巖土工程智能監(jiān)測特點及存在的問題

論巖土工程智能監(jiān)測摘要：隨著電子信息技術、科學研究與工程實踐的快速發(fā)展，不斷產生種類繁多、數量巨大的數據，大數據現象已經出現，在科學數據分析、電子商務和銀行業(yè)等領域得到了越來越多的重視和應用，大數據即將深刻地影響著人類的生活、工作及思維。本文簡要介紹了當前巖土工程監(jiān)測學科的特點、現狀及存在的問題，論述了大數據的定義、特征，指出大數據的概念與巖土工程監(jiān)測具有天然的契合性。在大數據時代，以關聯分析、成因分析及決策支持為核心的深入分析能力將成為監(jiān)測工作的核心，現場監(jiān)測將被提升到與試驗、理論與數值模擬相同甚至是更為重要的地位。因此，巖土工程監(jiān)測工作者應該重視大數據的研究，加強應用其他行業(yè)的大數據研究成果，抓住大數據對巖土工程監(jiān)測帶來的機遇，為未來巖土工程監(jiān)測的跨越式發(fā)展奠定基礎。并指出對于深大基坑工程，需要進行智能監(jiān)測時，必須考慮的3大模塊。關鍵詞：大數據；巖土工程；監(jiān)測；數據分析；基坑工程IntelligentMonitoringofGeotechnicalEngineeringAbstract:withtherapiddevelopmentofelectronicinformationtechnology,scientificresearchandengineeringpractice,thecontinuousgenerationofvariety,hugeamountsofdata,largedataphenomenonhasemerged,inscientificdataanalysis,electroniccommerceandbankingsectorhasbeenmoreandmoreattentionandapplication,dataisprofoundlyaffectshumanlife,workandthinking.Arebrieflyintroducedinthispaper,currentsituationandexistingproblemofthegeotechnicalengineeringmonitoringsubjectcharacteristics,discussesthedefinitionandcharacteristicsoflargedata,pointsoutthatbigdataconceptsandrocksoilengineeringmonitoringhasnaturalfit.Intheeraofbigdata.Bycorrelationanalysis,causeanalysisanddecision-makingsupportforthein-depthanalysisofthecoretheabilitywillbethecoreofthemonitoringwork,fieldmonitoringwillbeupgradedtoandexperiment,theoryandnumericalsimulationsforthesameorevenamoreimportantposition.Therefore,monitoringofgeotechnicalengineeringworkersshouldattachgreatimportancetotheresearchdata,strengthentheotherindustryofresearchdataandapplications,toseizetheopportunitiesofgeotechnicalengineeringmonitoringdata,tolaythefoundationforfuturemonitoringofgeotechnicalengineeringdevelopmentbyleapsandbounds.Andpointedoutthatthedeepfoundationpitengineering,theneedforintelligentmonitoring,3modulesmustbeconsidered.Keywords:bigdata;geotechnicalengineering;monitoring;dataanalysis;foundationpitengineering1引言巖土工程科研實踐與信息的收集、管理、分析和利用密不可分，數據庫技術的成熟與工程可視化技術的發(fā)展，為我們理想的實現奠定了堅實的基礎。巖土工程相對于其他工程而言，由于地質條件的復雜多變性、巖土體性質把握的不準確性和工程的隱蔽性，使得工程設計在施工過程中需要不斷變更，而依據則主要是從工程現場獲得的各種信息，其中施工監(jiān)測信息占有主導地位。數量大、種類多的監(jiān)測信息應借助于計算機進行快速處理、及時反饋以優(yōu)化設計和指導施工，已無可爭議。隨著國民經濟快速發(fā)展，城市建設對地上、地下空間需求不斷增長，大型地下工程，高層超高層建筑帶來的大型深基坑工程數量和規(guī)模持續(xù)上升。信息化技術及相關數學預測模型的發(fā)展為基礎工程施工過程的有效管理、安全評估提供了強有力的技術支持。2巖土工程監(jiān)測的特點、現狀及存在的問題2.1巖土工程監(jiān)測的特點巖土工程監(jiān)測，特別是重大巖土工程監(jiān)測，具有工期長、測點數量大、測點種類多、數據量大、數據來源復雜及多媒體化等特征。比如，城市軌道交通施工期監(jiān)測時間一般為3a，水電工程則更長（三峽工程長達15a）。一座車站或者一段區(qū)間隧道設置300～600個第三方監(jiān)測測點，全線包含上萬個第三方監(jiān)測測點（施工方監(jiān)測的測點數量更多）。測點種類包括位移、應力、應變、壓力、軸力、地下水位、振動等，數據類型包括數值、文本、圖形、圖像、音頻及視頻等。因此，獲得的數據是極其龐大和復雜的。2.2巖土工程監(jiān)測的現狀（1）由于監(jiān)測工作能可靠地反映施工過程中工程結構和周邊環(huán)境的安全狀態(tài)，日益受到建設單位的重視，特別是在城市軌道交通、水電和鐵路部門，先后頒發(fā)了一些規(guī)程規(guī)范。（2）隨著傳感器精度提高和價格持續(xù)走低，加上計算機及網絡技術的高速發(fā)展，大規(guī)模、全方位、多維度、多場的巖土工程監(jiān)測將得以實現。今后，使用宏觀、細觀和微觀的監(jiān)測方法和設備，“現場版的模型試驗”將會出現，施工工程中結構和周邊環(huán)境動態(tài)響應的高密度實時采集將不再是一個假設。（3）數據簡單匯總、粗略分析、然后提交監(jiān)測報告的粗放模式已經不能滿足業(yè)主高層次的需求，在大數據時代，以成因分析、關聯分析、快速查詢、及時反饋、決策支持為主的后續(xù)分析能力必將成為監(jiān)測工作的核心。（4）業(yè)界對巖土工程監(jiān)測提出了新要求，即采集快速、分析可靠、反饋及時、避免風險，真正達到信息化施工的目的。2.3當前巖土工程監(jiān)測存在的問題聞盡管建設胳單位對監(jiān)佳測工作越少來越重視驕，國家和枕相關行業(yè)傻也相繼頒狼發(fā)了部分廉規(guī)程規(guī)范更，但一些矮工程項目奴在施工過敢程中仍然賞發(fā)生了事殊故，其中濱存在因監(jiān)盾測工作不蹈力的原因迫，反映出汪當前巖土面工程監(jiān)測止工作中尚段存在以下皮問題：壩（馬1賭）客觀上膠數據采集私的門檻越稈來越低，秒對分析人功員的要求熱越來越高臘，但主觀推上重采集捕、輕分析奶的現象一鍬直存在，壽監(jiān)測工作囑未能發(fā)揮場應有的作亮用。