岩土工程智能监测特点及存在的问题

论岩土工程智能监测摘要：随着电子信息技术、科学研究与工程实践的快速发展，不断产生种类繁多、数量巨大的数据，大数据现象已经出现，在科学数据分析、电子商务和银行业等领域得到了越来越多的重视和应用，大数据即将深刻地影响着人类的生活、工作及思维。本文简要介绍了当前岩土工程监测学科的特点、现状及存在的问题，论述了大数据的定义、特征，指出大数据的概念与岩土工程监测具有天然的契合性。在大数据时代，以关联分析、成因分析及决策支持为核心的深入分析能力将成为监测工作的核心，现场监测将被提升到与试验、理论与数值模拟相同甚至是更为重要的地位。因此，岩土工程监测工作者应该重视大数据的研究，加强应用其他行业的大数据研究成果，抓住大数据对岩土工程监测带来的机遇，为未来岩土工程监测的跨越式发展奠定基础。并指出对于深大基坑工程，需要进行智能监测时，必须考虑的3大模块。关键词：大数据；岩土工程；监测；数据分析；基坑工程IntelligentMonitoringofGeotechnicalEngineeringAbstract:withtherapiddevelopmentofelectronicinformationtechnology,scientificresearchandengineeringpractice,thecontinuousgenerationofvariety,hugeamountsofdata,largedataphenomenonhasemerged,inscientificdataanalysis,electroniccommerceandbankingsectorhasbeenmoreandmoreattentionandapplication,dataisprofoundlyaffectshumanlife,workandthinking.Arebrieflyintroducedinthispaper,currentsituationandexistingproblemofthegeotechnicalengineeringmonitoringsubjectcharacteristics,discussesthedefinitionandcharacteristicsoflargedata,pointsoutthatbigdataconceptsandrocksoilengineeringmonitoringhasnaturalfit.Intheeraofbigdata.Bycorrelationanalysis,causeanalysisanddecision-makingsupportforthein-depthanalysisofthecoretheabilitywillbethecoreofthemonitoringwork,fieldmonitoringwillbeupgradedtoandexperiment,theoryandnumericalsimulationsforthesameorevenamoreimportantposition.Therefore,monitoringofgeotechnicalengineeringworkersshouldattachgreatimportancetotheresearchdata,strengthentheotherindustryofresearchdataandapplications,toseizetheopportunitiesofgeotechnicalengineeringmonitoringdata,tolaythefoundationforfuturemonitoringofgeotechnicalengineeringdevelopmentbyleapsandbounds.Andpointedoutthatthedeepfoundationpitengineering,theneedforintelligentmonitoring,3modulesmustbeconsidered.Keywords:bigdata;geotechnicalengineering;monitoring;dataanalysis;foundationpitengineering1引言岩土工程科研实践与信息的收集、管理、分析和利用密不可分，数据库技术的成熟与工程可视化技术的发展，为我们理想的实现奠定了坚实的基础。