何宏盛梁 超童立元張國(guó)柱何兵兵朱世豪(.中鐵四局集團(tuán)有限公司,007,合肥;.東南大學(xué)巖土所,0096,南京; .合肥優(yōu)爾電子科技有限公司,0088,合肥;.金陵中學(xué),0096,南京∥第一作者,高級(jí)工程師)

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深大基坑無(wú)線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用?

何宏盛1梁 超1童立元2張國(guó)柱2何兵兵3朱世豪4
(1.中鐵四局集團(tuán)有限公司,230071,合肥;2.東南大學(xué)巖土所,210096,南京; 3.合肥優(yōu)爾電子科技有限公司,230088,合肥;4.金陵中學(xué),210096,南京∥第一作者,高級(jí)工程師)

摘 要深大基坑無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為基坑監(jiān)測(cè)提供實(shí)時(shí)、精確、連續(xù)的數(shù)據(jù),預(yù)測(cè)基坑變形趨勢(shì),為基坑安全順利施工提供保障。該系統(tǒng)由自動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器、無(wú)線數(shù)據(jù)采集器、中繼器、基站和用戶服務(wù)平臺(tái)組成。選擇適用于深大基坑變形、受力和地下水位監(jiān)測(cè)的傳感器,并開(kāi)發(fā)與傳感器數(shù)字信號(hào)接口相匹配的自組網(wǎng)通信模塊,采用基于IEEE(電氣和電子工程師協(xié)會(huì))批準(zhǔn)通過(guò)的802.15.4無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee(低功耗局域網(wǎng)協(xié)議)無(wú)線傳輸技術(shù)。用戶服務(wù)平臺(tái)采用SOA(面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu))架構(gòu),基于J2EE平臺(tái)和B/S(瀏覽器/服務(wù)器)多層體系架構(gòu),分為展示層、應(yīng)用層、平臺(tái)層、數(shù)據(jù)層和數(shù)據(jù)接口層。應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)提供基坑模型管理、數(shù)據(jù)分析處理、安全評(píng)估、預(yù)警反饋、曲線及報(bào)表輸出和綜合管理等應(yīng)用功能。

關(guān)鍵詞深大基坑;自動(dòng)監(jiān)測(cè);無(wú)線傳輸;智能化預(yù)警

?中國(guó)中鐵科學(xué)研究項(xiàng)目(2014-重點(diǎn)-12);江蘇省交通科學(xué)研究項(xiàng)目(2011Y14-1)

First-author′s address China Railway NO.4 Engineering Group Co.,Ltd.,230071,Hefei,China

近年來(lái),高層建筑和地鐵工程迅速發(fā)展,深大基坑工程數(shù)量越來(lái)越多,建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大,而且修建的環(huán)境也越來(lái)越復(fù)雜?；娱_(kāi)挖和降水所造成的安全問(wèn)題是基坑工程施工成敗的關(guān)鍵。由于基坑工程具有復(fù)雜性、非線性、不確定性等特點(diǎn),目前還不能找到一個(gè)系統(tǒng)的、可靠的方法來(lái)判定基坑安全狀況,因此基坑監(jiān)測(cè)是預(yù)防基坑安全事故發(fā)生的重要手段。

目前基坑工程監(jiān)測(cè)包括人工監(jiān)測(cè)和有線自動(dòng)監(jiān)測(cè)[1-4]。一般人工監(jiān)測(cè)耗費(fèi)巨大,精度低,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不連續(xù),導(dǎo)致對(duì)突發(fā)情況的反應(yīng)、處理以及預(yù)警能力大大下降。有線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集方式上有所改進(jìn),降低了人工成本,但需要鋪設(shè)大量的長(zhǎng)距離線路以保障電源與信號(hào)的傳遞,基坑工程周邊施工環(huán)境非常復(fù)雜,容易對(duì)導(dǎo)線造成破壞;有線傳感裝置不可能大面積、大密度安裝,進(jìn)而漏報(bào)、誤報(bào)現(xiàn)象同樣嚴(yán)重。