一方漢面，隨著居電子和信鞏息技術的悉發(fā)展，設聲備、冰傳感器價嘩格的持續(xù)康降低，加惕上常規(guī)監(jiān)滋測技術、時方法的成夢熟普及，邁監(jiān)測數據查采集的門補檻越來越把低；另一午方面，由篇于數據量鄭采集量大括頻高，加副上目前工侮程所處地畢質條件、丘環(huán)境條件膊和施工設群計難度越拜來越復雜烏，建岡設輩“碰兩型社頌會彎”汽對環(huán)境的虎保護越來骨越重視，怖從而對監(jiān)弦測結果分外析的要求哥日益提高太。但可能覽因節(jié)約成潮本，或者仰經驗、認睡識不足的慰原因，一鼻些監(jiān)測單策位只重視已數據采集桐和提交簡旬單報表，堂忽視了成和果分析、漸解釋和反魂饋，直接杯導致花費披了大量人社力物力采覽集的數據悔沒有得到斑充分及有脈效的應用級，同時也偶給工程帶蠢來了潛在邊的風險。諸事實上，扔巖土工程龜監(jiān)測工作紙中數據采銳集是基礎扶，數據分襪析和解釋搜才是關鍵忙。監(jiān)測工既作的難點滑在于從大皆量、繁雜念、結構各放異的數據艷中挖掘觀釘測量之間繪、原因量連和效應量獅之間、觀礙測量與施清工過程之衣間的相關果關系，進躬而動態(tài)判景斷施工過坑程中的風槳險，提出琴建議措施固。和存在法規(guī)疾制度不完霉善、監(jiān)管斜不嚴格、挨管理不到傳位的現象桑。由于監(jiān)及測數據采享集工作的男門檻相對臥較低，造鑄成監(jiān)測人國員素質和泊監(jiān)測實施襯單位管理仗水平參差遞不齊，導夢致測點埋悄設不及時孟、監(jiān)測方臂法不正確煤、數據處篇理分析不序及時等現策象出現，柱這也是某涂些事故發(fā)母生的因素存之一。因茂此，監(jiān)測預工作及監(jiān)潤測管理的芒標準化非害常重要。址前述國內有已經頒布彎的規(guī)范主靈要規(guī)定了紀監(jiān)測設計辭和監(jiān)測方奮法，但對驢于監(jiān)測工振作的管理尾流程、參片建各方在巨安全監(jiān)測肺方面的職循責以及與同監(jiān)測工作廉有關的應軍急預案方興面尚存在脹不足，因匠此，進行污監(jiān)測管理株體系的標煮準化總結臨勢在必行天，預計今椒后行業(yè)管什理會日益夫嚴格和規(guī)勢范?？上驳碌氖?，在誦軌道交通命建設中已渡經引入了剪第三方監(jiān)嚴測和風險艷管理制度避，值得進窩一步探索鋸和在其他父行業(yè)中推驕廣。籮我們正處舟于一個信尤息大爆炸績的時代。蓬隨著電子獄、信息技館術的不斷乞發(fā)展，互迷聯網、錯移動互聯順網、電子挎商務與物執(zhí)聯網等應歉用日漸普始及，加上武科學研究頂與工程實陸踐活動，銷不斷產生笨種類繁多陜、數量巨烘大的數據獅。而巖土卻工程的特磁點決定了頂巖土工程劇監(jiān)測正是構典型的大嬸數據應用折。逆3勢招大數據技代術概述暫3闖.1籮房大數據的砌定義志大數據指耕的是所涉蠅及的數據首量規(guī)模巨軋大到無法扒通過目前饅主流軟件隨工具，在基合理時間盤內達到擷碧取、管理晉、處理并哥整理成為駕更能積極盯幫助企業(yè)服經營決策抬的信息。脊3蜘.田2房大數據的培特征芒（從1諒）數據量逗巨大咸目前，人受們與數據捏的交互比蛛起以往任菜何時候都碑要密切。包現實世界脈中，各種餡各樣、難堅以計數的僻傳感器被鬧安裝到各遺種設備中尸（比如衛(wèi)策星、汽車素和城市攝掉像頭），駝每時每刻批都在不斷瘡采集著不癢同格式的痕數據。在暖數字世界艷中，用戶幸每天的通匆信、上網勤、購物、披搜索、社靈交娛樂等侵網上活動鵲都在產生當著數量龐門大的數據織。我（尊2耽）數據類數型多且十吸分復雜躬數據的來格源及格式刪復雜多樣看，除了傳蹦統(tǒng)的結構類化數據外淺，還包括翼半結構化芹和非結構裂化數據。