岩土工程相对于其他工程而言，由于地质条件的复杂多变性、岩土体性质把握的不准确性和工程的隐蔽性，使得工程设计在施工过程中需要不断变更，而依据则主要是从工程现场获得的各种信息，其中施工监测信息占有主导地位。数量大、种类多的监测信息应借助于计算机进行快速处理、及时反馈以优化设计和指导施工，已无可争议。随着国民经济快速发展，城市建设对地上、地下空间需求不断增长，大型地下工程，高层超高层建筑带来的大型深基坑工程数量和规模持续上升。信息化技术及相关数学预测模型的发展为基础工程施工过程的有效管理、安全评估提供了强有力的技术支持。2岩土工程监测的特点、现状及存在的问题2.1岩土工程监测的特点岩土工程监测，特别是重大岩土工程监测，具有工期长、测点数量大、测点种类多、数据量大、数据来源复杂及多媒体化等特征。比如，城市轨道交通施工期监测时间一般为3a，水电工程则更长（三峡工程长达15a）。一座车站或者一段区间隧道设置300～600个第三方监测测点，全线包含上万个第三方监测测点（施工方监测的测点数量更多）。测点种类包括位移、应力、应变、压力、轴力、地下水位、振动等，数据类型包括数值、文本、图形、图像、音频及视频等。因此，获得的数据是极其庞大和复杂的。2.2岩土工程监测的现状（1）由于监测工作能可靠地反映施工过程中工程结构和周边环境的安全状态，日益受到建设单位的重视，特别是在城市轨道交通、水电和铁路部门，先后颁发了一些规程规范。（2）随着传感器精度提高和价格持续走低，加上计算机及网络技术的高速发展，大规模、全方位、多维度、多场的岩土工程监测将得以实现。今后，使用宏观、细观和微观的监测方法和设备，“现场版的模型试验”将会出现，施工工程中结构和周边环境动态响应的高密度实时采集将不再是一个假设。（3）数据简单汇总、粗略分析、然后提交监测报告的粗放模式已经不能满足业主高层次的需求，在大数据时代，以成因分析、关联分析、快速查询、及时反馈、决策支持为主的后续分析能力必将成为监测工作的核心。（4）业界对岩土工程监测提出了新要求，即采集快速、分析可靠、反馈及时、避免风险，真正达到信息化施工的目的。2.3当前岩土工程监测存在的问题闻尽管建设胳单位对监佳测工作越少来越重视骄，国家和枕相关行业傻也相继颁狼发了部分廉规程规范更，但一些矮工程项目奴在施工过敢程中仍然赏发生了事殊故，其中滨存在因监盾测工作不蹈力的原因迫，反映出汪当前岩土面工程监测止工作中尚段存在以下皮问题：坝（马1赌）客观上胶数据采集私的门槛越秆来越低，秒对分析人功员的要求热越来越高腊，但主观推上重采集捕、轻分析奶的现象一锹直存在，寿监测工作嘱未能发挥场应有的作亮用。一方汉面，随着居电子和信巩息技术的悉发展，设声备、冰传感器价哗格的持续康降低，加惕上常规监滋测技术、时方法的成梦熟普及，迈监测数据查采集的门补槛越来越把低；另一午方面，由篇于数据量郑采集量大括频高，加副上目前工侮程所处地毕质条件、丘环境条件膊和施工设群计难度越拜来越复杂乌，建冈设辈“碰两型社颂会弯”汽对环境的虎保护越来骨越重视，怖从而对监弦测结果分外析的要求哥日益提高太。但可能览因节约成潮本，或者仰经验、认睡识不足的慰原因，一鼻些监测单策位只重视已数据采集桐和提交简旬单报表，堂忽视了成和果分析、渐解释和反魂馈，直接杯导致花费披了大量人社力物力采览集的数据悔没有得到斑充分及有脉效的应用级，同时也偶给工程带蠢来了潜在边的风险。诸事实上，扔岩土工程龟监测工作纸中数据采锐集是基础扶，数据分袜析和解释搜才是关键忙。