礦區(qū)巖土施工安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

張 艷，張 柯，郭 靖

(1.陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000； 2.中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 611700)

礦區(qū)巖土工程是指在礦區(qū)中將土體與巖體作為施工對(duì)象的一類(lèi)工程項(xiàng)目，它屬于工程技術(shù)中的一種，旨在通過(guò)相關(guān)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)局部乃至整個(gè)工程的打造[1]。該類(lèi)工程的特點(diǎn)為施工現(xiàn)場(chǎng)的信息、參數(shù)及條件等均具有較強(qiáng)的隨機(jī)性，且具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，與結(jié)構(gòu)類(lèi)工程相比，其成熟度、完善性及嚴(yán)密性均較低[2-3]。因此，針對(duì)此類(lèi)工程施工過(guò)程中安全性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)成為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。在礦區(qū)巖土工程施工安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域內(nèi)，通常所關(guān)注的安全參數(shù)主要有氣體濃度、地面載荷、地面沉降、溫度、位移及應(yīng)力應(yīng)變等，通過(guò)及時(shí)監(jiān)測(cè)此類(lèi)安全參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦區(qū)巖土工程施工安全的有效監(jiān)測(cè)[4]。以往監(jiān)測(cè)中通過(guò)運(yùn)用各類(lèi)監(jiān)測(cè)儀器依次采集各種安全參數(shù)，待完成全部參數(shù)采集任務(wù)后方可匯聚各種安全參數(shù)數(shù)據(jù)，采集效率低，整體監(jiān)測(cè)時(shí)效性不佳[5]。并行采集可通過(guò)在相關(guān)控制器的操控下實(shí)現(xiàn)各類(lèi)監(jiān)測(cè)儀器的數(shù)據(jù)并行采集任務(wù)，此種采集方式響應(yīng)速度更高，對(duì)提升整體監(jiān)測(cè)時(shí)效性有較好的效果[6-8]。

多源是指數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)源，在礦區(qū)巖土工程施工安全監(jiān)測(cè)中，使用各類(lèi)傳感器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)各種安全參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，這些傳感器因生產(chǎn)廠(chǎng)家各異，導(dǎo)致各自采集的數(shù)據(jù)具有分散性，由此造成所采集數(shù)據(jù)具有多源的特性[9]；異構(gòu)指數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存在差異，不同生產(chǎn)廠(chǎng)家所生產(chǎn)傳感器采集到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同，由此導(dǎo)致所采集數(shù)據(jù)具有異構(gòu)的特性，綜合具備以上2種特性的數(shù)據(jù)即為多源異構(gòu)數(shù)據(jù)[10-11]。此類(lèi)數(shù)據(jù)具有涵蓋范圍廣、監(jiān)測(cè)全面等特點(diǎn)，通過(guò)并行采集方式獲得此類(lèi)數(shù)據(jù)，并有效解決此類(lèi)數(shù)據(jù)應(yīng)用中的來(lái)源、結(jié)構(gòu)及傳輸協(xié)議等差別問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用此類(lèi)數(shù)據(jù),在礦區(qū)巖土工程施工安全監(jiān)測(cè)中更具現(xiàn)實(shí)意義[12]。

綜合以上分析，本文設(shè)計(jì)一種基于多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的礦區(qū)巖土施工安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并將其實(shí)際應(yīng)用于某礦區(qū)巖土工程施工安全監(jiān)測(cè)中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)的安全參數(shù)變化情況，降低巖土工程施工風(fēng)險(xiǎn)，保障施工的安全性。

1 礦區(qū)巖土工程施工特征分析

礦區(qū)巖土工程施工的特征主要表現(xiàn)為隱蔽性、不確定性、區(qū)域依賴(lài)性、危險(xiǎn)性以及周邊環(huán)境惡劣性等方面[13]。其特征結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 礦區(qū)巖土工程施工特征結(jié)構(gòu)Fig.1 Construction characteristic structure drawing of geotechnical engineering in mining area

