陈龙珠-岩土工程如何面对大数据时代的变革？

1、第第1212届全国土力学及岩土工程大会院士专家高峰论坛发言届全国土力学及岩土工程大会院士专家高峰论坛发言岩土工程如何面对岩土工程如何面对大数据大数据时代的变革？时代的变革？陈龙珠陈龙珠船建学院安全与防灾工程研究所船建学院安全与防灾工程研究所2015-7-202015-7-20 上海上海工程科技问题大数据特征大数据技术概述大数据技术相关的既有方法 数据挖掘数据挖掘 GIS技术技术 BIM技术技术大数据技术研发应用要素与难点致谢：本文件编制得到上海交大土木系史健勇副教授的热心帮助，致谢：本文件编制得到上海交大土木系史健勇副教授的热心帮助， 并引用了网上的相关资料。并引用了网上的相关资料。交流提纲建

2、筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068-2001)要求：要求： 能承受正常施工和使用时可能出现的各种作用；能承受正常施工和使用时可能出现的各种作用； 在正常使用时具有良好的工作性能；在正常使用时具有良好的工作性能； 在正常维护条件下具有足够的耐久性；在正常维护条件下具有足够的耐久性； 发生偶然作用时，结构仍能保持必要的整体稳定性发生偶然作用时，结构仍能保持必要的整体稳定性。美观性经济性安全性功能性耐久性工程建设质量要素岩土工程此要求不高岩土工程此要求不高工程服役期动态信息工程服役期动态信息施工、服役期动态信息施工、服役期动态信息经济动态信息经济动态信息工程设计是一种

3、反分析：在预期作用和限定反应条件下，求系统。工程设计是一种反分析：在预期作用和限定反应条件下，求系统。工程固有的不确定性土压力土压力传感器数据： 各地各种传感器、视频等不断采集、传输和储备的数据各地各种传感器、视频等不断采集、传输和储备的数据网络流数据： 公共网站点击、写作及其时间等信息数据，内部网络信公共网站点击、写作及其时间等信息数据，内部网络信息则更多的是与专业和管理相关的信息息则更多的是与专业和管理相关的信息移动设备数据： 移动电话、移动电话、PDA、导航设备等产生的位置及其变动、用、导航设备等产生的位置及其变动、用户行为等信息数据户行为等信息数据射频标签数据： RFID嵌入实物产品的

4、无线跟踪信息数据嵌入实物产品的无线跟踪信息数据增大信息量增大信息量：大数据的主要来源2008年Nature出版大数据专辑2009年联合国出版大数据促发展：挑战与机遇2011年Science出版数据处理专辑2012年美国政府推出大数据开发与创新计划2012年中国科技部发布十二五国家科技计划信息领域对大数据技术给予高度重视2012年中国计算机学会、中国通信学会等分别成立了大数据专家委员会各行业领域逐渐尝试大数据技术的应用机遇大数据技术发展概况IBM定义大数据的定义大数据的3 个特征个特征：数量、种类和速度数量、种类和速度IDC定义大数据的四大特征定义大数据的四大特征(4V)： 海量的数据规模海量的

5、数据规模( (Volume) 多样的数据类型多样的数据类型(Variety) 快速的数据流转和动态的数据体系快速的数据流转和动态的数据体系(Velocity) 巨大的数据价值巨大的数据价值(Value)Mckinsey定义定义： 量极大，无法用常规数据软件进行获取、存储、量极大，无法用常规数据软件进行获取、存储、 管理和分析的数据集管理和分析的数据集大数据的定义1P=106G 1Z=1012G传统方法： 数据种类、样本数都很有限数据种类、样本数都很有限 抽样分析抽样分析, ,易错易错大数据时代：数据种类尤其是样本数巨多数据种类尤其是样本数巨多 全样本分析全样本分析, ,全面全面比大更重要的是数

6、据多样性，有时小数据如一条比大更重要的是数据多样性，有时小数据如一条微博即可产生颠覆性的结果微博即可产生颠覆性的结果企业和工程管理：基于大数据分析得出的个人和群体行为规律，与基于大数据分析得出的个人和群体行为规律，与以往抽样分析的结果，或有重大差异以往抽样分析的结果，或有重大差异 大数据的本质特征大数据的价值 大量的不相关信息大量的不相关信息( (多角度反映事物特性多角度反映事物特性) ) 深度复杂分析深度复杂分析（机器学习、人工智能等机器学习、人工智能等） 对未来趋势和模式的可预测分析对未来趋势和模式的可预测分析( (数学、力学模型数学、力学模型) ) 数据价值密度较低数据价值密度较低（绝（