监测工既作的难点滑在于从大皆量、繁杂念、结构各放异的数据艳中挖掘观钉测量之间绘、原因量连和效应量狮之间、观碍测量与施清工过程之衣间的相关果关系，进躬而动态判景断施工过坑程中的风桨险，提出琴建议措施固。和存在法规疾制度不完霉善、监管斜不严格、挨管理不到传位的现象桑。由于监及测数据采享集工作的男门槛相对卧较低，造铸成监测人国员素质和泊监测实施衬单位管理仗水平参差递不齐，导梦致测点埋悄设不及时孟、监测方臂法不正确煤、数据处篇理分析不序及时等现策象出现，柱这也是某涂些事故发母生的因素存之一。因茂此，监测预工作及监润测管理的芒标准化非害常重要。址前述国内有已经颁布弯的规范主灵要规定了纪监测设计辞和监测方奋法，但对驴于监测工振作的管理尾流程、参片建各方在巨安全监测肺方面的职循责以及与同监测工作廉有关的应军急预案方兴面尚存在胀不足，因匠此，进行污监测管理株体系的标煮准化总结临势在必行天，预计今椒后行业管什理会日益夫严格和规势范。可喜德的是，在诵轨道交通命建设中已渡经引入了剪第三方监严测和风险艳管理制度避，值得进窝一步探索锯和在其他父行业中推骄广。箩我们正处舟于一个信尤息大爆炸绩的时代。蓬随着电子狱、信息技馆术的不断乞发展，互迷联网、错移动互联顺网、电子挎商务与物执联网等应歉用日渐普始及，加上武科学研究顶与工程实陆践活动，销不断产生笨种类繁多陕、数量巨烘大的数据狮。而岩土却工程的特磁点决定了顶岩土工程剧监测正是构典型的大婶数据应用折。逆3势招大数据技代术概述暂3闯.1箩房大数据的砌定义志大数据指耕的是所涉蝇及的数据首量规模巨轧大到无法扒通过目前馒主流软件随工具，在基合理时间盘内达到撷碧取、管理晋、处理并哥整理成为驾更能积极盯帮助企业服经营决策抬的信息。脊3蜘.田2房大数据的培特征芒（从1谅）数据量逗巨大咸目前，人受们与数据捏的交互比蛛起以往任菜何时候都碑要密切。包现实世界脉中，各种馅各样、难坚以计数的僻传感器被闹安装到各遗种设备中尸（比如卫策星、汽车素和城市摄掉像头），驼每时每刻批都在不断疮采集着不痒同格式的痕数据。在暖数字世界艳中，用户幸每天的通匆信、上网勤、购物、披搜索、社灵交娱乐等侵网上活动鹊都在产生当着数量庞门大的数据织。我（尊2耽）数据类数型多且十吸分复杂躬数据的来格源及格式删复杂多样看，除了传蹦统的结构类化数据外浅，还包括翼半结构化芹和非结构裂化数据。搜据报道，值在互联网衣上图像、积音频、视皱频、地理奶位置信息材等非结构半化数据达殿到买80唯%统以上，其推比例还在橡迅速增加到。另外，霸随着科学柴和技术的线发展，数折据的来源着会更加多狼样。辣（姐3恩）处理速桨度快本数据增长木速度快，劫同时要求狠在极短的裕时间内完咬成数据的找处理分析盲，甚至实闲时完成，饼以便能够轮从数据中刚及时提取战知识、发廉现价值，钥迅速发挥伟数据的效洲能。显然然，数据处敬理的速度腥越快、越德及时，数赔据的价值乖及其发挥喊的效能就龙越大。处（继4墓）价值密口度低兆虽然数据虹采集量很鸭大，但往卡往有用的寨数据少。智4佛大数据时武代发展机休遇脸毋庸否认饥，比IT蝶麻行业已经码开始进入盐大数据时骆代，大数仔据的理念缩和方法将鱼会给社会束、生产和或科学活动节带来深入赚的变革，枕这对于目阁前在岩土狼工程中地榨位还比较湾尴尬的岩萌土工程监躺测学科来蹦说，也是领一种转折坝与机遇。少4翻.1尿定岩土工程催监测是典叶型的大数致据应用直大数据些的弯4处浓个祖特征闯在岩土工椅程监测中辜表现十分掏明显。比绞如对于城携市轨道交榆通建设中目的第三方妨监测，一确般一条线痕路长戒约楼30k多m伸，大概包护含帅30高脚个车站基竞坑及相同晒数量的区悲间隧道，稳周边还分废布有大量其的管线、快道路及建郊（构）筑志物，测点键上万个，绢采集的监来测数据量壤巨大；同爽时，监测欧的项目种狡类不下十映几种，内补容囊括位豆移、应力产、力、地粒下水位等找，数据形荣式多样，慎包括数值勾、文字、碍图片、影街像等资料腰。即使单态独对一个扭车站或者贡一段区间友隧道而言祸，周边往令往分布有两建（构）腾筑物、管梦线、道路兵等监控对东象，其变弊形原因受淋所处地质毙条件、施占工过程甚测至天气等运影响，影富响因素众鸭多，且相区互关联，谋非常复杂疤。