巖土工程自動化監測系統及應用研究

程 彥 （合肥工大工程試驗檢測有限責任公司，安徽 合肥 230009）

0 前言

巖土工程動工時會對周邊巖土體造成強烈擾動，此時可能引發山體滑坡、坍塌等現象，此類現象具有較大的危險性，如果在沒有防護的條件下直接動工，大概率會引發安全事故發生，對此在傳統巖土工程當中，往往需要通過人工來對周邊環境進行監測，同時設置預防設施保護施工現場，但這種方法由于人工不穩定性影響，最終得出的結果一般都存在缺陷。鑒于此，有研究人員在自動化技術條件下提出了巖土工程自動化監測系統，理論上通過該系統能夠突破傳統監測方法的缺限。

1 巖土工程自動化監測系統應用優點

傳統巖土工程監測方法存在多種缺陷，所以有必要進行改善，通過巖土工程自動化監測系統能夠實現改善目的。自動化監測系統具有多種優勢，如應用便捷性較高、降低人工參與度以及人工負擔、監測范圍廣泛、監測無間斷等。

1.1 應用便捷性較高

巖土工程自動化監測是一種建立于自動化技術基礎上的監測系統，最突出的特點在于一切運行行為均自動完成，人工只需要將系統硬件層設備安裝在相應的位置上，系統就能夠自動對周邊巖土環境進行數據采集、數據處理、數據傳輸，可見傳統需要人工來處理的工作均被自動完成，說明該系統的應用十分方便，同時自動化系統的運行速率、穩定性要遠超人工。

1.2 降低人工參與度以及人工負擔

在巖土監測當中，人工參與度越高則說明人工不利因素對監測工作的影響越大，所以在某種角度上，如果要提高監測工作質量，就需要降低人工參與度，而通過巖土工程自動化監測系統，能夠有效取代大部分人工監測工作，實現降低人工參與度的目的，消除人工不利因素的影響，一些人工實地勘察的安全隱患也不會產生，有利于人工安全。

1.3 監測范圍廣泛

傳統巖土監測中，人工監測范圍取決于人工視線長度（在傳統設備幫助下的視線長度）與人體移動，而自動化監測系統的監測范圍較大，系統監測效率也得到了增長。

1.4 監測無間斷

巖土工程自動化監測系統的運行在正常情況下是不會間斷的，這也是該系統與傳統人工監測工作的最大區別。在傳統人工監測當中，介于人體生理需求以及工作安全，一般在晚間不進行檢測，這可能錯失巖土工程的動態性變化。巖土工程自動化監測還可以深入野外環境、可以不間斷的進行運作。在日常工作當中人工有必要對系統設備進行維護，避免出現設備損傷等問題。

2 巖土工程自動化監測系統分析

2.1 系統運行結構

巖土工程自動化監測系統是一種綜合性的技術系統，融入了許多先進技術，而通過這些技術，實現了該系統的多項功能，例如通過計算機技術實現了軟件自動算計功能、通過信號傳輸技術實現了自動數據傳輸、通過自動化技術實現了自動控制終端等。可見，該系統的運行架構十分復雜，但綜合來看主要功能為三大類，即數據自動采集、數據自動分析處理及自動安全管理，其運行流程如圖1所示。

圖1 巖土工程自動化監測系統運行流程

2.2 系統分類

因為實際巖土工程監測條件不同，所以統一結構的巖土工程自動化監測系統對此難以應對，在現代研究兩種自動化監測系統類型，即分布式系統、集中式系統，兩者在功能上基本類似，但是在功能特點及布設方法上卻存在區別。

2.2.1 分布式系統

分布式監測系統是一種適用于監測范圍較大條件下的自動監測系統，主要采用電路來實現采集設備電能供給、采集數據電信號傳輸功能，之后再結合集成電路來實現數據收集、數據整合，最終通過電子技術實現電信號數據轉換，滿足計算機數據解譯需求。分布式系統的結構主要分為三個部分，即分散控制系統、集中管理系統、通信網絡操作系統。其中分散控制系統主要由電路、自動化控制終端組成，能夠對分散的數據采集設備進行自動化控制；集中管理系統主要由集中管理系統實現，在分散控制系統作用下，將分散的數據集中化處理，再將其傳輸到通信網絡操作系統當中；通信網絡操作系統主要由電子技術實現，可以接收集成電路傳輸而來的數據，同時對這些數據進行轉化處理，使電信號轉化為電子信號，可供終端解譯。圖2數據采集設備。

2.2.2 集中式系統

圖2 數據采集設備

集中式系統的應用相對較少，因為其適用于監測面積較小的條件下，但此項技術的優點在于功能性更強，且易于管理。該系統首先包含了上述分布式系統當中的所有功能結構，還具備自動預警決策、自動報警功能。在自動預警決策上，依靠終端對外部采集設備的數據進行分析，同時根據閾值邏輯來判斷數據是否存在異常現象，如果存在異常，那么系統將會自動激發自動報警功能，以通知人工來對異常進行關注，如有必要人工可以直接切換至人工模式來著手控制。此外，集中式系統還具備一個重要功能，即數據采集設備運行狀態檢查，因為數據采集設備設立與野外環境，很容易被外在因素影響而出現損傷，無法保障采集而來的數據是否準確，但通過此項功能，能夠通過數據采集設備的電路傳輸情況、數據反饋情況來判斷當前設備的狀態，當發現異常之后會嘗試對設備進行技術維護，同時激發自動預警功能，當技術維護失敗之后會切換至應急狀態，即停止異常設備運行，由人工來進行決策。

在一些先進的研究中還提出了一種融合上述兩種監測系統的混合式系統，鑒于成本及兼容性的問題還沒有過多的投入實踐應用當中，屬于還不成熟技術，但從研究結果上來看，該系統的可行性很高。

3 結語

本文主要對巖土工程自動化監測系統及應用進行了分析，結果顯示，自動化監測系統具有應用便捷性較高、降低人工參與度以及人工負擔、監測范圍廣泛、監測無間斷4項優點，并闡述了自動化監測系統各項應用功能。