基于物联网的GIS综合感知深基坑监测系统设计.pdf
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1、基于物联网的 综合感知深基坑监测系统设计赖国华陆 铭范孟超邓南丹田玉法(中国建筑第二工程局有限公司华南分公司广东 深圳)收稿日期:作者简介:赖国华()男广东五华人硕士高级工程师主要从事建设项目管理和工程技术相关工作摘 要:深基坑工程的施工和监测过程中存在许多挑战需要实时准确地监测和分析深基坑的变化情况 提出一种基于物联网技术的 信息综合感知系统通过传感器网络、数据采集装置和 服务器等硬件设备实现对深基坑沉降、土壤位移、水位变化等参数的监测和分析 通过实验验证系统在深基坑监测中表现出较高的精准度和实时性为工程管理者提供了重要的监测数据和决策支持关键词:物联网技术 信息综合感知深基坑监测中图分类号
2、:文献标志码:文章编号:():/引 言深基坑工程在城市建设中起着至关重要的作用然而由于其特殊的地质条件和施工环境深基坑的施工和监测过程面临着诸多挑战 传统的监测方法受限于时间、空间和人力因素无法实现对深基坑变化情况进行及时、准确的监测分析 为了解决这一问题并提高深基坑工程的管理效率和安全性基于物联网技术的 信息综合感知系统应运而生 该系统通过将传感器网络、物联网设备、数据采集装置和 服务器等硬件设备相互连接实现了深基坑周围环境的实时监测和数据分析 传感器网络布置在深基坑及其周围区域可以高频率采集沉降、土壤位移、水位变化等关键参数的数据 这些数据通过物联网设备传输到数据采集装置并进一步传输至 服
3、务器进行处理和存储 最终通过 信息综合感知系统的用户界面工程管理者可以直观地了解深基坑的变化趋势、分布情况以及潜在风险从而做出相应的决策和措施提高工程管理效率减少人为错误并提前预测工程中存在的潜在风险基于物联网技术的 信息综合感知系统总架构 基于物联网技术的 信息综合感知系统能够实现深基坑监测数据的实时感知、准确分析和可视化展示具体的总架构设计如图 所示数据层是系统的基础层用于收集和存储深基坑监测所需的数据 在深基坑周边布置传感器网络例如地质勘探仪器、水位传感器、位移传感器等用于实时感知环境变化并采集数据 数据采集模块负责对传感器网络中的数据进行采集和处理将原始数据进行转换和标准化以便后续的存
4、储和分析 使用数据库将采集到的数据进行存储确保数据的安全性和可访问性感知层负责对采集到的数据进行处理、分析和预处理以提取有用的信息和特征 使用 技术进行空间分析将数据与地理位置进行关联生成空间分布图监测周遭环境分析地质条件帮助用户理解数据的空间特征和相关性图 系统总架构设计展示层为用户提供直观、易于理解的界面以展示监测数据和分析结果 通过图表、地图、仪表盘等方式将监测数据和分析结果以直观的形式展示给用户便于用户理解和分析 提供用户友好的界面使用户能够方便地进行系统操作、查询数据、查看报警信息等支持交互和自定义设置 提供移动端应用程序用户可随时随地通过智能手机或平板电脑访问系统实时监测和管理深基
5、坑工程综上所述综合感知系统的数据层、感知层和展示层相互交互形成一个闭环以此实现对深基坑监测数据的全面感知、分析和展示 系统各模块设计.数据层.传感器网络布置传感器网络的布置是基于物联网技术的 信息综合感知系统中的重要步骤用于实时感知深基坑周边环境的变化 首先需要明确深基坑监测的需求和目标确定需要监测的地质状况、地下水位、土壤位移等指标根据监测需求选择合适的传感器类型该系统采用 地质勘探仪器、水位传感器以及 振弦式位移传感器考虑传感器的测量范围、精度、稳定性和耐久性等因素确保其能够满足监测要求 为确定传感器布置位置需要根据深基坑的几何形状和地质特征确定传感器的布置位置 传感器需要布置在深基坑周边
6、包括边坡、孔壁、水源附近等关键位置 在确定布置位置时考虑到覆盖范围、传感器之间的距离和分布均匀性等因素因此使用欧几里得距离公式计算传感器节点之间的直线距离具体公式如式()所示:()()()式中:()和()分别表示传感器节点的坐标在确定传感器布置位置后将传感器节点部署到相应的位置每个传感器节点包含传感器、数据采集子功能和通信子功能 传感器负责采集数据数据采集模块负责处理和转换传感器收集到的地质状况、地下水位、土壤位移数据通信模块负责将数据传输到中央处理单元或存储设备中进行下一步的数据传输存储工作.数据传输存储基于物联网技术的 信息综合感知系统通过传感器获得深基坑监测数据将数据传输储存起来以便感知
7、层进行分析具体的数据传输步骤如图 所示图 数据传输流程系统的数据传输中传感器节点采集监测数据并将其转换为数字信号 将采集到的数据进行编码和压缩以减少数据传输的带宽消耗 选择 数据传输协议确保数据能够通过物联网连接传输到数据处理系统 利用 无线通信技术进行数据传输根据监测范围和通信距离选择合适的无线技术最后采用加密算法和身份验证机制确保数据传输的安全性和隐私保护 数据传输结束后数据存储的具体步骤为:数据接收与解析:接收传输的数据并进行解析提取出关键的监测信息数据存储结构:设计 数据库以满足数据的存储需求数据存储策略:制定数据存储策略包括数据的存储周期、存储容量管理和数据备份数据处理与分析:对存储
8、的数据进行处理和分析提取有价值的信息并生成相关的 数据.感知层.地质条件分析在基于物联网技术的 信息综合感知系统的感知层中进行地质条件分析首先需要分析施工地区的主要地形使用 二维激光位移计获取高程数据获取地面高程数据通过计算高程变化率估算坡度 具体公式如式()所示:()()()()()式中:和表示地面高程在 和 方向上的变化率除高程外还应得知具体地面高程变化的方向坡向 的计算公式如式()所示:()()在计算出具体坡度之后根据高程数据和坡度计算水流累积量用于分析水流路径和水域分布 使用 遥感影像和地质数据进行特征提取如岩石类型、土壤类型、岩层结构等 应用支持向量机()机器学习或图像处理算法对提取
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