自动化监测系统在深基坑监测中的可靠性分析

李军伟

（湖南省工程勘察院，湖南 娄底 417000）

随着我国自动化监控系统的相关技术逐步发展和完善，自动化监控系统已经在我国大部分的深基坑监控项目中获得了越来越广泛的应用。这种自动化的监测系统可以有效克服基坑监测中的各种不良因素，可以高效稳定地对其进行实时地监测。比手动化的测量工作具有极其巨大的优点。然而，目前我国基坑工程自动化监控的管理规范还很不明确，对于深水区的基坑工程监控则缺少一套相关指导与执行标准。因此，通过实践和应用研究分析来论证一套自动化监控系统对深部基坑监控工程中的安全可靠性是十分必要和积极的。

1 深基坑的概述

深基坑施工非常常见，主要是指施工深度在5m或5m以上，或者虽然深度未达到5m但是施工环境极为复杂的工程。由于环境的复杂性，因此在发展过程中必然会遇到深基坑施工。

施工质量和深基坑施工安全性直接影响施工效果。因此，有必要加强对深基坑工程的安全监测和项目管理，促进环境中深基坑工程的施工，避免发生安全相关的紧急情况，并有效改善深基坑工程设计的质量和水平[1]。

2 深基坑自动化监测的分类与方向

2.1 深基坑自动化监测的构成要素

深基坑自动监测系统大体上可分为3个部分：即数据处理与发布、数据采集、分析系统等，其中数据采集部分还可详细分为自动全站仪采集、数字控制2个系统。自动全站仪借助采集与测量机器人，监测基坑施工区域的水平位移和垂直位移情况，同时对所监测到的数据信息进行有效采集。现阶段，我国的大部分工程施工所用的检测站使用的是“全站仪软件+4D”的监控测量，这种监测站体现出了强大的数据收集功能，同时还配有特殊的数据信息收集箱，在监测软件的辅助下，从基坑收集到的区域水平位移相关信息，将获取到的信息转发至数据库，有效地保证了基坑监测数据处理中心与前端观测站能够同时进行测量。

2.2 基坑支护体系自动化监测体系研究

基坑工程如果变形过大或者失稳，会导致周边环境和设施的沉陷、开裂、破坏，造成非常严重的问题。为保证基坑的稳定，基坑工程需进行必要的监测工作。传统的监测为人工监测，工作量大，数据不稳定，报警不及时。基坑自动化监测可解决传统监测问题。

基坑支护系统作为对深基坑进行工程暂时性保护的重要措施，其所采取的是利用密集点式和分布式的光纤传感器技术，来对深基坑进行自动化系统的监测。一般而言，基坑的支护工程就是由于地面上部向下打开一个区域的地下空间，然后在较深基坑四周建立一个竖向的挡土围护结构，用于支撑区域的空间结构与对保护较深的基坑进行工程操作。围护结构通常指的是在开挖平面基础下方或带有一定的插入范围深度的钢筋板（桩）砌筑墙。板（桩）砌筑墙体主要采用悬臂、单撑、多跨或不连续的方法。支撑结构主要是为了尽量减小围护结构发生的变形，控制围护墙体的转角和弯矩；它被划分为主要的内撑和外锚。

2.3 光绥传感自动化监测的进步创新

深基坑监控技术是利用光纤传感器信号的灵敏度和精确性，对深基坑工程中可能会出现的各种这类问题做好数据采集与反馈，在目前我国工程施工应用中已经初步发展形成了相当大的范围。然而在技术的核心上仍然有可能还是存在着深基坑光纤材料的性能和稳定性缺陷、精度和准确率仍然会有误差等方面的问题，这些都需要我们在实际深基坑工程的应用中获取更多的理论和实践，用于形成有关的数据，进行技术上的优化。