隨著新的監(jiān)測(cè)設(shè)備、傳感器的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,以及計(jì)算機(jī)工業(yè)化技術(shù)水平的日益提高,利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),研究開(kāi)發(fā)具有自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、傳感器自由組網(wǎng)、遠(yuǎn)程化智能控制為一體的深大基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng),為深大基坑的監(jiān)測(cè)提供實(shí)時(shí)、精確、連續(xù)的數(shù)據(jù),預(yù)測(cè)基坑變形趨勢(shì),建立科學(xué)的預(yù)警機(jī)制,評(píng)判基坑的安全狀態(tài),以保障基坑安全順利施工。

1　系統(tǒng)工作原理

深大基坑無(wú)線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無(wú)線遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)、用戶服務(wù)平臺(tái)組成,其中應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)包括了數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)、智能化預(yù)警系統(tǒng)和管理中心等子系統(tǒng)。自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置和短距離無(wú)線發(fā)射、接收裝置等組成,可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、存儲(chǔ)和預(yù)處理,短距離無(wú)線傳輸和遠(yuǎn)程控制;無(wú)線遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)由基站、遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸裝置和服務(wù)器組成,實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程自動(dòng)傳輸、下載和存儲(chǔ)?？刹扇CDMA(寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng))方式和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)支持等方式進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸,并通過(guò)公網(wǎng)寬帶接入系統(tǒng)服務(wù)器;數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析和處理,引入智能非線性預(yù)測(cè)方法,預(yù)測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢(shì),將分析結(jié)果以圖形和報(bào)表等多種方式輸出;智能化預(yù)警系統(tǒng)依據(jù)設(shè)定的預(yù)警值,對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷,并做出相應(yīng)的預(yù)警指示。為便于現(xiàn)場(chǎng)管理,直觀反映預(yù)警點(diǎn)的位置,建立基坑三維仿真模型,用不同的聲音及顏色將預(yù)警情況在三維仿真模型中直觀體現(xiàn),同時(shí)將預(yù)警信息通過(guò)實(shí)時(shí)手機(jī)預(yù)警短信服務(wù)平臺(tái)發(fā)送給相應(yīng)負(fù)責(zé)人;系統(tǒng)管理中心對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合管理,包括用戶管理、基礎(chǔ)信息設(shè)置、測(cè)點(diǎn)及檢測(cè)內(nèi)容配置、數(shù)據(jù)管理、運(yùn)行管理等,確保系統(tǒng)運(yùn)行安全和數(shù)據(jù)安全。

相對(duì)傳統(tǒng)基坑自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而言,無(wú)線深大基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢(shì)[4]:

(1)無(wú)線通信。傳感器節(jié)點(diǎn)采用無(wú)線連接、無(wú)線鋪設(shè)電纜,給安裝帶來(lái)了便利,節(jié)省了電纜的使用,避免了基坑工程施工對(duì)電纜造成破壞,確保了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

(2)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。ZigBee(低功耗局域網(wǎng)協(xié)議)技術(shù)最大幾點(diǎn)數(shù)可達(dá)65 000個(gè),可以進(jìn)行大規(guī)模布點(diǎn)。

(3)可擴(kuò)展性。傳感器節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)施工進(jìn)展隨機(jī)布置,節(jié)點(diǎn)自動(dòng)配置管理,形成多級(jí)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。因此,根據(jù)基坑工作狀態(tài),可任意加入新的監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn),具有良好的可擴(kuò)展性,當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)故障時(shí),其他節(jié)點(diǎn)自動(dòng)尋找新的傳輸路徑,不影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的正常工作。

(4)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的預(yù)處理。傳感器節(jié)點(diǎn)具有微處理器和存儲(chǔ)器,可對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,剔除大量無(wú)效數(shù)據(jù),大大減少需無(wú)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。

