朱文民

中鐵隧道局集團(tuán)一處有限公司

無線傳感背景下隧道施工監(jiān)測(cè)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的探討

朱文民

中鐵隧道局集團(tuán)一處有限公司

隧道作為一項(xiàng)重點(diǎn)的施工工程，由于其施工工藝復(fù)雜、施工環(huán)境惡劣等情況，對(duì)其進(jìn)行施工工程的控制是十分必要的，能夠?yàn)槭┕さ陌踩峁┮欢ǖ陌踩Ｗo(hù)。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的提升，對(duì)于隧道施工的檢測(cè)手段也在不斷的進(jìn)行進(jìn)步，目前逐漸應(yīng)用基于無線傳感技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)于隧道的施工過程進(jìn)行有效的監(jiān)督。這種智能的檢測(cè)技術(shù)，能夠?yàn)樗淼赖氖┕ぬ岢龈訙?zhǔn)確與可靠的數(shù)據(jù)，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(diǎn)探討隧道物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的構(gòu)成與方案設(shè)計(jì)并對(duì)無線傳感背景下隧道施工監(jiān)測(cè)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行研究，為提高隧道工程的建設(shè)提供必要的保證。

隧道施工；監(jiān)測(cè)；無線傳感；物聯(lián)網(wǎng)

1 引言

隧道工程的施工，由于其施工地形結(jié)構(gòu)復(fù)雜、地質(zhì)環(huán)境多變，在進(jìn)行施工時(shí)很容易出現(xiàn)一些安全問題，造成巨大的安全隱患。再加之很多企業(yè)盲目追趕工期，而對(duì)于施工質(zhì)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(fā)展，導(dǎo)致人員以及財(cái)產(chǎn)的損失。因此，對(duì)隧道的施工進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)是十分必要的，是我國(guó)隧道工程建設(shè)需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為隧道施工技術(shù)的監(jiān)測(cè)提出了更有效的方法，主要應(yīng)用與人員定位與智能管理方面。不過由于我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展較慢，還需對(duì)其進(jìn)行不斷的發(fā)展與完善。

2 隧道物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的構(gòu)成

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要應(yīng)用智能傳感器、GPS系統(tǒng)、無線傳輸系統(tǒng)等不同的技術(shù)，使得信息通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)、傳輸與處理，是對(duì)信息進(jìn)行高度集中化處理的一種現(xiàn)代化技術(shù)手段，不斷提升數(shù)據(jù)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(jí)組成。通過感知層的傳感器等數(shù)據(jù)信息收集技術(shù)，將收集的技術(shù)傳輸?shù)街悄軐?，進(jìn)行梳理的處理與應(yīng)用，最后實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的貢獻(xiàn)。

（1）感知層的關(guān)鍵技術(shù)分析

感知層的重要技術(shù)便是智能傳感器系統(tǒng)與射頻識(shí)別技術(shù)。智能傳感器系統(tǒng)將收集到的信息通過一定的計(jì)算機(jī)語言處理，將數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的語言，應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的傳輸、分析以及處理的過程。使得數(shù)據(jù)能夠得到合理的收集以及處理；[1]射頻識(shí)別技術(shù)通過射頻信號(hào)自動(dòng)感知需要處理的數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行處理。這種信息的收集與傳遞技術(shù)，減輕了人工處理的壓力，是一種非常智能的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。

（2）傳輸層的關(guān)鍵技術(shù)分析

傳輸層主要由無線傳輸技術(shù)、GPS系統(tǒng)等不同的數(shù)據(jù)傳輸處理系統(tǒng)。該層級(jí)通過對(duì)于數(shù)據(jù)信號(hào)的自動(dòng)獲取，來進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理與分析，是一種自動(dòng)化的無線傳輸技術(shù)。比如一些智能的通信技術(shù)等都是傳輸層所應(yīng)用的重要技術(shù)手段。

（3）信息處理層的的關(guān)鍵技術(shù)分析

信息處理層主要應(yīng)用的技術(shù)便是計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)。通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)代替人類的視覺，進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，并將其進(jìn)行智能的處理與分析。還能夠通過對(duì)于圖片以及圖像的采集形成對(duì)于收集地區(qū)的立體視覺呈現(xiàn)，是一種非常智能的數(shù)據(jù)收集與處理技術(shù)。比較常見的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)便是一些智能的圖像處理技術(shù)與分析技術(shù)等。

3 隧道物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)方案設(shè)計(jì)

3.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)條件下的隧道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，要根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在感知層、傳輸層與處理層等不同的層次機(jī)構(gòu)，進(jìn)行具體的監(jiān)測(cè)技術(shù)方案的確定。

（1）傳感器

傳感器的應(yīng)用，是物聯(lián)網(wǎng)感知層主要應(yīng)用的設(shè)備，是整套監(jiān)測(cè)技術(shù)開展的基礎(chǔ)，對(duì)于信息的獲取有著非常重要的影響。主要被用來測(cè)量物體的力學(xué)性質(zhì)，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)其力學(xué)性質(zhì)的變化。根據(jù)不同的測(cè)算情況，也有不同類型的感知器類型的應(yīng)用，要根據(jù)測(cè)算數(shù)據(jù)的具體情況來進(jìn)行綜合的分析。

（2）采集器

采集器的應(yīng)用是對(duì)于數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存以及運(yùn)作的重要方式，數(shù)據(jù)感知層與傳輸層兩方面的設(shè)備。目前，我國(guó)應(yīng)用較多的測(cè)算隧道狀況的感知器為MCU-32。[2]這種型號(hào)的感知器，數(shù)據(jù)處理精度高、處理速度快，并且具有高度的適應(yīng)性，能被應(yīng)用在比較惡劣的環(huán)境中，是對(duì)于數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理的一種比較完善的感知處理技術(shù)。

