物聯網技術在基坑監測中的應用研究

【摘要】現代建筑不斷向智能化、節能環保化方向發展，對建筑安全監管技術和方法也提出了新的要求，精準、高效、安全、綜合的數據正成為時代的需要，采用傳統的人工測量模式顯然是無法滿足這方面的需求的。本文以傳感器網絡、移動互聯網絡及光纖通訊為基礎，以計算機數據處理技術為平臺，構建一套自動化、智能化、實時性強的基坑安全監測系統，并在此基礎上展望了物聯網技術在建筑行業中的發展前景。

【關鍵詞】基坑；物聯網；傳感器；監測

建筑行業普遍存在著重建設輕管理、重經濟輕安全的跛腳，在深基坑安全監管的過程中也暴露出常規測量手段存在的一些問題。該基坑監測方式具有以下弊端：1）紙質數據記錄容易遺失、損壞；2）數據在采集和分析整理過程中存在很多人為因素的干擾和影響，從而導致數據失真；3）監測過程易受天氣、突發事件等影響而延期；4）監測工作存在一定的安全隱患；5）監測數據到分析報表的傳遞過程會產生一定的滯后性； 6）報告的可讀性差。

鄭夏翊等[3-4]學者針對建筑行業安全監測管理進行了多方面的研究，運用物聯網技術建立建筑工程監管體系，也為解決基坑安全監測管理上的弊端指明了研究方向。筆者在此基礎上，根據實踐應用提出了基于感知傳感技術的物聯網基坑監測系統，為基坑安全監測構建一套行之有效的監控平臺。

1、基于物聯網技術的基坑安全監測平臺的建立

物聯網把新一代移動通信、云計算、下一代互聯網、衛星通信等技術的融合，充分整合網絡內人員、機器、設備和設施，滲透于未來生活的各個層面。蒙海濤等[1-2]學者基于物聯網技術的大數據應用，提出了智能電網、農業環境、大氣環境等監測系統的建設方案。基于傳感器的物聯網技術的應用，實現多參數的監測，以計算機數據處理技術為平臺，構建一套自動化、智能化、實時性強、安全可靠的安全管理平臺是解決當前基坑監測工程弊端的有效手段。

基于物聯網技術的基坑安全監測管理平臺主要由三大部分構成 ：感知測量網絡、數據通訊網絡與系統網絡應用平臺。該平臺通過傳感設備、控制設備，按約定通訊協議，將傳感器信息或傳感器間的互動信息與通訊網絡連接起來，進行信息交換和通信，實現智能化識別、實時采集、監控和管理等功能。

感知測量作為物聯網的基礎，負責整個基礎層面應力、應變、位移等參數數據的采集。該部分采用通過傳感技術，由布設在目標點位的各類傳感器組網構成。

數據通訊網絡執行感知測量網絡內部數據的交流及感知網絡與應用平臺的數據互動。該網絡以移動網絡平臺和光纖網絡平臺為基礎，充分利用現有通訊資源實現。在移動通訊網絡的驅動下，可以想象在不久的未來“一鍵采集，實時報告”都將盡在掌中。

基坑工程安全監測應用平臺通過軟硬件的結合，重在分析挖掘數據，最終以可視化圖表展示檢測結果，發揮優化設計和及時反饋指導工程安全施工的作用。

2、基于物聯網的基坑安全監測平臺的應用

現代建筑基坑的支護形式在不斷改變，基坑安全監測參數也從少數物理量發展到位移、應力、應變、力以及其他基本物理性質的多場耦合監測。以珠海橫琴某采用內支撐梁支護形式基坑監測工程為例：

2.1 感知監測網絡的構成

在檢測行業，通過把傳感器嵌入到路橋、管線、構筑物等各監控目標中，并利用移動網絡通訊技術與各式樣采集設備的溝聯，實現監測服務體系與監督管理系統的有機整合，遠程檢測目標參數。具有低功耗、可靠穩定性強、成本低、小微化等代表特征的傳感器產品，正成為改變未來監測行業發展模式 的核心動力。

基于物聯網的基坑安全監測平臺針對所涉及的監測參數內容，應用傳感器組件構建感知測量網絡，具體解決方案如下：

2.2 數據通訊網絡的構成

基坑安全監測平臺數據通訊網絡由多種通訊方式混合構成。傳感器組件具有分布散亂、通訊頻率低、易受施工影響等特點，直接單點采用GPRS無線移動通訊方式成本高，實施難度大，一般采用RS485通訊方式將其與多通道數據采集儀鏈接組網，再將多通道數據采集儀與平臺服務器通過GPRS無線移動通訊模塊實現數據互聯。

基坑監測平臺的用戶工作性質跨度比較大，從政府管理人員、業主、檢測單位、監理到現場施工人員，工作習慣、辦公場所與辦公條件都相差很大，平臺與用戶的鏈接方式需要多樣化，支持光纖通訊、移動網絡通訊等方式。

2.3 基坑安全監測應用平臺的構成

應用平臺軟件采用云數據技術，結合SQL數據庫管理軟件，以通訊網絡技術為紐帶，以定量分析為主，采用適當的數學模型建立。采用統一后臺服務器管理原始數據，將作業人員與原始數據隔離，確保數據的安全性和可靠性。

為提高監測結果的可讀性，平臺還在此基礎上結合多媒體進行了功能上的拓展，包括數據圖表化顯示、數據對比性分析、APP掌上查詢、滯后分析、安全性評價等。同時，根據用戶權限進行分層管理，對各級權責進行分工細化。并進行數據源定時追溯、報警聯動、人員調度、決策支持等管理和服務功能，簡化工作作業流程，提高資源利用率和安全生產水平。

結論：

本文結合工程案例論述了基于物聯網技術的基坑監測自動化平臺建立的可行性方案， 以傳感器作為感知節點，以移動通訊技術為網絡通道，從安全管理的實際需要出發，以計算機技術為核心，實現基坑安全監測、監管和應急預警的一體化建設，充分發揮物聯網實時、智能的技術優勢。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基坑安全監測工作的核心，對于數據的整合和有效挖掘將成為安全監管新的發展方向，基于傳感器感知網絡的物聯網技術的應用將實現建筑生命周期的全過程無縫監管，為提高建筑行業的安全有序發展提供了有效的監管手段。

參考文獻：

[1]蒙海濤，張驥，易曉娟，薛嬌嬈.物聯網技術在環境監測中的應用[J].環境科學與管理，2013，01：10-12+86.

[2]鄭夏翊，李惠萍，駱王成，胡成功.物聯網技術在項目質量安全管理中的應用[J].土木建筑工程信息技術，2013，02：101-106.