因此，咬岩土工程挂监测是典训型的大数兔据应用范艇例，大数蜂据的几大怎主要特征骨天然契合羊于岩土工哑程监测的吹特点。鼓4辽.2耳皆监测数据矩对重大工晓程的安全撞发挥重大三作用蛮互联网、弦物联网及菌云计算的继发展，加宝上各种传鉴感器的大忽规模使用艇为岩土工倘程积累了忠大量数据淘，使尚不认可能从理悲论上准确丑计算和预糟测的岩土绳工程学科哲转变为可静以对“蛇摸着石头辆过扑河壶”冰的实证科雁学。虽然爆理论模型援和分析方扮法还不完永善，精度瞎与可靠度闯尚存在问练题，但是屈借助于无肤处不在的耍互联网、喝物联网和俊传感器技避术，人们缘可以全面疏地监测复睬杂岩土介浅质在复杂唐施工过程烂、复杂环辩境影响条示件下的动溉态反应，分据此保证刊工程安全疏，实现科匪学决策。跃由于岩土逆工程监测刃工作者是窜真正的工穷程全方位报参与者，那熟悉地质窄、设计、返施工及现袋场情况，皂掌握最为花齐全的资但料，理所微当然地处领于数据分寺析的中心翁，因此，宁监测工作方者应该积铃极地参与尖数据分析值和解释，旅不能简单脖地沦为单突纯的数据咐提供者，帽必须提高佳数据分析草的水平，低大力加强看理论和模咱拟的学习板，真正将抄监测、理厉论及模拟乓方法结合语起来，更义好地服务起于工程。窜4岛.3强竟传感器技租术、监测姜方法和设匆备面临着顾巨大的发标展需求恨如前所述洽，科技的富发展带来讨成本的快颈速下降使紧全方位、伞大范围、宋多场、自宜动化的监添测越来越核成为可能部，精细化息监测给工课程安全带笼来的好处挤会进一步怠刺激新型崇传感器、氏监测方法查和设备的茎研究。可遗以预见，拣精度更高血、体积更伶小、耐久侄性更强以马及更可靠挪的传感器系将会出现辆。监测范泼围将从传花统的按关献键断面布询置扩展到积全空间布蔬置，监测肝时间跨度哑将从施工至期延伸到苍建构筑物母全生命周父期，监测沾项目将从嫩少数物理棒量发展到横位移、应椒力、应变光、力以及木其他基本箱物理性质乳的多场耦习合监测，边监测的手呀段将从传来统的光学年、电磁、罚声学方法司发展到地莫震、化学滔及重力等馋方法，监没测数据的析采集和传腊输将从人掏工、半自垂动化发展殊到以光纤泪、物联网程及移动互粒联网为特沿征的全自蜜动化。硬猛件的飞速伙发展必将晨为监测工捐作的大数飘据化提供赌坚实的基迎础。培4排.4钳催数据分析贪是重中之街重染面对蜂拥晶而来的大雀数据，快灵速、可靠雪的分析和郊及时反馈漂是做好岩足土工程监似测的关键无。岩土工顾程监测的迟主要目的卫是进行异安常数据的茂成因分析话和趋势预独测。由于恭系统的复智杂性、影式响因素过潮多及作用震机制不明批，在大数窃据时代，邪人们更关绩心数据间暗的相关关汉系。利用价大数据强布大的分析蚀能力进行但关联分析椅、模式识抱别，从而舌获得一些秩规律来逼肃近成因分亩析及结果鞠解释。另灿外，大数冤据分析技唐术也便于孝综合进行喇大范围的撕空间上和杨时间上的腊相关性分模析，能够始有效地避齐免因分析害能力不足崇而导致的钻片面化。徒同时，非借结构化数勒据的快速泳处理也依扩赖于大数热据技术。犹必须指出瓣，虽然大隔数据的方后法对于岩骄土工程监告测十分重寸要，但岩统土工程在休数据分析半方面的积绣淀尚不充野分，必须掉重视多学典科交叉，鞠研究和引起入计算机急、统计分盛析学科中洒的大数据补方法，在颗岩土工程股监测数据逝处理分析滥方面开展垮集成创新农。纪大数据技霉术的关键屿在于设计小一种成本卷可接受的锹，通过快斧速采集、咸发现、分亩析等工具难和方法，衫从大量的房、多种类窝型的数据富中提取有队价值的信界息或知识行的体系架蔽构。由于叠近年来互怎联网、云扇计算、移响动设备和劲物联网的德迅猛发展闲，要处理工的数据量越大、增长法快，而业畏务需求对昼数据处理展的实时性近又提出了档更高要求卷，传统的甩常规技术玉手段无法片应付。因抱此，大数也据技术应核运而生，阳但其研究转和应用还窜仍处在探穷索阶段。尚本文将介答绍一种大言数据技鸭术裕-专数字基坑尸系统跟深大基坑刮工程中涉谜及场地工芬程地质条迷件、地下短结构践(乎如地连墙蝇、桩基础谊、立柱、维支撑等系)方、施工过丸程、信息扰化监测等丈。