(1)隱蔽性。對(duì)于礦區(qū)巖土工程而言，其施工過(guò)程中存在較多地下操作，此類(lèi)操作隱蔽性強(qiáng)，不能直觀(guān)地對(duì)此類(lèi)操作實(shí)施管控[14]，導(dǎo)致不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)操作中的問(wèn)題，甚至?xí)虼顺霈F(xiàn)施工安全事故。

(2)不確定性。通常在礦區(qū)巖土工程中所存在的地質(zhì)條件多變，當(dāng)工程施工到一定程度時(shí)，新的地質(zhì)條件也許會(huì)逐步出現(xiàn);同時(shí)在對(duì)巖土實(shí)施取樣時(shí)，巖土參數(shù)具有不確定性[15]，檢測(cè)樣本的條件與現(xiàn)實(shí)巖土工程之間差距較大，這些均會(huì)導(dǎo)致礦區(qū)巖土工程施工存在不確定性。

(3)區(qū)域依賴(lài)性。礦區(qū)巖土工程的實(shí)際施工應(yīng)與施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況相結(jié)合，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的具體參數(shù)指標(biāo)等明確后，有目的地實(shí)施相應(yīng)施工操作。如對(duì)于不同種類(lèi)土壤的施工現(xiàn)場(chǎng)而言，所需選用的施工操作方式也會(huì)存在差異。

(4)危險(xiǎn)性。由于礦區(qū)巖土工程施工中具有較高的人員流動(dòng)性，同時(shí)存在不確定的環(huán)境因素及所應(yīng)用的各類(lèi)設(shè)備較多，除此之外施工中使用到的火與電等，此類(lèi)因素均有可能增加礦區(qū)巖土工程的危險(xiǎn)性。

(5)周邊環(huán)境惡劣性。因?qū)嶋H施工需求，通常礦區(qū)巖土工程均選擇在較為偏遠(yuǎn)的位置施工[16-17]，此類(lèi)位置的周邊環(huán)境較為惡劣，且具有錯(cuò)綜復(fù)雜的地勢(shì)地形。

2 礦區(qū)巖土施工安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1 礦區(qū)巖土施工安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于對(duì)礦區(qū)巖土工程施工特征的分析，得知礦區(qū)巖土工程施工中所存在的諸多安全風(fēng)險(xiǎn)。為更科學(xué)有效地防止此類(lèi)安全風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合多源異構(gòu)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)礦區(qū)巖土工程施工安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)此類(lèi)工程施工過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)具體安全參數(shù)指標(biāo)的有效監(jiān)測(cè)，保障礦區(qū)巖土工程施工的安全性。

設(shè)計(jì)包括施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)融合與傳輸層及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)預(yù)警層的礦區(qū)巖土施工安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖2所示。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，位于首層的施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集層由FPGA可編程控制模塊與異構(gòu)設(shè)備采集模塊構(gòu)成，其中異構(gòu)設(shè)備采集模塊由布設(shè)于礦區(qū)巖土施工現(xiàn)場(chǎng)的各種傳感器與數(shù)據(jù)采集儀構(gòu)成，可采集施工現(xiàn)場(chǎng)的氣體濃度、滲壓、位移、溫度及沉降等具體安全參數(shù)指標(biāo)。FPGA可編程控制模塊的核心為FPGA可編程控制器[18]，在此模塊的控制下，可實(shí)現(xiàn)異構(gòu)設(shè)備采集模塊的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)并行采集。位于第2層的數(shù)據(jù)融合與傳輸層的任務(wù)是融合首層所采集到的施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，實(shí)施相應(yīng)處理后，經(jīng)由無(wú)線(xiàn)通信向遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)預(yù)警層內(nèi)傳輸。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)預(yù)警層的功能是接收來(lái)自數(shù)據(jù)傳輸層的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)施存儲(chǔ)、監(jiān)測(cè)、呈現(xiàn)及預(yù)警等。

圖2 礦區(qū)巖土施工安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體架構(gòu)Fig.2 Overall structure diagram of geotechnical construction safety monitoring system in mining area

2.2 礦區(qū)巖土施工安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.2.1 礦區(qū)巖土施工安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體硬件

