巖土工程自動化監(jiān)測系統(tǒng)及應(yīng)用研究

程 彥 （合肥工大工程試驗檢測有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230009）

0 前言

巖土工程動工時會對周邊巖土體造成強烈擾動，此時可能引發(fā)山體滑坡、坍塌等現(xiàn)象，此類現(xiàn)象具有較大的危險性，如果在沒有防護的條件下直接動工，大概率會引發(fā)安全事故發(fā)生，對此在傳統(tǒng)巖土工程當(dāng)中，往往需要通過人工來對周邊環(huán)境進行監(jiān)測，同時設(shè)置預(yù)防設(shè)施保護施工現(xiàn)場，但這種方法由于人工不穩(wěn)定性影響，最終得出的結(jié)果一般都存在缺陷。鑒于此，有研究人員在自動化技術(shù)條件下提出了巖土工程自動化監(jiān)測系統(tǒng)，理論上通過該系統(tǒng)能夠突破傳統(tǒng)監(jiān)測方法的缺限。

1 巖土工程自動化監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)點

傳統(tǒng)巖土工程監(jiān)測方法存在多種缺陷，所以有必要進行改善，通過巖土工程自動化監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)改善目的。自動化監(jiān)測系統(tǒng)具有多種優(yōu)勢，如應(yīng)用便捷性較高、降低人工參與度以及人工負擔(dān)、監(jiān)測范圍廣泛、監(jiān)測無間斷等。

1.1 應(yīng)用便捷性較高

巖土工程自動化監(jiān)測是一種建立于自動化技術(shù)基礎(chǔ)上的監(jiān)測系統(tǒng)，最突出的特點在于一切運行行為均自動完成，人工只需要將系統(tǒng)硬件層設(shè)備安裝在相應(yīng)的位置上，系統(tǒng)就能夠自動對周邊巖土環(huán)境進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸，可見傳統(tǒng)需要人工來處理的工作均被自動完成，說明該系統(tǒng)的應(yīng)用十分方便，同時自動化系統(tǒng)的運行速率、穩(wěn)定性要遠超人工。

1.2 降低人工參與度以及人工負擔(dān)

在巖土監(jiān)測當(dāng)中，人工參與度越高則說明人工不利因素對監(jiān)測工作的影響越大，所以在某種角度上，如果要提高監(jiān)測工作質(zhì)量，就需要降低人工參與度，而通過巖土工程自動化監(jiān)測系統(tǒng)，能夠有效取代大部分人工監(jiān)測工作，實現(xiàn)降低人工參與度的目的，消除人工不利因素的影響，一些人工實地勘察的安全隱患也不會產(chǎn)生，有利于人工安全。

1.3 監(jiān)測范圍廣泛

傳統(tǒng)巖土監(jiān)測中，人工監(jiān)測范圍取決于人工視線長度（在傳統(tǒng)設(shè)備幫助下的視線長度）與人體移動，而自動化監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測范圍較大，系統(tǒng)監(jiān)測效率也得到了增長。

1.4 監(jiān)測無間斷

巖土工程自動化監(jiān)測系統(tǒng)的運行在正常情況下是不會間斷的，這也是該系統(tǒng)與傳統(tǒng)人工監(jiān)測工作的最大區(qū)別。在傳統(tǒng)人工監(jiān)測當(dāng)中，介于人體生理需求以及工作安全，一般在晚間不進行檢測，這可能錯失巖土工程的動態(tài)性變化。巖土工程自動化監(jiān)測還可以深入野外環(huán)境、可以不間斷的進行運作。在日常工作當(dāng)中人工有必要對系統(tǒng)設(shè)備進行維護，避免出現(xiàn)設(shè)備損傷等問題。

2 巖土工程自動化監(jiān)測系統(tǒng)分析

2.1 系統(tǒng)運行結(jié)構(gòu)

巖土工程自動化監(jiān)測系統(tǒng)是一種綜合性的技術(shù)系統(tǒng)，融入了許多先進技術(shù)，而通過這些技術(shù)，實現(xiàn)了該系統(tǒng)的多項功能，例如通過計算機技術(shù)實現(xiàn)了軟件自動算計功能、通過信號傳輸技術(shù)實現(xiàn)了自動數(shù)據(jù)傳輸、通過自動化技術(shù)實現(xiàn)了自動控制終端等。可見，該系統(tǒng)的運行架構(gòu)十分復(fù)雜，但綜合來看主要功能為三大類，即數(shù)據(jù)自動采集、數(shù)據(jù)自動分析處理及自動安全管理，其運行流程如圖1所示。