搜據報道，值在互聯網衣上圖像、積音頻、視皺頻、地理奶位置信息材等非結構半化數據達殿到買80唯%統(tǒng)以上，其推比例還在橡迅速增加到。另外，霸隨著科學柴和技術的線發(fā)展，數折據的來源著會更加多狼樣。辣（姐3恩）處理速槳度快本數據增長木速度快，劫同時要求狠在極短的裕時間內完咬成數據的找處理分析盲，甚至實閑時完成，餅以便能夠輪從數據中剛及時提取戰(zhàn)知識、發(fā)廉現價值，鑰迅速發(fā)揮偉數據的效洲能。顯然然，數據處敬理的速度腥越快、越德及時，數賠據的價值乖及其發(fā)揮喊的效能就龍越大。處（繼4墓）價值密口度低兆雖然數據虹采集量很鴨大，但往卡往有用的寨數據少。智4佛大數據時武代發(fā)展機休遇臉毋庸否認饑，比IT蝶麻行業(yè)已經碼開始進入鹽大數據時駱代，大數仔據的理念縮和方法將魚會給社會束、生產和或科學活動節(jié)帶來深入賺的變革，枕這對于目閣前在巖土狼工程中地榨位還比較灣尷尬的巖萌土工程監(jiān)躺測學科來蹦說，也是領一種轉折壩與機遇。少4翻.1尿定巖土工程催監(jiān)測是典葉型的大數致據應用直大數據些的彎4處濃個祖特征闖在巖土工椅程監(jiān)測中辜表現十分掏明顯。比絞如對于城攜市軌道交榆通建設中目的第三方妨監(jiān)測，一確般一條線痕路長戒約樓30k多m伸，大概包護含帥30高腳個車站基競坑及相同曬數量的區(qū)悲間隧道，穩(wěn)周邊還分廢布有大量其的管線、快道路及建郊（構）筑志物，測點鍵上萬個，絹采集的監(jiān)來測數據量壤巨大；同爽時，監(jiān)測歐的項目種狡類不下十映幾種，內補容囊括位豆移、應力產、力、地粒下水位等找，數據形榮式多樣，慎包括數值勾、文字、礙圖片、影街像等資料腰。即使單態(tài)獨對一個扭車站或者貢一段區(qū)間友隧道而言禍，周邊往令往分布有兩建（構）騰筑物、管夢線、道路兵等監(jiān)控對東象，其變弊形原因受淋所處地質斃條件、施占工過程甚測至天氣等運影響，影富響因素眾鴨多，且相區(qū)互關聯，謀非常復雜疤。因此，咬巖土工程掛監(jiān)測是典訓型的大數兔據應用范艇例，大數蜂據的幾大怎主要特征骨天然契合羊于巖土工啞程監(jiān)測的吹特點。鼓4遼.2耳皆監(jiān)測數據矩對重大工曉程的安全撞發(fā)揮重大三作用蠻互聯網、弦物聯網及菌云計算的繼發(fā)展，加寶上各種傳鑒感器的大忽規(guī)模使用艇為巖土工倘程積累了忠大量數據淘，使尚不認可能從理悲論上準確丑計算和預糟測的巖土繩工程學科哲轉變?yōu)榭伸o以對“蛇摸著石頭輛過撲河壺”冰的實證科雁學。雖然爆理論模型援和分析方扮法還不完永善，精度瞎與可靠度闖尚存在問練題，但是屈借助于無膚處不在的?；ヂ摼W、喝物聯網和俊傳感器技避術，人們緣可以全面疏地監(jiān)測復睬雜巖土介淺質在復雜唐施工過程爛、復雜環(huán)辯境影響條示件下的動溉態(tài)反應，分據此保證刊工程安全疏，實現科匪學決策。躍由于巖土逆工程監(jiān)測刃工作者是竄真正的工窮程全方位報參與者，那熟悉地質窄、設計、返施工及現袋場情況，皂掌握最為花齊全的資但料，理所微當然地處領于數據分寺析的中心翁，因此，寧監(jiān)測工作方者應該積鈴極地參與尖數據分析值和解釋，旅不能簡單脖地淪為單突純的數據咐提供者，帽必須提高佳數據分析草的水平，低大力加強看理論和模咱擬的學習板，真正將抄監(jiān)測、理厲論及模擬乓方法結合語起來，更義好地服務起于工程。竄4島.3強竟傳感器技租術、監(jiān)測姜方法和設匆備面臨著顧巨大的發(fā)標展需求恨如前所述洽，科技的富發(fā)展帶來討成本的快頸速下降使緊全方位、傘大范圍、宋多場、自宜動化的監(jiān)添測越來越核成為可能部，精細化息監(jiān)測給工課程安全帶籠來的好處擠會進一步怠刺激新型崇傳感器、氏監(jiān)測方法查和設備的莖研究?？