因此，崭为建立数耽字基坑系战统实现基洽坑工程的换信息化施井工与动态捞监测，需慌要包含工办程信息的白数字化被(仆场地工程俱地质信息香、施工信烧息、结构宰信息婚)题、监测数葬据窜(拌位移、土炕压力等矢严量监测数姐据，地下局水位等标毙量监测数顷据丽)肾等的信息陈化。此外露，随着数低值计算技诞术的发展趣，目前其歼在基坑动山态施工变彼形分析及绿稳定性评谊价方面得浮到广泛应运用，并为叮复杂深大脑基坑开挖逮优化及安丽全施工提务供了理论著支持。因龟此，在实障现数字基圣坑系统建莫设中也有六必要将数卵值计算的狸研究成果横集成起来蔬。针对上核述问题，嫂一个健全灵的数字基吨坑系统应能包括数据董管理、监酸测信息分菌析查询、隙工程信息誉查询、数此值计算成纯果查询四斑大主要功架能模块董(枕见千图乌1眨)冻。淘4典.第5丈数据库管笼理模块比为了实现柳深大基坑烤施工过程诉的信息化掘管理，设川计数字基坛坑系统数茶据库共分颠3赞层，由上浩而下分别带为数据库谜、数据表转和数据字晴段。其中部数据表由脖工程信息参表、标段麦信息表、两测点信息伐表、地层问信息表及点测点监测终数据表等泼7码类信息表章组成；数匠据字段为蜓数据的直壮接存储位彼置，囊括傅了工程相帝关的诸多答重要信息辽，其组织粗架构如绍图染2跪所示。数缓据管理模比块主要是布通过良好桌的人机交工互界面，邮实现对数比据的吓Exce诚l渴批量录入验、数据修膝改，并实坟现对数字惯基坑数据烂库结构的蓬调整、数当据库扩充奸等功能，号存储内容焰主要包括艳监测信息鹊、测点信吴息、工程送信息等，载各数据表雕间实现了滥关联，形哈成了结构溪化，系统款化的数据翁库与数据拍管理功能菊。当然根递据信息化墨监测的需塔求，监测马数据的来幸源也可通谁过无线传弯输的方式里，直接获叠取现场传轿感器传来欣的监测数幸据信息。图1数字基坑系统总体框架图1数字基坑系统总体框架图2数字基坑系统数据库架构图2数字基坑系统数据库架构跟4殖.富6端乞工程信息父查询模块趣工程信息辈查询模块锐主要包括拼测点、监剖测深度、喷支护结构聚、场地工怜程地质条洞件等空间筛信息的三候维可视化喘展示、交描互式查询爽和访问。赚4轮.买7炊伙监测信息术可视化分队析查询模琴块道该模块是倾数字基坑乳系统的核躁心模块，隙监测信息旋分析查询启功能主要弊分鹅为拦2锅银部分，即抽：监测信医息预测查虎询和监测肉信息三维信展示，二快者由于呈朴现的手段键不同分别修属于监测魄信息预测拿查询与三怜维信息查鸣询胖2稍个功能模羞块。其中镇前者为独抱立功能模连块，包括它了监测数册据查询与瑞监测数据五预督测蒜2和匪个子部件蛙，查询以身表格和曲施线图的形尤式进行展很示，目的团在于帮助震工程人员斯分析数据总变化规律校，了解基毒坑演化规搜律，预测漆通过较为霜成熟，使谷用广泛的贸人工神经塘网络和灰钩色系统预旱测方法实制现，为工学程除险提津供有力的垒支持；监括测信息三慨维展示主尊要为测点震监测数据被的展示，甩按数据类堪型分为矢漂量和标量配，为满足犹不同监测芬仪器的需边求，在三回维信息查久询模块中棚可以云图孕和矢量图润的形式进脸行展示。确基于上述迹数字基坑悬系统构架零理念，在亩研究过程恳中运用面舍向对象编扎程方法及饥三维可视蛾化技术，减实现了数套值基坑系役统平台建做设，并将赛其应用于界天津市文挖化中心交救通枢纽大罪型基坑信伞息化管理宴中。5结语煎（唱1挖）以数据灭量巨大、吉数据类型火复杂、处疯理速度要沸求快为主陪要特征的方大数据时套代已经来吵临，必将圈带来生活滋、工作与册思维方式乞的大变革巨。大数据岭的几大主宾要特征天右然契合于叔岩土工程毛监测的特蚀点，岩土蔽工程监测君是典型的乳大数据应洁用。住（胃2邻）岩土工让程监测数牙据采集的筝门槛越来掏越低，但隶对分析人调员的要求忙越来越高寸，重采集雹、轻分析辆的现象一芳直存在。唉目前，国阅内监测工辱作未能发持挥应有的遮作用，并椅且存在法晋规制度不逼完善、监臣管不严格币、管理不务到位的现验象，亟需芝规范化管振理和加强扑数据分析摔能力。寺（智3被）大数据锻分析技术啦将提高岩斗土工程监