2.4 监测数据可视化处理的技术特点

监控分析数据的采集可视化分析技术的迅速出现和不断发展，在很大程度上已经改善了由于我国目前现有的传统监控分析手段仅仅是能够直接形成简单的监控数据分析表格和其他的发展趋势曲线。它指的是一个一种可以把独立多个监测点（孔）之间因子进行相互变换串联，构建多个监测点（或孔洞）的不受平面、空间、时刻、工况等各种不同综合因素影响监测因子的新型五维双向变换立体监测模型。这种工程监控分析方式更加直观地准确揭露了深圳浅基坑一期工程的项目总体发展运营及其总体建设发展状态，也有效率地克服了由于目前传统的人工信息监控所使用导致的各类建筑监控工程信息的数据碎片化、零散性等技术缺陷，有效地大大提高了各类工程监控数据信息采集和处理分析的监控技术水平及运营管理效率，为推进深基坑一期工程项目的总体建设及其发展运营提供了坚实的技术根基。深层探测基坑内部隧道自动化探测监控的技术分类和发展方向。

3 监控系统自动化的监控系统

自动化监测系统中的数据收集系统其功能主要是收集有关深基坑深水平位移的数据和有关深基坑地下水水位的数据，随后将所有收集的数据及时传输到数据库，以便监测站和数据处理中心可以同时监测深基坑。自动化监控系统的数据分析自动化监控系统基本上是通过组织、分类、处理和计算所有采集到的数据，然后把所有被处理的数据都存储在一个数据库中。结果报告系统的功能主要有：数据库查询、视频资料管理、分析和统计以及风险预警和预测。结果报告系统的数据查询功能可以调出数据库中的相关数据，以及实时查询和计算深基坑的监测数据。其他功能在深基坑现场的安全监测和管理中也起着重要作用[2]。

在电子信息技术的辅助下，深基坑监测数据反馈更加准时。另外自动监测系统还具备预警功能，通过设计SOA架构，达到深基坑在线监测系统对监测成果的发布与预警，具体包含了在线数据分析与在线数据查询，以及报警设置，以掌握监测点全部数据，工作人员可预先设置报警阈值，当自动化监测系统采集到的数据接近报警阈值，系统会自动发出危险警报，提醒工作人员及时处理工程施工中深基坑出现的问题，最大限度地控制风险。

当前，随着我国区域经济发展的加快速度和人民生活质量水平不断稳步提高，基坑工程建设及其施工工程项目的建设数量也在不断扩大，面积和深度也在增加，施工的复杂性也在增加。在深基坑的施工中，监测深基坑的安全非常重要。

4 自动化监测系统在深基坑监测中的可靠性分析

4.1 全站仪自动化监测系统的精度分析

自动化监控系统采用trimble监控点s8全站仪，该全站仪现在已经安装在所需要的观察台上，并且采用极坐标法的全圆观察法进行单测站。要想准确地分析一个监测点整体精度，需要对平面进行整体精度的分析。将该仪器安装在所需要的观察台上，可以完全忽略调节误差。假设原点为o，观察点p，测水平角为s，垂直角β和倾斜的距离为s，从中我们可以通过计算得出需要进行测量的p点的3d坐标。计算公式（1）如下：

Xp=S cosα cosβ

图1 自动化监测系统图

Yp=S sinα cosβ

Zp=S sinβ

根据公式（1)，假定水平距离OP为监测点D监测点=S cosβ，找到观测值α、β、S的全微分并将其转换为中误差。

通过进行matlabc的编程，对监控全站仪器和测量管理系统的各个精度因素进行了统计分析，研究其中的精度平面测量精度和垂直高程测量精度、竖直测量角度因素值以及其中的边长测量角度因素值之间的相互关系。

4.2 基于尺度变形的可靠性分析

由于监测基坑的水和周围环境没有可能发生重大的气候变化，我们仅仅可以直接确定两次自动测量的整个过程：中所有两个测量点都绝对是稳定的，则这两点之间的绝对测量距离也是绝对相等的。选取4个主要监控测量点的中心坐标，两两进行分析计算各个监控测量点之间的绝对精度距离误差值，分析验证监控系统自动化的可靠度。

