大數據時代下基于物聯網技術的邊坡監測展望

陳振邦　王佳欣

摘 要：每年邊坡失穩給國家的財產和人民的生命安全帶來巨大的危害，而合理的監測技術是邊坡預防和治理的關鍵所在。但是目前的技術手段缺乏系統性和實時性，遠遠不能夠達到良好的監測效果。物聯網由于具有實時性、智能化、精細化等特點，近幾年被廣泛的運用到建設領域。大數據思想的產生是讓人們如何重新認識數據，如何挖掘數據背后的價值。在闡述物聯網和大數據的基礎上，介紹物聯網和大數據在工程監測上的運用，最后展望該技術在邊坡監測上的前景。

關鍵詞：邊坡監測；物聯網；大數據；展望

中圖分類號： TP391 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）18-158-2

0 引言

作為全球性三大地質災害之一的邊坡失穩塌滑嚴重危害國家財產和人民的生命安全。隨著我國基礎建設的大力發展，在礦山、水利、交通、建筑等各個建設領域將出現大量的邊坡工程，這樣不可避免的涉及一系列由邊坡所產生的問題。因而要全面的認識邊坡，從而達到有效的預防、治理邊坡。其中，邊坡監測是認識和治理邊坡的關鍵，合理的監測是邊坡整治的可靠技術保障。

目前，我國的邊坡監測方法由過去的簡易工具測量向自動化、精密化發展，其監測方法主要有簡易監測法、設站觀測法、儀表觀測法和遠程監測法[1]。雖然邊坡監測手段眾多，但是目前的邊坡監測仍存在以下幾個主要不足之處：①工作量大，消耗大量人力、財力、物力；②監測不夠頻繁，不能獲得精確的邊坡變化規律；③觀測受外在因素影響，比如氣候條件；④觀測項目相互獨立，不能將各種數據融合分析。

物聯網技術是繼計算機、互聯網和移動通信網之后的新一輪技術革命浪潮[2]，它通過感知、通信和智能信息處理，實現物理世界的智能化感知、管理與控制[3]。物聯網技術的興起，為邊坡監測提供全新的方法與手段。大數據是繼云計算、物聯網之后IT產業又一次顛覆性的技術變革，技術是大數據價值的手段，而大數據思想就是從很多“毫無關聯”的數據中找到它們的相關性。這種思想類似于混沌理論，但是比混沌理論更為簡潔的認識事物。對于由多種因素控制的邊坡穩定性而言，大數據思想可以很好的發現邊坡變化的相關性。

本文首先詳細的介紹物聯網和大數據的概念，在此基礎上再介紹國內外物聯網技術在邊坡監測上的應用，最后指出目前物聯網技術存在的一些不足之處并提出相關的解決辦法。

1 物聯網概述

物聯網，簡單的說就是實現物與物相連接的網絡。其實現途徑是通過裝置在各物體之間的傳感設備，比如有射頻識別（RFID）裝置、二維碼、紅外線感應器、全球定位系統等。傳感器把收集起來的信息通過網絡傳送到信息承載體（云計算平臺），然后實現人與物之間的智能化感知。

2 物聯網技術構架

從物聯網的概念可以得知，物聯網的實現應該具有三個要求：①全面感知；②可靠傳遞；③智能處理。從技術層面上講，即感知層、網絡層和應用層。

感知層作為收集物體信息的來源，它的多樣化與否直接影響到識別物體的準確性和全面性，感知層由各種傳感器組成，有溫度、濕度、二氧化碳濃度傳感器、攝像頭、GPS、RFID等等。這些傳感器將從不同角度去識別物體。

網絡層由互聯網，私有網與云計算平臺構成的，負責傳遞數據。其中云計算平臺是其核心組成，它可以實現海量信息的智能處理。

應用層就是針對不同行業的各種應用，提取出同專業的信息并進行數據整合，達到智能化應用。

3 物聯網的特點

從物聯網的概述和技術構架可以看出，物聯網具有如下特點：①實時性。它能不間斷的收集、傳遞信息。②遠程監控。傳感器能夠將采集來的信息通過網絡傳遞，這樣就可以達到遠程監控的效果。③全面性。不同的傳感器從多方面識別物體，能夠充分的認識物體的變化情況。④統一決策。將不同的信息整合起來，充分認識到物體變化的主次矛盾，從而有針對性的采取相應措施。⑤創新性。物聯網讓我們從更多的角度認識世界。

4 大數據

4.1 大數據概念

物聯網技術的廣泛實現必須依靠云計算平臺的應用，云計算平臺能夠存儲海量的數據，而大數據技術又是云計算的核心，它能夠從海量的數據中提取有價值的數據，然后進行處理。這種技術的存在能夠快速的、有效地發現數據的價值和事物的本質。簡言之，大數據思想是讓人們認識到如何正確、有效地使用數據的理念。