2　基坑工程監(jiān)測(cè)內(nèi)容

為了便于研發(fā)傳感器無(wú)線接口,根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)采集信號(hào)類型,對(duì)基坑監(jiān)測(cè)內(nèi)容進(jìn)行分類,由GB 50497—2009《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》可知,基坑監(jiān)測(cè)內(nèi)容可分為變形監(jiān)測(cè)、內(nèi)力監(jiān)測(cè)、裂縫監(jiān)測(cè)和地下水位監(jiān)測(cè)等四大類,其中變形監(jiān)測(cè)包括對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移、立柱豎向位移、坑底隆起、土體分層豎向位移、深層水平位移、周邊地表位移、周邊建筑位移和管線變形等的監(jiān)測(cè)。內(nèi)力監(jiān)測(cè)包括對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、圍護(hù)墻側(cè)向土壓力和孔隙水壓力等的監(jiān)測(cè);裂縫監(jiān)測(cè)包括對(duì)基坑周邊地表和建筑裂縫等的監(jiān)測(cè)。

2.1變形監(jiān)測(cè)

基坑工程變形監(jiān)測(cè)涉及眾多監(jiān)測(cè)內(nèi)容,根據(jù)測(cè)點(diǎn)所處位置選擇合適的監(jiān)測(cè)儀器和設(shè)備。

2.1.1自動(dòng)化全站儀

隨著自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別全站儀的問(wèn)世,推動(dòng)了土木工程位移自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的快速發(fā)展。自動(dòng)化全站儀具有無(wú)人值守、連續(xù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、測(cè)量周期短和測(cè)量精度高等特點(diǎn),目前已用于邊坡工程、水利大壩、基坑工程和隧道工程等工程的位移監(jiān)測(cè)[5-6]。

基坑工程周邊施工環(huán)境復(fù)雜,相對(duì)于邊坡工程、水利大壩和隧道工程而言,基坑工程的監(jiān)測(cè)工期短,要求自動(dòng)化全站儀便于現(xiàn)場(chǎng)安裝和遷移?，F(xiàn)有的自動(dòng)化全站儀通過(guò)通信電纜與控制機(jī)房進(jìn)行連接,移動(dòng)和增設(shè)布點(diǎn)非常不便。為了克服現(xiàn)有自動(dòng)化全站儀的不足,研發(fā)無(wú)線數(shù)據(jù)采集器,替代傳統(tǒng)通信電纜。帶有無(wú)線數(shù)據(jù)采集器的自動(dòng)化全站儀如圖1所示。

圖1　智能無(wú)線自動(dòng)化全站儀

自動(dòng)化全站儀的測(cè)量范圍為1 000 m,1 000 m處的定位精度為±1 mm;測(cè)量時(shí)間為3～4 s。可用于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移、立柱豎向位移、坑底隆起、周邊地表位移、周邊建筑位移和管線變形等的監(jiān)測(cè)。根據(jù)基坑規(guī)模確定自動(dòng)化全站儀的數(shù)量和布設(shè)位置。

2.1.2固定式測(cè)斜儀

利用固定式測(cè)試儀監(jiān)測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)和土體的深層水平位移。固定式測(cè)斜儀由測(cè)斜管、測(cè)斜探頭、無(wú)線數(shù)據(jù)采集器組成。不同深度處的測(cè)斜探頭通過(guò)鋼導(dǎo)線進(jìn)行串聯(lián)連接。無(wú)線數(shù)據(jù)采集器將現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)以無(wú)線通信的方式傳輸?shù)交?現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線數(shù)據(jù)采集中心)。測(cè)斜探頭應(yīng)分散布置,重點(diǎn)監(jiān)測(cè)相鄰支撐之間的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和土體水平位移。固定式測(cè)試儀器如圖2所示。

圖2　固定式測(cè)斜儀

2.1.3土體內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)

利用沉降計(jì)監(jiān)測(cè)土體內(nèi)部位移。沉降計(jì)由位移計(jì)、錨頭、法蘭沉降盤(pán)、測(cè)桿等部件組成。適用于測(cè)量錨頭與沉降盤(pán)之間土體的變形位移,可進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化測(cè)量。其錨頭設(shè)置在相對(duì)不動(dòng)點(diǎn)(基巖),沉降盤(pán)設(shè)置在監(jiān)測(cè)高程,導(dǎo)線從側(cè)面引出。當(dāng)?shù)鼗鲁習(xí)r,沉降盤(pán)與地基同步下沉,使傳感器的活動(dòng)導(dǎo)磁體在其磁通感應(yīng)線圈內(nèi)發(fā)生相對(duì)滑移,通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)采集儀讀取位移量,并無(wú)線傳輸至基站。