7、绝大部分数据无应用价值大部分数据无应用价值）数据挖掘：对大数据通过算法搜索隐藏于其中有用的信息，与计算机科学有关，并通过统计、在线分析处理、情报检索、机器学习、专家系统、模式识别等方法来实现预期目标。大数据技术将信息变成资源类比类比：大数据石油资源研究大数据研究大数据查找查找有用的信息在何处有用的信息在何处找找油田油田收集收集满足特定需求的信息满足特定需求的信息开采开采将将信息按需求信息按需求进行处进行处理理提炼提炼燃燃油、聚乙烯油、聚乙烯等等将将信息与信息与需求需求结合发挥作用结合发挥作用大数据应用系统大数据应用系统燃燃油油汽车汽车油箱油箱动力、动力、原料原料产品产品效用效用关键关键：从大数

8、据中挖掘与预期目标相关的有用信息从大数据中挖掘与预期目标相关的有用信息示例示例1：北航机场高填方密度监测系统实时监测哪些信息实时监测哪些信息便于评估填土密度？便于评估填土密度？P(t)DOAF桩旁孔BCNJzdpGz1PMK2z0LzudzPzdu示例示例2：桩基检测新方法-旁孔透射波法长长33m管桩静载试验异常检测管桩静载试验异常检测常规低应变反射波法难以作为弹性波动理论方法全国房地产投资及占全国房地产投资及占GDPGDP比例比例上海市二手房指数月度数据分析上海市二手房指数月度数据分析： 后续行业投资风险？后续行业投资风险？ 后续岩土工程业务领域变化？后续岩土工程业务领域变化？ 后续岩土工程

9、学生就业领域？后续岩土工程学生就业领域？示例示例3：行业趋势评估-房屋交易数据分析数学统计方法2012年中开始的上升大致到2016初期满2014年9月跌破预警线EWI引发上海市出台护市政策示例示例4：金融市场：金融市场-上证指数数据技术分析市场量价数据及相关性分析市场量价数据及相关性分析： 何时点何时点 开始风险释放？开始风险释放？ 何时点何时点 进入机会时期？进入机会时期？ 国家金融政策趋势？国家金融政策趋势？数学统计方法与大数据应用相关-BIM技术政策推进：政策推进： 2011年住建部年住建部2011年年2015年建筑业信息化发展纲要年建筑业信息化发展纲要 2014年住建部关于推进建筑业发

10、展和改革的若干意见年住建部关于推进建筑业发展和改革的若干意见 2014年上海市年上海市关于在本市推进建筑信息模型技术应用的指导意见关于在本市推进建筑信息模型技术应用的指导意见日照模拟自然通风系统模拟热能环境模拟受风作用的流体力学模拟与大数据应用相关-BIM技术除建模进行结构计算分析外：除建模进行结构计算分析外：与大数据应用相关-GIS技术一个GIS项目包括环节： 定义一个问题 获取软件或硬件 采集与获取数据 建立数据库 实施分析 解释和展示结果GIS是一种特定的空间信息系统：在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层和地下地下）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运

11、算、分析、显示和描述。BIM和和3D GIS融融合，实现地铁车合，实现地铁车站和线路的一体站和线路的一体化设计以及施工化设计以及施工模拟、监测模拟、监测3D GIS在地铁工程中的应用云平台是基础设施架构 云平台如何整合既有云平台如何整合既有BIM、GIS系统？系统？大数据是核心资产 如何获取多种类、可靠、标准化储存的信息数据？如何获取多种类、可靠、标准化储存的信息数据？分析、挖掘是重要手段 工程物理（含力学）和数学理论、方法是基础工程物理（含力学）和数学理论、方法是基础发现、预测是最终目标 新知识、新方法新知识、新方法研发运管模式是支撑 各行业领域如何集成研发和应用？各行业领域如何集成研发和应用？大数据应用研发方向 人员 针对大数据技术待执行的各种任务，开发处理程序。 高超的专业人员可克服软件功能的不足，但再好的软件也无法弥补操作人员对技术一无所知带来的负作用。 数据 可靠、可用的数据，影响查询和分析的结果。 硬件 硬件性能影响到软件对数据的处理效率，使用是否方便及可能的输出方式。 软件 不仅包含平台系统基础软件，还包括各种数据库，绘图、统计、影像处理及其它程序。技术研发应用四要素智慧工程智慧工程=智慧智慧+互联互联+协同协同智慧智慧协同协同物联网物联网数字工程：数字工程：单系统数字化单系统数字化智慧工程：智慧工程