教師既是“經(jīng)師”，又是“人師”。教書(shū)和育人是一個(gè)無(wú)法分開(kāi)的整體，育人滲透在教學(xué)中，是教學(xué)不可或缺的組成部分，育人效果的好壞直接決定著教學(xué)質(zhì)量的高低。通過(guò)教學(xué)，教師既要幫助學(xué)生掌握知識(shí)，形成技能，發(fā)展能力，又要幫助學(xué)生養(yǎng)成遠(yuǎn)大的理想追求，形成正確的人生態(tài)度，樂(lè)觀(guān)的情感體驗(yàn)，寬廣的人文情懷，堅(jiān)韌的意志品質(zhì)，精益求精的敬業(yè)精神。美國(guó)心理學(xué)家林格倫指出：“教師的教育效果取決于師生交往的質(zhì)量。”[2]要改變高等學(xué)校師生關(guān)系日漸疏遠(yuǎn)的現(xiàn)狀，教師要深入學(xué)生之中，親近學(xué)生，了解學(xué)生，與生為友，以理服生，以情動(dòng)生，以身示生，真正成為學(xué)生的人生導(dǎo)師。

系統(tǒng)整體硬件包括供電模塊、人機(jī)交互顯示屏模塊、異構(gòu)設(shè)備采集模塊、FPGA可編程控制模塊、RS485總線(xiàn)接口驅(qū)動(dòng)模塊、施工環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊、GPRS通信模塊、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模塊、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊及核心微控制器模塊等，系統(tǒng)整體硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。

(1)供電模塊的任務(wù)是向整個(gè)巖土施工安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供電源；作為礦區(qū)巖土施工安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體硬件核心部分的核心微控制器模塊，其關(guān)鍵任務(wù)是對(duì)其余硬件實(shí)施協(xié)調(diào)調(diào)度。

(2)異構(gòu)設(shè)備采集模塊主要由若干個(gè)傳感器與采集儀構(gòu)成，通過(guò)將此類(lèi)異構(gòu)設(shè)備布設(shè)于巖土施工現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全參數(shù)的實(shí)時(shí)采集。

(3)FPGA可編程控制模塊的關(guān)鍵任務(wù)是幫助通信協(xié)議各異的異構(gòu)設(shè)備實(shí)現(xiàn)礦區(qū)巖土施工現(xiàn)場(chǎng)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)并行采集，同時(shí)通過(guò)協(xié)議解析將所采集的數(shù)種協(xié)議數(shù)據(jù)集成為相同的格式上傳。

圖3 系統(tǒng)整體硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.3 System overall hardware structure design drawing

(4)RS485總線(xiàn)接口驅(qū)動(dòng)模塊的職責(zé)是融合施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集層所采集的施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，其兩端分別連接微控制器模塊與FPGA可編程控制模塊。

(5)GPRS通信模塊的主要任務(wù)是通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式向遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)預(yù)警層內(nèi)的服務(wù)器傳送融合后的施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)。

(6)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊的主要任務(wù)是儲(chǔ)存并備份融合后的施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)。

(7)人機(jī)交互顯示屏模塊的作用是將采集的施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給用戶(hù)，用戶(hù)經(jīng)由該模塊可對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的安全數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

(9)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模塊的任務(wù)是依據(jù)施工環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊的監(jiān)測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)巖土施工安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。

2.2.2 施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集層設(shè)計(jì)

