建筑基坑半自动化监测技术与云平台之系统设计思路

2016-12-05 11:38  来源:中国岩土网  阅读:675
针对建筑基坑监测与预警技术对数据处理的及时性、规范性和准确性的要求,同时结合监测业务生产流程,半自动化监测关键技术的主要在于:系统设计、测量设备(元器件)和系统的接口、测量数据的解算、预警及数据后处理等等问题。



(注:本文原文发表于《建筑科学》2016年地基基础学术会议专刊,详情请参阅论文原文。同时基于本文基本观点,已开发出建筑基坑(半)自动化监测系统和云平台,有兴趣可直接联系作者)

    针对建筑基坑监测与预警技术对数据处理的及时性、规范性和准确性的要求,同时结合监测业务生产流程,半自动化监测关键技术的主要在于:系统设计、测量设备(元器件)和系统的接口、测量数据的解算、预警及数据后处理等等问题。

1. 半自动化监测系统设计

     半自动化监测系统主干架主要由流程设计、功能模块设计、逻辑关系设计三大模块构成,三大模块构成的系统架构有效实现总目标的各项要求。

 

 


 


 

                                半自动化监测系统架构图


1.1流程设计

    利用半自动化技术进行建筑基坑监测的一般技术流程如图所示,主要包括数据采集、数据上传、服务器云端数据中心、信息访问和成果输出等步骤。


  1. 数据采集:数据采集分为人工采集和自动化采集两种模式,人工采集即由监测人员按传统方法利用监测仪器进行基坑数据采集,自动化采集利用预埋设的传感器和采集设备定时采集基坑监测数据。

  2. 数据上传:数据上传分为手持式上传设备上传和自动上传两种方式,手持式上传设备通过内置兼容接口将不同测量设备的监测数据实时传输至云端数据服务中心,自动采集模式中则通过有线或无线传输至云端数据服务中心。

  3. 服务器云端数据中心:服务器云端数据中心主要完成数据处理、数据存储、数据通信、信息管理等功能。服务器端通信模块收到现场设备端上传监测数据后按预设公式进行运算,运算完成后对数据进行分发处理。一份数据保存到数据库中,进行数据备份,另一份传递给数据通信模块。

  4. 信息访问和成果输出:项目参建单位可通过客户端访问服务器云端数据中心,查询工程文档、进度数据、监测成果等各种项目信息。

     

     

                                 半自动化监测流程设计示意图

 1.2功能模块设计

    为了满足不同业务功能需求,提供一个高效便捷的信息平台,半自动化监测系统设置了不同的功能模块,包含数据采集、数据查询、计算器、报表功能、预警管理、信息管理、变形预测、权限管理等功能模块[12],各个模块分别实现不同功能。

1)数据采集:自动化采集、手持设备上传、文件上传、手工录入

2)数据查询:统计、查询:使用组合查询,结果通过数据图、表展示

3)计算器:即时对上传数据计算存储

4)报表功能:日报、周报、月报、次报、总结报告等查询、输出

5)预警管理:超出预警值的数据即时报警,并通过多种方式通知相关人员

6)信息管理:企业信息、项目信息、人员信息、设备信息等管理

7)变形预测:根据当前工况和历史数据,对未来一天、一周或更长时间变形量

8)权限管理:企业级、项目级、客户级等分级管理

 1.3逻辑关系设计

    半自动化监测系统逻辑关系层采用多层级体系架构,从上至下分为企业级、项目级、分项项目级、测点级和测点数据级。通过各层级服务的承载关系,实现系统管理功能。系统构架如下图所示。

企业级:系统为多企业平台管理,半自动化监测系统下可实现监管部门同时监管不同监测企业,可对各企业的监测信息进行分析,及时发现存在的安全隐患,提出安全评价意见

  1. 项目级:单个企业下可划区域、分类型对不同的监测项目进行管理

  2. 分项项目级:包含位移、沉降、测斜、应力、水位、轴力等分项项目

  3. 测点级:各测点相关监测信息

  4. 测点数据级:测点单次变化量、累积变化量


                   半自动化监测逻辑关系示意图

 2. 测量设备和元器件与系统的接口

     现场监测设备与半自动化监测系统间接口是监测系统功能实现的关键环节,接口数据的内容、格式及接口方式等是否规范、统一,直接关系到数据的完整性和系统的整体性能。目前,测量设备厂家越来越多,市场上种类繁多的监测设备、元器件对所有自动化监测系统接口数据提出了更高的要求。半自动化监测系统须兼容市场上大部分的主流监测设备,如索佳、航天航空、斯比特、拓普康等品牌设备,这些设备与系统接口的兼容性,有利于提高系统监测、报警功能的可用性,可以对监测后期运行维护及监测数据分析提供重要技术支撑。


3. 测量数据解算

     监测数据传输至服务器云端管理中心后,数据处理系统即时解算时段数据或实时解算实时数据,得到各测点的即时变形量[13]。半自动化监测系统数据处理基本流程如下,其中数据解算分析是系统核心之一。

    1)读入数据:读入原始观测数据,将数据转换成TXT等通用格式并存储。

    2)检查修改:检查测站名、点号、测站坐标等数据项目,为避免外业误操作。

    3)数据质量分析:分析监测数据质量是否满足解算要求,以保证数据精度。

    4)设定参数:设定基线解算的控制参数,确定基线解算方法,实现基线的精细化处理。

    5)数据解算:开展数据的平差解算,求得基线向量解。

    6)基线质量检验:解算完毕后,通过闭合差和重复基线较差来进行质量检验。


4.后处理及预警

     在后处理模块,系统可实时把监测点变形趋势以图形形式实时显示出来,可以通过观察图形走向实时了解监测效果或变形情况。所绘制的变形曲线为时态曲线,即变形量和时间组成的曲线,包括变形速率-时间曲线、累计位移-时间曲线、收敛累计位移值-时间曲线等。绘制时间和变化状态的曲线图是非常重要的,它反映监测结果变化的信息,可以监测人员随时随地的获得监测数据和发展动态。


系统采用“多重+分级”预报警模式,管理人员可设置不同级别的预警阈值,系统会自动按照报警的级别发送短信至对应参建单位和职能管理部门,以便各方及时了解基坑安全状况,及时采取补救措施,减少安全隐患。同时当监测出现异常情况时,系统可软件界面、手机、传真、广播、声光等多种报警形式发布,能提高监测的时效性和确保监测数据的真实性,杜绝了原有层层上报监测模式存在的时效性差、信息滞后、以及瞒报、漏报等舞弊造假行为,真正达到高效科学的管理。


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郑伟锋

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