大數(shù)據(jù)技術(shù)及其在土木工程中的應(yīng)用

周揚

摘要：隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)信息量日漸龐大、復(fù)雜，大數(shù)據(jù)技術(shù)在一定程度上可以高效地處理龐大的數(shù)據(jù)的信息，深入挖掘其潛在價值。現(xiàn)如今，大數(shù)據(jù)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，尤其針對數(shù)據(jù)量巨大的土木工程行業(yè)的應(yīng)用及其有效，發(fā)展前景良好。本文先簡單介紹了大數(shù)據(jù)及其技術(shù)概念，在針對土木工程，分析大數(shù)據(jù)技術(shù)具體的兩方面應(yīng)用，最后提出未來的發(fā)展前景、道路。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；土木工程；信息管理

1大數(shù)據(jù)的概念

不同的機構(gòu)和團隊對于大數(shù)據(jù)的概念的解釋不同，對于“大數(shù)據(jù)”（Bigdata）研究機構(gòu)Garter給出了這樣的定義。“大數(shù)據(jù)”是需要新處理模式才能具有更強的決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力來適應(yīng)海量、高增長率和多樣化的信息資產(chǎn)。麥肯錫全球研究所給出的定義是：一種規(guī)模大到在獲取、存儲、管理、分析方面大大超出了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件工具能力范圍的數(shù)據(jù)集合，具有海量的數(shù)據(jù)規(guī)模、快速的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、多樣的數(shù)據(jù)類型和價值密度低四大特征。

大數(shù)據(jù)技術(shù)的戰(zhàn)略意義不在于掌握龐大的數(shù)據(jù)信息，而在于對這些含有意義的數(shù)據(jù)進行專業(yè)化處理。換而言之，如果把大數(shù)據(jù)比作一種產(chǎn)業(yè)，那么這種產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)盈利的關(guān)鍵，在于提高對數(shù)據(jù)的“加工能力”，通過“加工”實現(xiàn)數(shù)據(jù)的“增值”。從技術(shù)上看，大數(shù)據(jù)與云計算的關(guān)系就像一枚硬幣的正反面一樣密不可分。大數(shù)據(jù)必然無法用單臺的計算機進行處理，必須采用分布式結(jié)構(gòu)。它的特色在于對海量數(shù)據(jù)進行分布式數(shù)據(jù)挖掘。但它必須依托云計算的分布式云計算、分布式數(shù)據(jù)庫和云存儲、數(shù)據(jù)化管理。隨著云時代的來臨，大數(shù)據(jù)也吸引了越來越多的關(guān)注。分析師團隊認為，大數(shù)據(jù)（Bigdata）通常用來形容一個公司創(chuàng)造的大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在下載到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫用于分析時會花費過多時間和金錢。大數(shù)據(jù)分析常和云計算聯(lián)系到一起，因為實時的大型數(shù)據(jù)集分析需要像MapReduce一樣的框架來向數(shù)十、數(shù)百或甚至數(shù)千的電腦分配工作。大數(shù)據(jù)需要特殊的技術(shù)，以有效地處理大量的容忍經(jīng)過時間內(nèi)的數(shù)據(jù)。適用于大數(shù)據(jù)的技術(shù)，包括大規(guī)模并行處理（MPP）數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)挖掘、分布式文件系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫、云計算平臺、互聯(lián)網(wǎng)和可擴展的存儲系統(tǒng)。總體來說，大數(shù)據(jù)是一個先進的技術(shù)，在信息的處理上有著很強的能力。

