岩土工程自动化监测系统及应用研究

程 彦 （合肥工大工程试验检测有限责任公司，安徽 合肥 230009）

0 前言

岩土工程动工时会对周边岩土体造成强烈扰动，此时可能引发山体滑坡、坍塌等现象，此类现象具有较大的危险性，如果在没有防护的条件下直接动工，大概率会引发安全事故发生，对此在传统岩土工程当中，往往需要通过人工来对周边环境进行监测，同时设置预防设施保护施工现场，但这种方法由于人工不稳定性影响，最终得出的结果一般都存在缺陷。鉴于此，有研究人员在自动化技术条件下提出了岩土工程自动化监测系统，理论上通过该系统能够突破传统监测方法的缺限。

1 岩土工程自动化监测系统应用优点

传统岩土工程监测方法存在多种缺陷，所以有必要进行改善，通过岩土工程自动化监测系统能够实现改善目的。自动化监测系统具有多种优势，如应用便捷性较高、降低人工参与度以及人工负担、监测范围广泛、监测无间断等。

1.1 应用便捷性较高

岩土工程自动化监测是一种建立于自动化技术基础上的监测系统，最突出的特点在于一切运行行为均自动完成，人工只需要将系统硬件层设备安装在相应的位置上，系统就能够自动对周边岩土环境进行数据采集、数据处理、数据传输，可见传统需要人工来处理的工作均被自动完成，说明该系统的应用十分方便，同时自动化系统的运行速率、稳定性要远超人工。

1.2 降低人工参与度以及人工负担

在岩土监测当中，人工参与度越高则说明人工不利因素对监测工作的影响越大，所以在某种角度上，如果要提高监测工作质量，就需要降低人工参与度，而通过岩土工程自动化监测系统，能够有效取代大部分人工监测工作，实现降低人工参与度的目的，消除人工不利因素的影响，一些人工实地勘察的安全隐患也不会产生，有利于人工安全。

1.3 监测范围广泛

传统岩土监测中，人工监测范围取决于人工视线长度（在传统设备帮助下的视线长度）与人体移动，而自动化监测系统的监测范围较大，系统监测效率也得到了增长。

1.4 监测无间断

岩土工程自动化监测系统的运行在正常情况下是不会间断的，这也是该系统与传统人工监测工作的最大区别。在传统人工监测当中，介于人体生理需求以及工作安全，一般在晚间不进行检测，这可能错失岩土工程的动态性变化。岩土工程自动化监测还可以深入野外环境、可以不间断的进行运作。在日常工作当中人工有必要对系统设备进行维护，避免出现设备损伤等问题。

2 岩土工程自动化监测系统分析

2.1 系统运行结构

岩土工程自动化监测系统是一种综合性的技术系统，融入了许多先进技术，而通过这些技术，实现了该系统的多项功能，例如通过计算机技术实现了软件自动算计功能、通过信号传输技术实现了自动数据传输、通过自动化技术实现了自动控制终端等。可见，该系统的运行架构十分复杂，但综合来看主要功能为三大类，即数据自动采集、数据自动分析处理及自动安全管理，其运行流程如图1所示。

图1 岩土工程自动化监测系统运行流程

2.2 系统分类

因为实际岩土工程监测条件不同，所以统一结构的岩土工程自动化监测系统对此难以应对，在现代研究两种自动化监测系统类型，即分布式系统、集中式系统，两者在功能上基本类似，但是在功能特点及布设方法上却存在区别。

2.2.1 分布式系统

分布式监测系统是一种适用于监测范围较大条件下的自动监测系统，主要采用电路来实现采集设备电能供给、采集数据电信号传输功能，之后再结合集成电路来实现数据收集、数据整合，最终通过电子技术实现电信号数据转换，满足计算机数据解译需求。分布式系统的结构主要分为三个部分，即分散控制系统、集中管理系统、通信网络操作系统。其中分散控制系统主要由电路、自动化控制终端组成，能够对分散的数据采集设备进行自动化控制；集中管理系统主要由集中管理系统实现，在分散控制系统作用下，将分散的数据集中化处理，再将其传输到通信网络操作系统当中；通信网络操作系统主要由电子技术实现，可以接收集成电路传输而来的数据，同时对这些数据进行转化处理，使电信号转化为电子信号，可供终端解译。图2数据采集设备。

2.2.2 集中式系统

图2 数据采集设备

集中式系统的应用相对较少，因为其适用于监测面积较小的条件下，但此项技术的优点在于功能性更强，且易于管理。该系统首先包含了上述分布式系统当中的所有功能结构，还具备自动预警决策、自动报警功能。在自动预警决策上，依靠终端对外部采集设备的数据进行分析，同时根据阈值逻辑来判断数据是否存在异常现象，如果存在异常，那么系统将会自动激发自动报警功能，以通知人工来对异常进行关注，如有必要人工可以直接切换至人工模式来着手控制。此外，集中式系统还具备一个重要功能，即数据采集设备运行状态检查，因为数据采集设备设立与野外环境，很容易被外在因素影响而出现损伤，无法保障采集而来的数据是否准确，但通过此项功能，能够通过数据采集设备的电路传输情况、数据反馈情况来判断当前设备的状态，当发现异常之后会尝试对设备进行技术维护，同时激发自动预警功能，当技术维护失败之后会切换至应急状态，即停止异常设备运行，由人工来进行决策。

在一些先进的研究中还提出了一种融合上述两种监测系统的混合式系统，鉴于成本及兼容性的问题还没有过多的投入实践应用当中，属于还不成熟技术，但从研究结果上来看，该系统的可行性很高。

3 结语

本文主要对岩土工程自动化监测系统及应用进行了分析，结果显示，自动化监测系统具有应用便捷性较高、降低人工参与度以及人工负担、监测范围广泛、监测无间断4项优点，并阐述了自动化监测系统各项应用功能。