施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集層的核心硬件為FPGA可編程控制器，其具備自定義、結(jié)構(gòu)化并行處理及靈活性等特點(diǎn)[19]，可幫助具備不同通信協(xié)議的傳感器與采集儀實(shí)現(xiàn)礦區(qū)巖土施工現(xiàn)場(chǎng)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)并行采集，并通過(guò)其協(xié)議解析功能集成所采集的數(shù)種協(xié)議數(shù)據(jù)為相同的格式上傳。施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集層硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示。施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集層以采集單元內(nèi)傳感器與采集儀等異構(gòu)設(shè)備的傳輸接口為依據(jù)，設(shè)計(jì)其核心部分FPGA的可編程邏輯資源，設(shè)計(jì)的最終目的是向可實(shí)現(xiàn)各種接口采集的邏輯電路轉(zhuǎn)變，同時(shí)對(duì)其核心部分的接口引腳設(shè)置約束，達(dá)到驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)接口的目的。圖4中，SCK為同步時(shí)鐘，CLK為時(shí)鐘信號(hào)；PLL為鎖相回路，其作用是令時(shí)鐘信號(hào)達(dá)到一致，令傳感器等異構(gòu)設(shè)備可常規(guī)運(yùn)行；MOSI與MISO分別為主輸出從輸入與主輸入從輸出；CAN為總線(xiàn)，TPS62243DRVTG4為轉(zhuǎn)換芯片。其中，CAN總線(xiàn)接口是不能直接向FPGA的I/O接口接入的差分電壓，經(jīng)由TPS62243DRVTG4芯片轉(zhuǎn)變CAN總線(xiàn)接口為SPI接口后，可直接向FPGA的接口接入；將SPI Master驅(qū)動(dòng)設(shè)置在FPGA端，達(dá)到采集傳感器等異構(gòu)設(shè)備所獲得礦區(qū)巖土施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的目的。

圖4 施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集層硬件結(jié)構(gòu)Fig.4 Hardware structure diagram of multi-source heterogeneous data acquisition layer in construction site

2.3 礦區(qū)巖土施工安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

針對(duì)礦區(qū)巖土工程施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)實(shí)施并行采集的過(guò)程如圖5所示。

(1)通過(guò)異構(gòu)設(shè)備采集模塊內(nèi)布設(shè)于礦區(qū)巖土工程施工現(xiàn)場(chǎng)的各類(lèi)傳感器與采集儀等異構(gòu)設(shè)備采集氣體濃度、位移及溫度等安全參數(shù)，由FPGA可編程控制模塊內(nèi)的FPGA可編程控制器并行采集各異構(gòu)設(shè)備所獲得的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)。

(2)由于各異構(gòu)設(shè)備的通信協(xié)議不同，所采集的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的格式和通信協(xié)議也存在差別，需通過(guò)FPGA可編程控制器內(nèi)設(shè)定的數(shù)據(jù)協(xié)議解析狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)通信協(xié)議和格式的解析。

(3)因各異構(gòu)設(shè)備所采集的數(shù)據(jù)屬于異構(gòu)數(shù)據(jù)，也就是主控時(shí)鐘屬于異步時(shí)鐘，為便于繼續(xù)處理數(shù)據(jù)，應(yīng)同步化此類(lèi)異步時(shí)鐘，避免亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象的出現(xiàn)。通過(guò)將異步FIFO(先進(jìn)先出存儲(chǔ)器)添加到各個(gè)異構(gòu)設(shè)備上，在異構(gòu)設(shè)備的采集端運(yùn)用其主控時(shí)鐘向異步FIFO內(nèi)儲(chǔ)存所采集數(shù)據(jù)，并通過(guò)相同的時(shí)鐘在其另外一端讀取數(shù)據(jù)，達(dá)到時(shí)鐘同步的目的。在此基礎(chǔ)上，以輪詢(xún)法并串轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)全部異步FIFO內(nèi)有效數(shù)據(jù)向各個(gè)地址的存儲(chǔ)器RAM存入。

圖5 施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)并行采集過(guò)程Fig.5 Process diagram of parallel collection of multi-source heterogeneous data in construction site

(4)通過(guò)流水線(xiàn)法對(duì)存入RAM內(nèi)的數(shù)據(jù)實(shí)施讀取與冗余校驗(yàn)，首個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)，對(duì)首個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)施讀取，下個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)，對(duì)下一個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)施讀取的同時(shí)對(duì)首個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)施冗余校驗(yàn)，以此規(guī)律直至完成全部數(shù)據(jù)的讀取與冗余校驗(yàn)。

(5)經(jīng)由無(wú)線(xiàn)通信將通過(guò)冗余校驗(yàn)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)融合與傳輸層，完成礦區(qū)巖土工程施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的整體并行采集任務(wù)。