圖1 巖土工程自動化監(jiān)測系統(tǒng)運行流程

2.2 系統(tǒng)分類

因為實際巖土工程監(jiān)測條件不同，所以統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的巖土工程自動化監(jiān)測系統(tǒng)對此難以應(yīng)對，在現(xiàn)代研究兩種自動化監(jiān)測系統(tǒng)類型，即分布式系統(tǒng)、集中式系統(tǒng)，兩者在功能上基本類似，但是在功能特點及布設(shè)方法上卻存在區(qū)別。

2.2.1 分布式系統(tǒng)

分布式監(jiān)測系統(tǒng)是一種適用于監(jiān)測范圍較大條件下的自動監(jiān)測系統(tǒng)，主要采用電路來實現(xiàn)采集設(shè)備電能供給、采集數(shù)據(jù)電信號傳輸功能，之后再結(jié)合集成電路來實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)整合，最終通過電子技術(shù)實現(xiàn)電信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，滿足計算機數(shù)據(jù)解譯需求。分布式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要分為三個部分，即分散控制系統(tǒng)、集中管理系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。其中分散控制系統(tǒng)主要由電路、自動化控制終端組成，能夠?qū)Ψ稚⒌臄?shù)據(jù)采集設(shè)備進行自動化控制；集中管理系統(tǒng)主要由集中管理系統(tǒng)實現(xiàn)，在分散控制系統(tǒng)作用下，將分散的數(shù)據(jù)集中化處理，再將其傳輸?shù)酵ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)當(dāng)中；通信網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)主要由電子技術(shù)實現(xiàn)，可以接收集成電路傳輸而來的數(shù)據(jù)，同時對這些數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)化處理，使電信號轉(zhuǎn)化為電子信號，可供終端解譯。圖2數(shù)據(jù)采集設(shè)備。

2.2.2 集中式系統(tǒng)

圖2 數(shù)據(jù)采集設(shè)備

集中式系統(tǒng)的應(yīng)用相對較少，因為其適用于監(jiān)測面積較小的條件下，但此項技術(shù)的優(yōu)點在于功能性更強，且易于管理。該系統(tǒng)首先包含了上述分布式系統(tǒng)當(dāng)中的所有功能結(jié)構(gòu)，還具備自動預(yù)警決策、自動報警功能。在自動預(yù)警決策上，依靠終端對外部采集設(shè)備的數(shù)據(jù)進行分析，同時根據(jù)閾值邏輯來判斷數(shù)據(jù)是否存在異?，F(xiàn)象，如果存在異常，那么系統(tǒng)將會自動激發(fā)自動報警功能，以通知人工來對異常進行關(guān)注，如有必要人工可以直接切換至人工模式來著手控制。此外，集中式系統(tǒng)還具備一個重要功能，即數(shù)據(jù)采集設(shè)備運行狀態(tài)檢查，因為數(shù)據(jù)采集設(shè)備設(shè)立與野外環(huán)境，很容易被外在因素影響而出現(xiàn)損傷，無法保障采集而來的數(shù)據(jù)是否準確，但通過此項功能，能夠通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備的電路傳輸情況、數(shù)據(jù)反饋情況來判斷當(dāng)前設(shè)備的狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常之后會嘗試對設(shè)備進行技術(shù)維護，同時激發(fā)自動預(yù)警功能，當(dāng)技術(shù)維護失敗之后會切換至應(yīng)急狀態(tài)，即停止異常設(shè)備運行，由人工來進行決策。

在一些先進的研究中還提出了一種融合上述兩種監(jiān)測系統(tǒng)的混合式系統(tǒng)，鑒于成本及兼容性的問題還沒有過多的投入實踐應(yīng)用當(dāng)中，屬于還不成熟技術(shù)，但從研究結(jié)果上來看，該系統(tǒng)的可行性很高。

3 結(jié)語

本文主要對巖土工程自動化監(jiān)測系統(tǒng)及應(yīng)用進行了分析，結(jié)果顯示，自動化監(jiān)測系統(tǒng)具有應(yīng)用便捷性較高、降低人工參與度以及人工負擔(dān)、監(jiān)測范圍廣泛、監(jiān)測無間斷4項優(yōu)點，并闡述了自動化監(jiān)測系統(tǒng)各項應(yīng)用功能。