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物联网技术在挡墙变形监测中的应用与前景分析严云

发表时间：2020/6/1 来源：《基层建设》2019年第35期作者：严云

[导读] 摘要：随着我国房地产的加速开发以及基建设施的快速建设，设计出了大量的人工边坡、挡墙等，传统的监测手段有盲点，无法对灾害发生进行准确的预判。

        广州市吉华勘测股份有限公司 511400
        摘要：随着我国房地产的加速开发以及基建设施的快速建设，设计出了大量的人工边坡、挡墙等，传统的监测手段有盲点，无法对灾害发生进行准确的预判。应用物联网该技术，借助该技术进行变形监测，使变形监测技术的发展迈向一个新的台阶。
        关键词：物联网；变形监测；自动化
        0 引言
        近年，随着我国房地产的加速开发以及基建设施的快速建设，设计出了大量的人工边坡、挡墙等，且集中出现在山区城市，一旦发生坍塌，将造成极大的生命财产的损失，后果不堪设想。当前各地主管部门都有相应的监测措施，对新建边坡和挡墙都规定看了一定时间的监测，但对位于老旧城区内的挡墙和边坡的健康状况的普查尚缺少相关的政策及监测手段，一般由建设方根据安全状况的评估而自己选择布设健康监测。而传统方法不能做到实时全天候监测，传统的高危边坡监测方法通常采用常规仪器人工现场采集数据，此种监测方式精度低、时效性差且劳动强度大，在恶劣天气条件下无法实时监测，监测人员的人身安全也无法保障，急需一种高效的全自动化监测系统来替代。随着传感器技术、计算机技术、通信技术以及云计算的飞速发展，通过物联网技术的应用使得变形监测技术发生了质的飞跃。
        1 物联网监测技术
        物联网（The Internet of Things，简称IOT）是指通过各种信息传感器、视频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体，它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。物联网监测技术即通过预埋设的各类监测传感器，实时采集被监测建筑物或构筑物的变形数据和相关数据，通过网络传输接入云平台系统，利用云端的平台软件进行各类监测信号和数据的解析计算，在通过电脑、手机等各类终端设备把各类监测结果呈现给监测部门的一种技术。

        2 财经学校挡墙物联网自动化监测应用
        2.1 工程概况
        市教育局财经学校华侨新村校区西北面处挡土墙，该处隐患挡土墙非常贴近居民楼；该区域地势不平，且挡土墙建设年代久远；拟监测挡土墙，长约130m，高约9m-12m，为重力式挡土墙，目前在原防空洞上方与周边的挡土墙局部开裂、变形，有一定的风险，靠近居民楼与人行道，且挡土墙较高、建成年代久远，因此存在安全隐患，现由市教育局财经学校出资进行加固维修工程。
        2.2 技术要求

        根据现场实际情况，监测工期按三年预计，施工工期60天，施工期间由于对地基震动较大，对挡土墙稳定性影响较大，监测频率为两天一次；进入试运营期后，监测频率调整为一周检查一次；进入运营期后，数据稳定且不可抗力因素较少，监测频率调整为15天-30天一次。
        监测报警值应以监测项目的累计变化量和变化速率值两个值控制，且应符合设计的限值、主体结构设计要求、支护结构的特点、监测对象的控制要求。
        因挡土墙施工、周边建筑施工以及降水引起的挡土墙变形位移应按下列条件控制：
        1、不得导致挡土墙的失稳；
        2、对周边已有建（构）筑物引起的变形不得超过相关技术规范的要求；
        3、不得影响周边道路、地下管线等正常使用；
        4、满足特殊环境的技术要求。
        根据规范资料，各监测项目的报警值和控制值如表3：