通过人工计算数据分析测量结果显示，自动化人工监控的数据测量处理数据系统和采用传统人工远程监控的数据测量处理数据之间与互相比的测量差异很大，而且其数据变化变动幅度较小，测量的处理数据也相对比较稳定，这就充分说明了采用自动化人工监控的数据测量处理数据系统具备了安全足够的测量准确性和可靠。

5 自动化监测系统深基坑监测实例

自动化监测系统在基坑监测中的应用，可将测量工作人员从繁重的工作中解脱出来，实现了深基坑监测的高精度、自动化，与此同时也将深基坑监测的时效性提升了一大截，更有利于将基坑变形预测、数据监测分析、信息反馈等功能集合于一体。在现代工程施工中可以准确地提供基坑监测相关信息[3]。本文选用的监测系统在深基坑监测作业中更加便捷，监测前可设置5个监测基准点，监测位置选用增设保护罩的螺丝基座加小棱镜，工程施工中基坑变化情况自动化监测与自动化数据处理，这种作业方式在大大缩减了工作量的同时，也可以对监测点进行保护，此种监测手段也可以作为在测斜管遭到破坏后的一种备用方式，深基坑自动监测系统使测量机器人的自动监测从操作环境简单区域向复杂环境监测中转变[4]。

在某工程施工项目的深基坑监测中采用该自动化监测系统，该项目位于人口稠密的地区，环境复杂，传统的手动监测很困难。自动化监测系统安装在施工项目的顶部，根据需要建造一个监测台，可防止建筑环境阻挡棱镜。监测点L形棱镜位于凹坑顶部，作为观察点。测量点之间的距离约为15m，总共有20个。经过连续30期监测得出结果。

可以通过计算得出p控制点的平面精度，并且不可能超过±0.8471监测点mm。计算结果表明，在野外观察条件下，平面控制的观察精度要比二次变形时控制位移所需要优越，观察中心误差约为±3.0。手动测量结果的点差较大，相邻点之间的偏移差大于自动测量的点差。最大偏移量1.5毫米。自动检测数据波动很小。手动测量的频率波动更加明显，并且所测数据的精度和稳定性都远远低于传统自动检测的精度。经过相应的比较和分析，我们可以得出结论，在进行监控水平位移时，自动检测的稳定度要比传统的手动检测具有更高的稳定度。因此，自动可靠度控制条件下的各种需要都是可以满足的要求。

6 在深基坑监测中使用自动化监测系统的策略研究

（1）构建和改进用于自动监测深基坑的集成管理平台：集成管理平台可以远程监测深基坑工程的各种参数和数据，例如应力、坡度、位移、水位、轴向力等，以收集有关实时动态预警和自动警报处理以及项目安全的项目数据，最后生成具有查询功能的监测数据报告，从而节省在深基坑设计的成本，提高了工作效率和管理水平，并有助于有效改善深基坑的技术和水平监测[5]。

（2）部署自动监测点：在监测深基坑工程时，可以结合深基坑的特殊情况使用自动化监测系统，并可以设置多个监测点来监测深层水平位移并控制深基坑中的地下水位。并将所有收集的数据传输到数据库管理中心。使用自动化监测系统收集深基坑监测数据可以完全保留所有原始收集的数据，从而有效地提高了监测数据的可靠性。

（3）通过深基坑监测自动处理数据：自动处理通常使用Trimble4D软件，该软件可以自动更正收集到的数据中的一些严重错误，然后更正。同时，在采集监测资料时，应该使用自动化监测系统将所有监测资料进行了自动分类与组织，并对各个阶段所有采集到的监测资料都进行了预处理，提高了监测资料自动化处理的工作效率和数据采集质量。

（4）发布监测数据：监测数据的在线发布是自动化监测系统的重要功能，可以提供在线预警，还可以发布包含动态数据的地图或可视化地图，以确保深基坑的安全施工。

7 结语

为了有效地提高深基坑各种工程监测的工作效率，采用自动化监测管理系统进行数据采集，分析，处理和发布深深基坑各种工程监测数据的结果，其安全和可靠性都是为了满足实际工程监测的要求，并且可以有效地提高工程监测质量，保证深基坑的施工安全。