2針對土木工程來分析大數(shù)據(jù)技術(shù)在其中的應(yīng)用

2.1檢測建筑破壞結(jié)果

通常，我們在震后地區(qū)會發(fā)現(xiàn)無人機的“小身影”，這是專家再利用無人機圖像檢測建筑破壞的結(jié)果。較短時間內(nèi)，無人機就可以獲得成千上萬張圖像，圖像處理的高效、快速對于建筑破壞后的救援、評估工作影響較大。就有專家提出可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)處理無人機拍攝的圖片，盡可能快得獲得檢測建筑破壞的結(jié)果。這個處理環(huán)節(jié)其實就是利用建筑破壞前的數(shù)據(jù)信息，通過坐標(biāo)、海拔、區(qū)域范圍來模擬出震前建筑模型，利用無人機震后拍攝的圖像，提取連測點、校正相機清晰度，進行密集匹配還原工作，從而模擬出震后建筑模型。再對震前建筑模型跟震后建筑模型的數(shù)據(jù)進行比較，找出差異點，這樣的話，就能得到三維的建筑破壞結(jié)果，在一定程度上有助于災(zāi)后重建工作的高效進行。另一方面，大數(shù)據(jù)技術(shù)檢測建筑破壞的速度整整比傳統(tǒng)的計算機處理分析快了十倍不止，發(fā)揮其效率高、速度快的特性。

2.2減少能源的消耗

在施工過程中，照明燈的使用、起重設(shè)備、辦公設(shè)備等的使用都會加大在能源方面的消耗，以及電力、水力等各方面的消耗，而且如果是人力的方式進行統(tǒng)計和計算難度是非常之大的。通過大數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)進行整理、計算和處理可以減少能源的消耗。通過傳感器將各種電氣設(shè)備與計算機相連接，大數(shù)據(jù)可以計算出相應(yīng)的能源消耗。這樣就知道了能源消耗點所在，并進行節(jié)制。

2.3減少人力消耗

本身由認為的數(shù)字計算的工作交給了大數(shù)據(jù)，交給了計算機。一臺計算機的大數(shù)據(jù)技術(shù)可以抵消幾十人甚至幾百人的工作，這樣就大大減少了人力的消耗，需要的人才少了，相應(yīng)的財力的支出就變少了。并且人為的計算是有可能出現(xiàn)錯誤的，但是計算機是不會出現(xiàn)錯誤的，這樣就會減少誤差和錯誤的出現(xiàn)。

3土木工程中大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用趨勢

土木工程中大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用目前還處于起步階段。考慮到土木工程涉及到海量數(shù)據(jù)，特別是，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，可在土木工程的具體對象中可以布置更多的傳感器，以便更方便地采集數(shù)據(jù)，再通過大數(shù)據(jù)技術(shù)進行分析，即可更好地把握土木工程的相關(guān)規(guī)律。利用這些規(guī)律就可以更好地進行土木工程的建造、維護等各方面的工作，讓大數(shù)據(jù)技術(shù)在土木工程中發(fā)揮作用。土木工程是一個很大的領(lǐng)域，對任何研究者來說，全部把握該領(lǐng)域幾乎不可能。為了把握土木工程中大數(shù)據(jù)技術(shù)可能的應(yīng)用點有必要借助現(xiàn)有文獻，特別是關(guān)于大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用的、議論性的文獻。因為，這些文獻描述土木工程中大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，往往揭示了土木工程中應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)的潛在應(yīng)用點，反映了作者對大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用趨勢的預(yù)測。為此，筆者分析了議論土木工程中大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用的可能性或提出土木工程中大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)但沒有實際應(yīng)用的文獻，對其中大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用點進行歸納。從中可以看出，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用點主要在土木工程運維階段，具體應(yīng)用對象包括建筑、道路、橋梁等。其中，運維階段相比于設(shè)計階段和施工階段，其數(shù)據(jù)采集更方便且數(shù)據(jù)量大，涉及的決策也多，具有運用大數(shù)據(jù)技術(shù)的天然優(yōu)勢。由此可見，在土木工程的運維階段，大數(shù)據(jù)技術(shù)具有最廣闊的應(yīng)用前景，而在其他階段，也具有很大的應(yīng)用潛力。

4結(jié)束語

當(dāng)前大數(shù)據(jù)技術(shù)在土木工程中主要應(yīng)用于輔助建筑能耗分析和建筑破壞檢測等方面，應(yīng)用特征表現(xiàn)為： 數(shù)據(jù)源主要是傳感器和圖像設(shè)備獲得的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量相對較少，較少使用真正的大數(shù)據(jù)分析方法。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展及其在土木工程中的應(yīng)用，土木工程大數(shù)據(jù)將迅速發(fā)展，大數(shù)據(jù)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用方興未艾。

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（作者單位：中國航空技術(shù)國際工程有限公司）