        说明：1、图中QX为倾斜传感器编号，图中方形为倾斜传感器示意图
        2、图中J为静力水准仪传感器编号，图中圆形为静力水准仪传感器示意图。
        3 数据分析
        3.1 云平台系统
        自动化监测系统主要由云平台软件、无线采集发射装置、智能型传感器组成。该系统能够精确实时的远程采集监测数据，并以图形化界面显示数据状态。
        云平台系统自主研发，用于采集和接收传感器的数据，并分析传感器传感器数据。软件基于Linux系统，具有很强的安全防护功能。数据存储基于MySQL数据库，具备多数据兼容性。具备预设预警值、报警值、短信报警、系统报警等功能，可通过任何大屏设备登录访问查看数据，如台式电脑、笔记本电脑、平板电脑等。支持全图像化系统登录访问数据，如windows系统、centOS系统、Android系统、mac系统等，支持自定义数据采集数据间隔时间，满足一切复杂工程的需要。
        3.2 无线采集发射装置
        无线采集发射装置由我公司自主研发，用于采集传感器数据并通过无线传输的方式传输给云平台软件。该装置基于现有的移动运营商频段，并结合TCP/IP技术，把串口数据转换成IP数据发送给云平台，实现数据的采集、转换、传输一体的功能。
        智能型传感器，智能型传感器将物理量转化成数字信号，可以不失真的进行远距离无线传输，当监测数据超出报警值，系统会立马报警，并发送短信到相应监测人员手机上，能及时起到预警作用。
        3.3 数据分析
        图5与图6分别为某段时间连续一个星期内的数据，采集频率为两天一次。该工程为小型挡墙，由于挡墙上部为学校，学生往来频繁，应业主要求未设置水平位移和深层水平位移监测，且深层水平位移需钻孔，对土体扰动大，不适宜监测老旧挡墙。采用了在底部布设沉降，上层布设两排倾角仪的方式监测挡墙的倾斜状态和沉降状态。
        由于倾角传感器特别敏感，因此，在静止或稳定的状态时数据呈现出在一定范围内的小幅度波动（如图5），总体趋势呈现稳定的线性状态，说明该监测点是稳定的。在数据取值时，可在每日的固定时段，选取时段内监测数据均值作为结果，将外界环境的影响降到最小。

        通过第一年的监测，在整个自动化监测期间，该挡墙的沉降、倾斜累计变形值均未超过报警值，监测系统未出现报警现象。挡土墙在监测期间未出现倾斜、开裂等异常现象，周边建筑物及路面裂缝未见明显发展，周边居民及建筑处在安全、稳定的环境中。同时也验证了该方法的可行性，监测传感器的可靠性，数据分析的准确性。但经过一年的监测，传感器也需要定时进行维护，如更换联通软管，检查电路等。
        4 前景分析
        通过上述案例可以看出，该监测系统相对于传统变形监测手段工作效率大幅度提升，且对构筑物的安全起到了全天候实时监测，有力保障了周边环境的安全。对比传统变形监测，无论从效率和技术水平，物联网监测的优势特点十分明显。随着该技术大范围推广应用，以及云计算和大数据的发展，未来会出现一个统一的智慧安全监测平台。覆盖小至一个区县，大到一个城市的所有基础设施以及关系国计民生的其它行业。实现从安全监测、预警、数据分析、出台灾害防治方案、落实方案以及解除预警全流程的监管，为国家的发展和安全建设提供强有力的保障。
        参考文献
        [1]边坡安全自动监测预警系统的设计[J].廖小平.土木工程.2016(4)
        [2]广州市滑坡地质灾害专业监测示范点建设[J].黄鸿伟.测绘通报.2015(S0):181-183
        [3]基于物联网技术的公路边坡监测预警系统[J].李果,侯岳峰,陈贺.公路交通科技.2016(9)
        [4]边坡变形监测技术现状及新进展[J].董文文，朱鸿鹄，孙义杰，施斌.工程地质学报.2016(6)
        [5]自动化监测系统在高危边坡监测工程中的应用[J].庞健.经纬天地.2019(4)
        [6]高速公路边坡自动监测与稳定性分析[J].杨飞，汤罗圣，王云安，邓长青，肜增湘，黄文涛.山西建筑.2019(2)