3 應(yīng)用結(jié)果分析

以某礦區(qū)施工中巖土工程為例，將本文系統(tǒng)應(yīng)用于該工程內(nèi)，對(duì)其施工安全實(shí)施監(jiān)測(cè)，檢驗(yàn)本文系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果。實(shí)驗(yàn)巖土工程地段屬于東西走向，且其東部高于西部，東部附近有采礦后遺留礦坑；工程中的局部區(qū)域有淤泥黏土層，其強(qiáng)度較低且具有較高的壓縮性，厚度約18 cm；施工中對(duì)回填土與軟基實(shí)施加固的方法分別為強(qiáng)夯法和固結(jié)法，主要目的是實(shí)現(xiàn)工程場(chǎng)地的平穩(wěn)及降低施工后沉降。

3.1 施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集性能檢測(cè)

施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的采集性能可直接影響到礦區(qū)巖土施工安全監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性。為此，首先檢驗(yàn)本文系統(tǒng)在并行采集實(shí)驗(yàn)巖土工程施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)時(shí)的實(shí)際響應(yīng)情況。隨機(jī)選取3個(gè)時(shí)間段進(jìn)行3組實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)中所選取的異構(gòu)設(shè)備組數(shù)均為2～10組，每組異構(gòu)設(shè)備由溫度傳感器、壓力傳感器、氣體濃度傳感器及位移采集儀等構(gòu)成。各實(shí)驗(yàn)時(shí)間段下本文系統(tǒng)不同組數(shù)異構(gòu)設(shè)備施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)并行采集用時(shí)情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果詳見(jiàn)表1。分析表1可以得出，當(dāng)本文系統(tǒng)所使用的異構(gòu)設(shè)備組數(shù)相同的情況下，在不同時(shí)間段內(nèi)對(duì)實(shí)驗(yàn)工程施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的采集用時(shí)無(wú)過(guò)大差異；當(dāng)處于相同時(shí)間段內(nèi)時(shí)，隨著所使用異構(gòu)設(shè)備組數(shù)的增加，本文系統(tǒng)的并行采集用時(shí)僅出現(xiàn)小幅度的上升趨勢(shì)，原因是本文系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集的方式為FPGA并行采集，實(shí)際采集用時(shí)并不受異構(gòu)設(shè)備數(shù)量的影響，僅受采集用時(shí)最長(zhǎng)的單個(gè)傳感器的影響。由此可見(jiàn)，本文系統(tǒng)在采集施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)快速響應(yīng)，且響應(yīng)用時(shí)較為穩(wěn)定，整體采集性能平穩(wěn)可靠。

表1 不同分組的并行采集用時(shí)情況Tab.1 Parallel acquisition time of under different groups ms

3.2 數(shù)據(jù)傳輸性能檢測(cè)

在監(jiān)測(cè)礦區(qū)巖土工程施工安全過(guò)程中，對(duì)所采集施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的傳輸性能同樣可影響到最終的監(jiān)測(cè)效果。因此，需檢測(cè)本文系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸性能。以傳輸時(shí)延與丟包數(shù)目作為檢測(cè)指標(biāo)，以每5 min傳輸4 000個(gè)數(shù)據(jù)包作為1次傳輸實(shí)驗(yàn)，通過(guò)120次數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)檢測(cè)本文系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸性能，保證實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果的可靠性。實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果如圖6所示。由圖6可看出，本文系統(tǒng)在120次數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)檢測(cè)中，傳輸時(shí)延未出現(xiàn)較大波動(dòng)，始終處于60～80 ms，數(shù)據(jù)傳輸效率高，傳輸性能穩(wěn)定；另外，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膩G包數(shù)目較低，丟包數(shù)目區(qū)間為0～2個(gè)，且大部分檢測(cè)中未出現(xiàn)丟包或者僅出現(xiàn)1個(gè)丟包數(shù)目，數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼w成功率較高，具有較高的數(shù)據(jù)傳輸可靠性。

圖6 系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸性能檢測(cè)結(jié)果Fig.6 Test results of system data transmission performance

3.3 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)性能檢測(cè)

以實(shí)驗(yàn)巖土工程的地面沉降、載荷及溫度遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)結(jié)果為例，通過(guò)呈現(xiàn)本文系統(tǒng)的以上3種遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)結(jié)果，檢測(cè)本文系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)性能。由實(shí)驗(yàn)巖土工程中隨機(jī)選取3處地面測(cè)點(diǎn)，通過(guò)本文系統(tǒng)分別對(duì)其累計(jì)沉降、累計(jì)載荷及溫度實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，所得監(jiān)測(cè)結(jié)果如下。