（3）傳輸網(wǎng)絡(luò)

對(duì)于隧道施工過程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)獲取的信息，需要將收集的數(shù)據(jù)通過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳遞到數(shù)據(jù)庫處理系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)進(jìn)一步的分析與整理，屬于傳輸層的主要設(shè)備。傳輸網(wǎng)絡(luò)對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)撵`活性要求較高，借助MCU-32的通訊設(shè)備以及借口，可以更加有效的提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男逝c效果?？梢酝ㄟ^光纜傳輸、有線傳輸、無線傳輸?shù)炔煌姆绞綄?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。

（4）終端設(shè)備

終端設(shè)備是數(shù)據(jù)的接收設(shè)備，通過對(duì)接受的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析與整理，來進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存工作，屬于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的相關(guān)技術(shù)。對(duì)于隧道施工的監(jiān)測(cè)與物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的主要相互作用可以用圖1來表示。

圖1 隧道施工的監(jiān)測(cè)與物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的主要相互作用

3.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（1）采集器控制程序

采集器控制程序主要是通過對(duì)于采集器的控制，來進(jìn)行數(shù)據(jù)的綜合整理與分析。采集器控制程序通過對(duì)不同監(jiān)測(cè)層次的檢測(cè)，來對(duì)不同傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)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(shù)據(jù)處理的全面與準(zhǔn)確。

（2）監(jiān)測(cè)分析程序

監(jiān)測(cè)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(jìn)行分析與處理，還可以圖形、圖像等不同的數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式，增加信息表達(dá)的效果，提高數(shù)據(jù)處理的高效性。這種軟件處理系統(tǒng)，通過監(jiān)測(cè)分析程序，更好的進(jìn)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(jié)構(gòu)與情況，便于對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的施工工作。

4 隧道物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用注意事項(xiàng)

4.1 嚴(yán)格混凝土噴射技術(shù)

對(duì)于存在較大壓力的地區(qū)，很容易造成山體滑坡的現(xiàn)象，這就要求在進(jìn)行拱形區(qū)域噴射混凝土施工時(shí)，注意控制噴射強(qiáng)度，嚴(yán)格噴射密度與周圍巖石之間的空隙，避免其出現(xiàn)過大或者過小的縫隙，造成混凝土噴射技術(shù)的不合格，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)威脅施工人員的生命。因此，這就要求在進(jìn)行混凝土噴射施工時(shí)，嚴(yán)格拱形處的噴射密度與厚度，對(duì)其空隙較大的情況進(jìn)行及時(shí)的補(bǔ)漿工作，減少因?yàn)椴糠质┕すに嚥缓细裼绊懻w施工的現(xiàn)象出現(xiàn)。隧道在開挖結(jié)束后2周左右時(shí)最容易產(chǎn)生壓力的變動(dòng)，是最容易產(chǎn)生變形的時(shí)期。因此，在這一時(shí)期的監(jiān)督控制技術(shù)要進(jìn)行加強(qiáng)，通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與處理的信息，對(duì)可能出現(xiàn)問題的地方進(jìn)行及時(shí)的補(bǔ)漿處理，及時(shí)加強(qiáng)其應(yīng)力的承受能力。[3]

4.2 提高物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的成熟性

為了更好的提升工程的建設(shè)成本，也要適當(dāng)?shù)臏p少物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用成本。為了提升物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用強(qiáng)度，使其更好的投入到隧道工程監(jiān)測(cè)過程中，需要不斷的提升物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)的有效性。一套成熟的應(yīng)用體系，能夠保證監(jiān)測(cè)技術(shù)在各個(gè)層面獲取、處理數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，大大提升對(duì)于隧道工程監(jiān)測(cè)的效率與成果。同時(shí)還能不斷促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的不斷發(fā)展，從總體上降低工程的施工成本。

4.3 增強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的可靠性

由于無線傳輸手段是一種公開的平臺(tái)，缺少一定的保密工作，很容易產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信息的泄露，對(duì)于隧道工程的建設(shè)造成一定的不利影響。因此，為了避免數(shù)據(jù)的丟失為隧道工程的施工造成不利影響，維護(hù)應(yīng)急指揮部的正常運(yùn)行，一定要不斷的加強(qiáng)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的安全性，加強(qiáng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的信息安全，為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定提供一定的基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

無線傳感背景下隧道施工監(jiān)測(cè)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在很大程度上為隧道工程的監(jiān)測(cè)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(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行合理的處理，大大提高了隧道工程施工的質(zhì)量與效率，為施工質(zhì)量的提高提供了一定的基礎(chǔ)。但是，由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用范圍比較廣，隧道應(yīng)急處理部門需要對(duì)不同領(lǐng)域的信息進(jìn)行了解，加強(qiáng)各領(lǐng)域之間的合作，形成一種良好的管理模式，為隧道工程的監(jiān)測(cè)提供有效的制度措施保證。

[1]王亞瓊,黃憶霖,王開運(yùn),李俊鋒,賴金星.基于無線傳感的物聯(lián)網(wǎng)在隧道施工監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào),2015(4):498～504.

[2]劉小濤.基于ZigBee的隧道施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[D].陜西科技大學(xué),2015.

[3]郭曉程,賀智宏.無線傳感網(wǎng)絡(luò)在施工隧道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013(19):76～77.