2.2內(nèi)力監(jiān)測(cè)

基坑工程內(nèi)力監(jiān)測(cè)包括對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、圍護(hù)墻側(cè)向土壓力和孔隙水壓力等的監(jiān)測(cè)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)上述監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的無(wú)線自動(dòng)化監(jiān)測(cè),分別開(kāi)發(fā)軸力計(jì)、鋼筋計(jì)、土壓力計(jì)和孔隙水壓力計(jì)等傳感器的無(wú)線數(shù)據(jù)采集器,用于數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集和無(wú)線傳輸。

2.3裂縫監(jiān)測(cè)

利用裂縫計(jì)對(duì)建筑裂縫進(jìn)行定量化監(jiān)測(cè)。國(guó)外學(xué)者已開(kāi)發(fā)出用于裂縫監(jiān)測(cè)的無(wú)線裂縫計(jì)[7],無(wú)線裂縫計(jì)如圖3所示?？稍诂F(xiàn)場(chǎng)有裂縫分布的地方進(jìn)行靈活布置,測(cè)點(diǎn)可增設(shè)。

圖3　無(wú)線裂縫計(jì)[6]

2.4水位監(jiān)測(cè)

電壓式水位計(jì),由傳感器主體、安裝套筒、水工電纜線等部件組成。適用于測(cè)量各種環(huán)境下水位的變化,可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)采集。實(shí)際應(yīng)用中由于大氣壓的變化會(huì)影響測(cè)量結(jié)果,選取的高智能水位計(jì)搭配氣壓補(bǔ)償計(jì)一起使用,以彌補(bǔ)大氣壓對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,提高測(cè)量精度。

3　系統(tǒng)組網(wǎng)設(shè)計(jì)

3.1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

利用前文描述的既有測(cè)量?jī)x器(如自動(dòng)全站儀、固定測(cè)斜儀、沉降計(jì)、軸力計(jì)、鋼筋計(jì)、土壓力計(jì)、孔隙水壓力計(jì)和水位計(jì)等)的數(shù)字接口和通信協(xié)議,在每個(gè)儀器上加裝自組網(wǎng)通信模塊,并分別與現(xiàn)場(chǎng)中繼器逐一配置,形成一對(duì)多點(diǎn)的分布式無(wú)線通信網(wǎng),系統(tǒng)能夠定時(shí)或隨機(jī)采集測(cè)量?jī)x器監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。通過(guò)在監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)搭建無(wú)線自組網(wǎng),實(shí)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集。自組網(wǎng)按照工地面積大小和地理特征,劃分為一個(gè)或若干采集區(qū)域,可呈線性分布或蜂窩分布。每個(gè)采集區(qū)域以中繼器為中心,其覆蓋半徑不小于1 km(城市樓宇林立地區(qū)小于該指標(biāo)),采集終端不少于100個(gè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)采集器具有休眠和后臺(tái)喚醒功能,能夠通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)配置或數(shù)據(jù)管理端預(yù)先加載接口協(xié)議,實(shí)時(shí)執(zhí)行后臺(tái)采集和發(fā)送指令,中繼器通過(guò)WCDMA分組交換方式與管理后臺(tái)建立雙向通信機(jī)制。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D如圖4所示。

3.2局部無(wú)線自組網(wǎng)

目前,常用的無(wú)線自組網(wǎng)通信技術(shù)主要有藍(lán)牙(IEEE 802.15.1)、超寬帶技術(shù)(IEEE 802.15.3)、WiFi(無(wú)線局域網(wǎng))(IEEE 802.11a/b/g)和ZigBee (IEEE 802.15.4)等。

圖4　監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

深大基坑工程具有監(jiān)測(cè)內(nèi)容多、監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)多、測(cè)點(diǎn)布置分散、數(shù)據(jù)采集頻率低、對(duì)組網(wǎng)能力要求高等特點(diǎn)。文獻(xiàn)[8]從傳輸頻率、傳輸速率、組網(wǎng)方式、最大節(jié)點(diǎn)數(shù)等多個(gè)方面對(duì)4個(gè)通信協(xié)議進(jìn)行了比較分析。ZigBee技術(shù)是一種適合局部環(huán)境應(yīng)用的,低功耗、低數(shù)據(jù)速率的雙向無(wú)線通信技術(shù)[9-11],非常適合深大基坑現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。