(1)以每半個(gè)月為一個(gè)監(jiān)測(cè)周期，獲得2019年9月1日—12月31日實(shí)驗(yàn)巖土工程3處地面測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果，如圖7所示。

圖7 巖土工程各地面測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果Fig.7 Cumulative settlement monitoring results of each ground measurement point in geotechnical engineering

通過(guò)圖7可得出，經(jīng)由本文系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)巖土工程施工過(guò)程中地面累計(jì)沉降安全參數(shù)的監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，所選取的3個(gè)地面測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉降均呈現(xiàn)不同程度的升高趨勢(shì)，其中地面測(cè)點(diǎn)3的整體累計(jì)沉降值相對(duì)更高。

(2)繼續(xù)以每半個(gè)月為一個(gè)監(jiān)測(cè)周期，獲得2019年9月1日—12月31日實(shí)驗(yàn)巖土工程3處地面測(cè)點(diǎn)的累計(jì)載荷監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖8所示。由圖8能夠看出，通過(guò)本文系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)到實(shí)驗(yàn)巖土工程施工過(guò)程中地面的累計(jì)載荷安全參數(shù)。依據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果得知，3個(gè)地面測(cè)點(diǎn)的累計(jì)載荷值均呈現(xiàn)上升狀態(tài)，其中地面測(cè)點(diǎn)3的整體累計(jì)載荷值最高。

圖8 巖土工程各地面測(cè)點(diǎn)的累計(jì)載荷監(jiān)測(cè)結(jié)果Fig.8 Cumulative load monitoring results of each ground measurement point in geotechnical engineering

(3)以每24 h為一個(gè)監(jiān)測(cè)周期，獲得2019年9月1—10日實(shí)驗(yàn)巖土工程3處地面測(cè)點(diǎn)的溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖9所示。

圖9 巖土工程各地面測(cè)點(diǎn)的溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果Fig.9 Temperature monitoring results of each ground measurement point in geotechnical engineering

由圖9能夠得出，通過(guò)系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)到實(shí)驗(yàn)巖土工程施工過(guò)程中的地面溫度安全參數(shù)及其變化情況。由監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，3個(gè)地面測(cè)點(diǎn)的溫度值均呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，其中地面測(cè)點(diǎn)1與測(cè)點(diǎn)2的整體溫度波動(dòng)趨勢(shì)更明顯。

綜合以上監(jiān)測(cè)結(jié)果可得出，本文系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)巖土工程施工過(guò)程中各種安全參數(shù)的有效監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)效果顯著，監(jiān)測(cè)性能穩(wěn)定可靠。依據(jù)本文系統(tǒng)的施工現(xiàn)場(chǎng)安全參數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，結(jié)合預(yù)先設(shè)定的預(yù)警閾值，可準(zhǔn)確分析出施工中的安全風(fēng)險(xiǎn)事項(xiàng)并發(fā)出預(yù)警，提升礦區(qū)巖土工程施工的安全性，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了基于多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的礦區(qū)巖土施工安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于某礦區(qū)的巖土工程施工監(jiān)測(cè)中，實(shí)際應(yīng)用結(jié)果顯示，該系統(tǒng)在采集施工現(xiàn)場(chǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)時(shí)具有穩(wěn)定迅速的響應(yīng)性能；在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中延時(shí)較低且無(wú)過(guò)大波動(dòng)，數(shù)據(jù)丟包量極少，數(shù)據(jù)傳輸具有較高的效率與成功率，數(shù)據(jù)傳輸性能穩(wěn)定可靠；在施工現(xiàn)場(chǎng)安全參數(shù)監(jiān)測(cè)方面效果顯著，可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)巖土工程施工過(guò)程中各種安全參數(shù)的有效監(jiān)測(cè)，達(dá)到安全監(jiān)測(cè)礦區(qū)巖土工程施工的目的，為提升施工的安全性提供保障。