4.2 大數據特點

大數據開啟了一次重大的時代轉型，改變了人們認識和理解世界的方式[4]，即世界就是數據，大數據被廣泛的應用到各行各業。其主要特點有以下幾個方面：①大量。②高速。③多樣。大數據接收包括文檔、音頻、圖片、視頻等各種不同類型的信息。④價值。大數據的本質就是預測，從相關性的數據中發現問題的原因。

5 物聯網技術在邊坡監測的研究進展

隨著物聯網技術的興起，物聯網在建設行業得到很好的運用，比如橋梁健康監測、大壩安全監測、隧道變形監測、智能建筑安全系統等，然而在邊坡等地災的運用還是比較少。

5.1 國內外的研究與應用

目前，國內外對邊坡監測研究主要集中在對其監控上，主要手段是通過“3S”技術和DDRS技術。“3S” 技術是遙感技術、地理信息系統、全球定位系統這三種技術的統稱[5]。DDRS指的是數字減災系統，利用遙感技術、全球定位系統、地理信息系統和計算機網絡技術，用數學和物理模型來數字仿真，模擬災害發生傳播的全過程[6]。國內曹詩詠提出了將ZigBee無線傳感器網絡技術和北斗衛星通信技術相結合對滑坡的狀態進行遠程實時監測的方案[7]。何文娜首次系統化地提出了大數據時代物聯網、云計算等技術在地質調查領域的融合性技術框架，探討了物聯網技術在地質資料管理、地質裝備管理方面的應用方案，將其具體應用到公路高邊坡地質災害監測系統建設項目中[8]。

5.2 物聯網技術在邊坡監測上的不足

綜上所述，雖然物聯網技術在實際建設中得到了廣泛的運用，特別是它具有遠程操作、連續觀測、自動采集、存儲等優點，但是該技術在目前階段還沒有被成熟的運用。其原因有如下幾個方面：①現有的一些操作僅僅涉及物聯網技術上的感知階段，沒有真正意義上達到數據的整合處理。②對邊坡的監測也僅僅是局部的監測，缺乏相關性的大數據，不能系統地認識邊坡失穩的原因。③傳感器沒有達到技術要求。邊坡所處環境比較惡劣，這就要求傳感器具有耐腐蝕、防水、抗電磁干擾、低耗能、抗壓等性能。④缺乏典型試驗，沒有統一的技術規范做指導。這樣導致每個地方的數據不能夠相互借鑒，從而喪失了大數據的意義。⑤缺乏監控預警臨界點，容易錯失治理的最佳時機。

6 物聯網技術在邊坡監測中的展望

毫無疑問，物聯網技術和大數據思想是當前和今后一個時期監測邊坡的重要方向，未來的監測手段會越來越豐富，監測精度也會越來越高，物聯網技術的發展也會帶動監測儀器的發展。可以預見，物聯網技術在邊坡監測有如下趨勢：①傳統技術和物聯網技術的融合。以物聯網技術為主，傳統技術為輔，充分發揮各自的優點，達到全面監測的效果。②智能傳感器的蓬勃發展。一些造價低、性能好的傳感器將得到研究、開發和運用。③大數據會得到全面的認識。邊坡失穩由內因和外因共同作用，傳統的判斷方法只是從單一的角度分析，而對大數據的分析就可以簡化認識邊坡失穩，因為所有的因素都體現在數據上，從數據中提取價值便是大數據思想的核心。④科學、系統的邊坡監測體系的建立。從系統上考慮邊坡問題，而不是從邊坡的某個局部因素考慮問題。隨著物聯網技術的成熟，未來會從區域性的角度考慮邊坡問題。⑤物聯網規范的制定。統一技術指標，讓各種各樣的數據實現全面無縫對接，從而使物聯網達到安全運營，信息化管理的要求。

參 考 文 獻

[1] 羅志強.邊坡工程監測技術分析[J].公路，2002，05：45-48.

[2] 王保云.物聯網技術研究綜述[J].電子測量與儀器學報，2009，12：1-7.

[3] 楊正洪.智慧城市：大數據、物聯網和云計算之應用[M].北京；清華大學出版社，2014.

[4] 陸夢寒.針對地震大數據的分布式文件系統的研究與設計[D].中國科學技術大學，2014.

[5] 趙修雪.基于現代信息技術的開放式地理教學實踐研究[D].山東師范大學，2009.

[6] 盧憲雨.基于網絡地理信息系統的災情查詢系統[D].吉林大學，2006.

[7] 曹詩詠.基于無線傳感器網絡的滑坡監測研究[D].西南石油大學，2012.

[8] 何文娜.大數據時代基于物聯網和云計算的地質信息化研究[D].吉林大學，2013.