基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的傳感器通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)采集器自動(dòng)采集和傳輸數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)采集器內(nèi)置Zig Bee嵌入式模塊,將測(cè)點(diǎn)傳感器產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)通過(guò)無(wú)線通信方式發(fā)往中繼器,數(shù)據(jù)收發(fā)的速率可以達(dá)到1 Mbit/s。傳輸采用2.4 GHz頻段,符合IEEE 802. 15.4無(wú)線協(xié)議,為基坑現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)建無(wú)線數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)穩(wěn)定可行的組網(wǎng)方案。

4　系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)及應(yīng)用

4.1系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)開(kāi)發(fā)

應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)采用SOA(面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu))架構(gòu),基于J2EE平臺(tái)和B/S(瀏覽器/服務(wù)器)多層體系架構(gòu),分為展示層、應(yīng)用層、平臺(tái)層、數(shù)據(jù)層和數(shù)據(jù)接口層。通過(guò)各層次組件間服務(wù)的承載關(guān)系,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。系統(tǒng)構(gòu)架如圖5所示。

應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)提供基坑模型管理、數(shù)據(jù)分析處理、安全評(píng)估、預(yù)警反饋、曲線及報(bào)表輸出、綜合管理等應(yīng)用功能,平臺(tái)包括分析處理系統(tǒng)、智能化預(yù)警系統(tǒng)和系統(tǒng)管理中心等子系統(tǒng)。

展示層包括界面表示層和界面控制層。其中,界面表示層負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)展示和客戶端數(shù)據(jù)校驗(yàn),采用功能強(qiáng)大的JQuery前端展現(xiàn)框架,構(gòu)建操作簡(jiǎn)潔、直觀、使用方便的操作界面。另外靈活運(yùn)用采用Active X圖形控件、3D圖形控件、Office控件以及AJAX頁(yè)面數(shù)據(jù)刷新技術(shù),提供最佳數(shù)據(jù)展現(xiàn)和用戶體驗(yàn)。提供實(shí)時(shí)曲線和歷史分析曲線顯示,提供強(qiáng)大的圖形統(tǒng)計(jì)分析與報(bào)表相關(guān)功能,可根據(jù)模板在線生成各種報(bào)表,可實(shí)現(xiàn)對(duì)統(tǒng)計(jì)分析圖形及數(shù)據(jù)的導(dǎo)出。界面控制層響應(yīng)表示層的請(qǐng)求、調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯組件、對(duì)象集的轉(zhuǎn)換、生成界面顯示內(nèi)容、維護(hù)用戶對(duì)話關(guān)系使用,界面控制層采用MVC(模型-視圖-控制器)框架技術(shù),通過(guò)Struts、Servlet等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

圖5　基坑無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)架

應(yīng)用層包括業(yè)務(wù)邏輯層和業(yè)務(wù)服務(wù)層。業(yè)務(wù)邏輯層執(zhí)行邏輯計(jì)算、完成業(yè)務(wù)功能邏輯,提供基坑模型管理、進(jìn)度管理、數(shù)據(jù)分析處理、安全評(píng)估、預(yù)警反饋、曲線及報(bào)表生成、綜合管理等應(yīng)用功能。業(yè)務(wù)服務(wù)層實(shí)現(xiàn)基坑監(jiān)測(cè)模型、數(shù)據(jù)解算及分析、預(yù)警反饋等基礎(chǔ)服務(wù)。

數(shù)據(jù)層包括數(shù)據(jù)持久層、數(shù)據(jù)處理服務(wù)層和數(shù)據(jù)接收服務(wù)接口。數(shù)據(jù)持久層采用使用Hibernate O/R mapping框架;數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)層采用Oracle 9i以上數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)持久化數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接收服務(wù)接口利用高性能的完全端口編程,可滿足多個(gè)采集終端同時(shí)數(shù)據(jù)接入要求。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理不僅提供接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),而且還定期對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總,滿足統(tǒng)計(jì)分析要求。