蛇z以預見，揀精度更高血、體積更伶小、耐久侄性更強以馬及更可靠挪的傳感器系將會出現輛。監(jiān)測范潑圍將從傳花統(tǒng)的按關獻鍵斷面布詢置擴展到積全空間布蔬置，監(jiān)測肝時間跨度啞將從施工至期延伸到蒼建構筑物母全生命周父期，監(jiān)測沾項目將從嫩少數物理棒量發(fā)展到橫位移、應椒力、應變光、力以及木其他基本箱物理性質乳的多場耦習合監(jiān)測，邊監(jiān)測的手呀段將從傳來統(tǒng)的光學年、電磁、罰聲學方法司發(fā)展到地莫震、化學滔及重力等饞方法，監(jiān)沒測數據的析采集和傳臘輸將從人掏工、半自垂動化發(fā)展殊到以光纖淚、物聯網程及移動互粒聯網為特沿征的全自蜜動化。硬猛件的飛速伙發(fā)展必將晨為監(jiān)測工捐作的大數飄據化提供賭堅實的基迎礎。培4排.4鉗催數據分析貪是重中之街重染面對蜂擁晶而來的大雀數據，快靈速、可靠雪的分析和郊及時反饋漂是做好巖足土工程監(jiān)似測的關鍵無。巖土工顧程監(jiān)測的遲主要目的衛(wèi)是進行異安常數據的茂成因分析話和趨勢預獨測。由于恭系統(tǒng)的復智雜性、影式響因素過潮多及作用震機制不明批，在大數竊據時代，邪人們更關績心數據間暗的相關關漢系。利用價大數據強布大的分析蝕能力進行但關聯分析椅、模式識抱別，從而舌獲得一些秩規(guī)律來逼肅近成因分畝析及結果鞠解釋。另燦外，大數冤據分析技唐術也便于孝綜合進行喇大范圍的撕空間上和楊時間上的臘相關性分模析，能夠始有效地避齊免因分析害能力不足崇而導致的鉆片面化。徒同時，非借結構化數勒據的快速泳處理也依擴賴于大數熱據技術。猶必須指出瓣，雖然大隔數據的方后法對于巖驕土工程監(jiān)告測十分重寸要，但巖統(tǒng)土工程在休數據分析半方面的積繡淀尚不充野分，必須掉重視多學典科交叉，鞠研究和引起入計算機急、統(tǒng)計分盛析學科中灑的大數據補方法，在顆巖土工程股監(jiān)測數據逝處理分析濫方面開展垮集成創(chuàng)新農。紀大數據技霉術的關鍵嶼在于設計小一種成本卷可接受的鍬，通過快斧速采集、咸發(fā)現、分畝析等工具難和方法，衫從大量的房、多種類窩型的數據富中提取有隊價值的信界息或知識行的體系架蔽構。由于疊近年來互怎聯網、云扇計算、移響動設備和勁物聯網的德迅猛發(fā)展閑，要處理工的數據量越大、增長法快，而業(yè)畏務需求對晝數據處理展的實時性近又提出了檔更高要求卷，傳統(tǒng)的甩常規(guī)技術玉手段無法片應付。因抱此，大數也據技術應核運而生，陽但其研究轉和應用還竄仍處在探窮索階段。尚本文將介答紹一種大言數據技鴨術裕-專數字基坑尸系統(tǒng)跟深大基坑刮工程中涉謎及場地工芬程地質條迷件、地下短結構踐(乎如地連墻蠅、樁基礎誼、立柱、維支撐等系)方、施工過丸程、信息擾化監(jiān)測等丈。因此，嶄為建立數耽字基坑系戰(zhàn)統(tǒng)實現基洽坑工程的換信息化施井工與動態(tài)撈監(jiān)測，需慌要包含工辦程信息的白數字化被(仆場地工程俱地質信息香、施工信燒息、結構宰信息婚)題、監(jiān)測數葬據竄(拌位移、土炕壓力等矢嚴量監(jiān)測數姐據，地下局水位等標斃量監(jiān)測數頃據麗)腎等的信息陳化。此外露，隨著數低值計算技誕術的發(fā)展趣，目前其殲在基坑動山態(tài)施工變彼形分析及綠穩(wěn)定性評誼價方面得浮到廣泛應運用，并為叮復雜深大腦基坑開挖逮優(yōu)化及安麗全施工提務供了理論著支持。因龜此，在實障現數字基圣坑系統(tǒng)建莫設中也有六必要將數卵值計算的貍研究成果橫集成起來蔬。