，在施工中經常出現，那么就要各種機械同時工作。機械設備的自動化聯合行動，可以促使現場各種機械和諧的合作施工保障有秩序的施工現場。要保障所有機械都有秩序的工作，中央控制室需要向每個機械發出各種指令來控制機械自動化工作。

2 機械自動化在地質工程中的應用

2.1 地質工程智能化應用

在地質工程目前廣泛的應用上了自動化控制技術。自動測量技術應用在地質工程的測量上大大提高了施工效率，利用GPS開展衛星定位測量技術。在自動控制器中輸入指定的數據，測量工具自動執行操作，利用這種比較先進的衛星探測系統進行自動化的測量工作，比以前手提肩扛著設備方便了很多，由于地質工程都是野外作業，有了自動化的技術給技術人員減少了很多的勞動力。

2.2 挖掘機作業的智能化應用

機械自動化操作應用在挖掘機這樣的大型機械設備上，可以大量減少人工成本，提高工程效率保證施工質量。對于自動化控制挖掘機鏟斗的技術在對推土機的自動化控制的基礎上得到了靈感。激光技術應用于對推土機鏟刀的精準控制，對于反應速度的控制是難點，如何解決這一難題，機械自動化工程師經過反復研究試驗終于化解了這個問題。

自動化挖掘機鏟斗的控制，由激光傳感測量器和自動化激光系統組成，可以自動測量挖掘深度，結合自動挖掘系數來實現操控結果。該系統還包含對挖掘機本身機械的控制系統，可以控制挖掘機在規定的范圍內，無人駕駛自動作業。

3 機械自動化系統總體設計方案

伴隨計算機運算速度的提高，和高科技的一日千里高速的運轉，計算機的核心處理器越來越小，“中國芯”已經應用在我國的航天和手機等各種領域，這也使嵌入技術普遍應用在機械自動化和地質工程中。嵌入式的微處理器打造了機械自動化地質工程的健康診斷系統，網絡監控系統作為應用在地質工程中的為實現機械自動化配套系統其作用也很大。

3.1 嵌入式系統概述

目前嵌入式系統已經廣泛應用在各種領域，包括地質工程和服務行業等等，因為它的不斷發展現在很難為嵌入系統進行定義。隨意究竟嵌入式系統的本質是什么？現在被業界普別接受的定義是：以計算機技術為載體，開發各種應用程序，這種計算機系統要滿足對于功耗和性能的嚴格要求。

嵌入式計算機系統是可以依據不同的需求，在特定的任務中做出不同處理的一盒軟件和硬件系統。嵌入式系統因為有預測功能，所以會在很多的時間里做出處理。用戶不是直接控制這個系統，系統會通過指令為不同的用戶實現很多特定的服務，所以運行過程是可靠的。

3.2 系統整體結構

3.2.1 整體結構設計

按功能可以將系統分成三部分：中心控制；現場控制端；自動通信網。以下分別介紹。

（1）監控中心。系統的核心部分是監控中心，由監控中心進行統一調度，數據的采集是由現場控制端自動采集的，通過現場數據來分析系統的運轉情況，保證通信網正常運轉。操作人員只需要登陸電腦終端監控中心就可以調度系統正常工作。

（2）通信網絡。目前光纖通信取代了傳統的通信網絡，數據以光電形式高速傳輸，卸載的信息比以前大了很多倍，為了擴大網絡節點控制終端系統只有一個地址。通信系統還有一個是GSM網絡傳輸，各個用戶都可以通過移動終端來接收和發放信息，來隨時監控系統的安全狀況。

（3）現場監控終端系統。系統的核心部分是監控終端系統，它可以保證系統的安全，收集準確的和模糊的數據，通過分析處理來保障網站的環境安全和整個系統的運營質量。對于系統的打造可以很多的功能和降低成本。鑲入式系統的安裝調試十分簡單易于現場操作。

3.2 系統功能介紹

這是一套安全監控系統，它包括計算機網絡、多媒體應用、分布式數據庫、數字模型技術和人工智能技術。它的執行系統有綜合分析系統、數據庫、綜合信息管理系統、輸入和輸出系統。

4 機械自動化的結構損傷診斷法

4.1 結構損傷的統計框架

結構損傷診斷受到各種數據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。健康的結構檢測方法可以減少突變的產生，采集正確的信息可以減少失誤的發生。

所以只有提供正確的數據才能進行有效的運算，損傷診斷的準則是置信區間，損傷識別的方法是統計測量。結構損傷診斷可以用單側加設檢測來進行。

4.2 整合統計信息的結構動力診斷

多位置損傷診斷法是基于模型更新多步混合，第一步清理損壞數據，保證識別損傷的方法是無小方差估計，第二公屏上查找損壞單位，對不確定數據的統計，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計方法是合理的。

這里的第一個方法有兩個步驟。

（1）采用常規的模式檢驗信息的損傷識別碼，各階段殘余力的平衡考慮多模態效應。

（2）通過模擬數據的分析，來對統計信息進行結構動力診斷，有一定的隨機性可以保證數據的準確，采用蒙特卡洛公式進行驗算判斷收斂均值和方差。選擇和搜索損傷位置，對于在相應的模態殘余力損傷和破壞的統計，為確保數據的準確設定前后相等的方差。第三部是反演過程損傷流程，在對數據精準定位和量化損傷之前，這里所采用的方法，可以有效降低運算量，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。定位算上不準確還制約著結構動力診斷，所以提高準確性是一個函待解決的大問題，還要準確的判斷位置和損傷。

5 結語

在地質工程中廣泛應用機械自動化控制技術，是大勢所趨必將伴隨著時代的發展將更加自動化、集約化、現代化，本文詳細解析了機械自動化在地質工程中的應用過程，由于機械自動化和人工智能的應用，地質工程建設發生了翻天覆地的變化，機械自動化的普遍運用必將大大提高生產力，降低成本解放人工操作，使安全性、穩定性、大大提高，還可以保證施工質量是大勢所趨。