4.2系統(tǒng)應(yīng)用

鄭州某地鐵車(chē)站為雙層三跨明挖雙島四線車(chē)站,車(chē)站主體采用樁基圍護(hù)后明挖法施工。車(chē)站主體結(jié)構(gòu)全長(zhǎng)505.8 m,標(biāo)準(zhǔn)段寬41.7 m,最大開(kāi)挖深度為22 m?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)采用Φ1 200@1 400鉆孔灌注樁+樁間旋噴樁止水的型式,圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂設(shè)置1 200 mm×1 200 mm冠梁?；觾?nèi)設(shè)置內(nèi)支撐體系,豎向設(shè)4道內(nèi)支撐和1道倒換支撐,第一道支撐為800 mm×800 mm的混凝土支撐,第三、四道支撐為1 000 mm×1 000 mm的混凝土支撐,混凝土支撐水平間距約5.5 m;第二道支撐及倒撐為Φ800 mm,t=16 mm鋼管支撐,水平間距約為3.5 m。

現(xiàn)場(chǎng)布置了2個(gè)無(wú)線監(jiān)測(cè)斷面,布設(shè)了2組采集箱、1組無(wú)線中繼、7組無(wú)線采集器、2組電源盒,安裝了18個(gè)鋼筋計(jì)、6個(gè)測(cè)斜儀、6個(gè)單點(diǎn)沉降計(jì)和6個(gè)水位計(jì)。測(cè)點(diǎn)3D展示圖如6所示。數(shù)據(jù)分析和預(yù)警界面如圖7和圖8所示。

圖6　監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)3D展示圖

圖7　監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析界面

圖8　監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)警界面

5　結(jié)論

(1)深大基坑無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由自動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器、無(wú)線數(shù)據(jù)采集器、中繼器、基站和用戶服務(wù)平臺(tái)組成,采用基于IEEE批準(zhǔn)通過(guò)的802.15.4無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee無(wú)線傳輸技術(shù)。深大基坑無(wú)線監(jiān)測(cè)技術(shù)具有布置靈活、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展能力強(qiáng)和數(shù)據(jù)預(yù)處理功能,非常適宜具有隨機(jī)特性的基坑工程監(jiān)測(cè)。

(2)優(yōu)選了滿足GB 50497—2009《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》要求的變形、受力、裂縫和地下水位監(jiān)測(cè)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器,并研發(fā)了與各傳感器數(shù)據(jù)采集信號(hào)相匹配的無(wú)線數(shù)據(jù)采集器,可實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸,以及傳感器工作狀態(tài)的遠(yuǎn)程控制。

(3)開(kāi)發(fā)了能夠提供基坑模型管理、數(shù)據(jù)分析處理、安全評(píng)估、預(yù)警反饋、曲線及報(bào)表輸出、綜合管理等應(yīng)用功能的應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)。

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Development and Application of Wireless Automatic Monitoring System for Deep and Large Foundation Pit

He Hongsheng,Liang Chao,Tong Liyuan,Zhang Guozhu, He Bingbing,Zhu Shihao

AbstractWireless automatic monitoring system for deep foundation pit can provite real-time,accurate and continuous data,which are used to predict the deformation trend and ensure the safety of foundation pit construction.This system for deep foundation pit consists of automatic monitoring sensor,wireless data collector,repeater,base station and user service platform.Suitable automatic monitoring sensors are chosen for monitoring the deformation, stress,crack and ground water level,and the wireless data collectors are developed for automactic monitioring sensors based on the digital signal characteristics of the sensors. The ZiGBee wireless transmission technology based on IEEE approved 802.15.4 wireless standards is used for wireless transmission data monitoring.While the user service platform adopts the SOA architecture,it is based on the J2EE platform and B/S multilayer architecture,it constists of the presentation layer,application layer,platform layer,data layer and the data interface layer.User service platform provides the management of foundation pit model management,data analysis,safety assessment and early warning feedback,curve and report output,comprehensive management,and other applications.

Key wordsdeep and large foundation pit;automatic monitoring;wireless transmission;intelligent warning

(收稿日期:2014-04-22)

DOI:10.16037/j.1007-869x.2016.02.018

中圖分類號(hào)TU 433