針對上核述問題，嫂一個健全靈的數字基噸坑系統(tǒng)應能包括數據董管理、監(jiān)酸測信息分菌析查詢、隙工程信息譽查詢、數此值計算成純果查詢四斑大主要功架能模塊董(枕見千圖烏1眨)凍。淘4典.第5丈數據庫管籠理模塊比為了實現柳深大基坑烤施工過程訴的信息化掘管理，設川計數字基壇坑系統(tǒng)數茶據庫共分顛3贊層，由上浩而下分別帶為數據庫謎、數據表轉和數據字晴段。其中部數據表由脖工程信息參表、標段麥信息表、兩測點信息伐表、地層問信息表及點測點監(jiān)測終數據表等潑7碼類信息表章組成；數匠據字段為蜓數據的直壯接存儲位彼置，囊括傅了工程相帝關的諸多答重要信息遼，其組織粗架構如紹圖染2跪所示。數緩據管理模比塊主要是布通過良好桌的人機交工互界面，郵實現對數比據的嚇Exce誠l渴批量錄入驗、數據修膝改，并實墳現對數字慣基坑數據爛庫結構的蓬調整、數當據庫擴充奸等功能，號存儲內容焰主要包括艷監(jiān)測信息鵲、測點信吳息、工程送信息等，載各數據表雕間實現了濫關聯，形哈成了結構溪化，系統(tǒng)款化的數據翁庫與數據拍管理功能菊。當然根遞據信息化墨監(jiān)測的需塔求，監(jiān)測馬數據的來幸源也可通誰過無線傳彎輸的方式里，直接獲疊取現場傳轎感器傳來欣的監(jiān)測數幸據信息。圖1數字基坑系統(tǒng)總體框架圖1數字基坑系統(tǒng)總體框架圖2數字基坑系統(tǒng)數據庫架構圖2數字基坑系統(tǒng)數據庫架構跟4殖.富6端乞工程信息父查詢模塊趣工程信息輩查詢模塊銳主要包括拼測點、監(jiān)剖測深度、噴支護結構聚、場地工憐程地質條洞件等空間篩信息的三候維可視化喘展示、交描互式查詢爽和訪問。賺4輪.買7炊伙監(jiān)測信息術可視化分隊析查詢模琴塊道該模塊是傾數字基坑乳系統(tǒng)的核躁心模塊，隙監(jiān)測信息旋分析查詢啟功能主要弊分鵝為攔2鍋銀部分，即抽：監(jiān)測信醫(yī)息預測查虎詢和監(jiān)測肉信息三維信展示，二快者由于呈樸現的手段鍵不同分別修屬于監(jiān)測魄信息預測拿查詢與三憐維信息查鳴詢胖2稍個功能模羞塊。其中鎮(zhèn)前者為獨抱立功能模連塊，包括它了監(jiān)測數冊據查詢與瑞監(jiān)測數據五預督測蒜2和匪個子部件蛙，查詢以身表格和曲施線圖的形尤式進行展很示，目的團在于幫助震工程人員斯分析數據總變化規(guī)律校，了解基毒坑演化規(guī)搜律，預測漆通過較為霜成熟，使谷用廣泛的貿人工神經塘網絡和灰鉤色系統(tǒng)預旱測方法實制現，為工學程除險提津供有力的壘支持；監(jiān)括測信息三慨維展示主尊要為測點震監(jiān)測數據被的展示，甩按數據類堪型分為矢漂量和標量配，為滿足猶不同監(jiān)測芬儀器的需邊求，在三回維信息查久詢模塊中棚可以云圖孕和矢量圖潤的形式進臉行展示。確基于上述跡數字基坑懸系統(tǒng)構架零理念，在畝研究過程懇中運用面舍向對象編扎程方法及饑三維可視蛾化技術，減實現了數套值基坑系役統(tǒng)平臺建做設，并將賽其應用于界天津市文挖化中心交救通樞紐大罪型基坑信傘息化管理宴中。5結語煎（唱1挖）以數據滅量巨大、吉數據類型火復雜、處瘋理速度要沸求快為主陪要特征的方大數據時套代已經來吵臨，必將圈帶來生活滋、工作與冊思維方式乞的大變革巨。大數據嶺的幾大主賓要特征天右然契合于叔巖土工程毛監(jiān)測的特蝕點，巖土蔽工程監(jiān)測君是典型的乳大數據應潔用。?。ㄎ?鄰）巖土工讓程監(jiān)測數牙據采集的箏門檻越來掏越低，但隸對分析人調員的要求忙越來越高寸，重采集雹、輕分析輛的現象一芳直存在。唉目前，國閱內監(jiān)測工辱作未能發(fā)持揮應有的遮作用，并椅且存在法晉規(guī)制度不逼完善、監(jiān)臣管不嚴格幣、管理不務到位的現驗象，亟需芝規(guī)范化管振理和加強撲數據分析摔能力。寺（智3被）大數據鍛分析技術啦將提高巖斗土工程監(jiān)