无线传感背景下隧道施工监测应用物联网的探讨

朱文民

中铁隧道局集团一处有限公司

无线传感背景下隧道施工监测应用物联网的探讨

朱文民

中铁隧道局集团一处有限公司

隧道作为一项重点的施工工程，由于其施工工艺复杂、施工环境恶劣等情况，对其进行施工工程的控制是十分必要的，能够为施工的安全提供一定的安全保护。随着我国科学技术水平的提升，对于隧道施工的检测手段也在不断的进行进步，目前逐渐应用基于无线传感技术的物联网技术对于隧道的施工过程进行有效的监督。这种智能的检测技术，能够为隧道的施工提出更加准确与可靠的数据，而且还能有效的降低施工成本，是一种非常高效的手段。本文重点探讨隧道物联网技术的构成与方案设计并对无线传感背景下隧道施工监测应用物联网技术过程中出现的问题进行研究，为提高隧道工程的建设提供必要的保证。

隧道施工；监测；无线传感；物联网

1 引言

隧道工程的施工，由于其施工地形结构复杂、地质环境多变，在进行施工时很容易出现一些安全问题，造成巨大的安全隐患。再加之很多企业盲目追赶工期，而对于施工质量控制的不完善，使得隧道的施工存在很大的安全问题，容易造成事故的发展，导致人员以及财产的损失。因此，对隧道的施工进行安全监测是十分必要的，是我国隧道工程建设需要重点关注的问题。物联网技术的发展，为隧道施工技术的监测提出了更有效的方法，主要应用与人员定位与智能管理方面。不过由于我国物联网技术的发展较慢，还需对其进行不断的发展与完善。

2 隧道物联网技术的构成

2.1 物联网技术的关键技术

物联网技术主要应用智能传感器、GPS系统、无线传输系统等不同的技术，使得信息通过物联网技术进行全面的监测、传输与处理，是对信息进行高度集中化处理的一种现代化技术手段，不断提升数据处理的能力与效果。通常由感知层、传输层与智能处理层三种不同的层级组成。通过感知层的传感器等数据信息收集技术，将收集的技术传输到智能层，进行梳理的处理与应用，最后实现数据的贡献。

（1）感知层的关键技术分析

感知层的重要技术便是智能传感器系统与射频识别技术。智能传感器系统将收集到的信息通过一定的计算机语言处理，将数据设计成计算机能够识别的语言，应对数据进行一定的传输、分析以及处理的过程。使得数据能够得到合理的收集以及处理；[1]射频识别技术通过射频信号自动感知需要处理的数据，并对其进行处理。这种信息的收集与传递技术，减轻了人工处理的压力，是一种非常智能的数据处理技术。

（2）传输层的关键技术分析

传输层主要由无线传输技术、GPS系统等不同的数据传输处理系统。该层级通过对于数据信号的自动获取，来进行数据的处理与分析，是一种自动化的无线传输技术。比如一些智能的通信技术等都是传输层所应用的重要技术手段。

（3）信息处理层的的关键技术分析

信息处理层主要应用的技术便是计算机视觉技术。通过计算机系统代替人类的视觉，进行数据的收集，并将其进行智能的处理与分析。还能够通过对于图片以及图像的采集形成对于收集地区的立体视觉呈现，是一种非常智能的数据收集与处理技术。比较常见的计算机视觉技术便是一些智能的图像处理技术与分析技术等。

3 隧道物联网监测技术方案设计

3.1 监测系统硬件设计

对于物联网监测条件下的隧道监测系统硬件设计，要根据物联网监测技术在感知层、传输层与处理层等不同的层次机构，进行具体的监测技术方案的确定。

（1）传感器

传感器的应用，是物联网感知层主要应用的设备，是整套监测技术开展的基础，对于信息的获取有着非常重要的影响。主要被用来测量物体的力学性质，并及时发现其力学性质的变化。根据不同的测算情况，也有不同类型的感知器类型的应用，要根据测算数据的具体情况来进行综合的分析。

（2）采集器

采集器的应用是对于数据进行储存以及运作的重要方式，数据感知层与传输层两方面的设备。目前，我国应用较多的测算隧道状况的感知器为MCU-32。[2]这种型号的感知器，数据处理精度高、处理速度快，并且具有高度的适应性，能被应用在比较恶劣的环境中，是对于数据信息进行处理的一种比较完善的感知处理技术。

（3）传输网络

对于隧道施工过程物联网监测获取的信息，需要将收集的数据通过传输网络传递到数据库处理系统，进行数据进一步的分析与整理，属于传输层的主要设备。传输网络对于数据传输的灵活性要求较高，借助MCU-32的通讯设备以及借口，可以更加有效的提高数据传输的效率与效果。可以通过光缆传输、有线传输、无线传输等不同的方式对数据进行传输。

（4）终端设备

终端设备是数据的接收设备，通过对接受的数据进行处理、分析与整理，来进行数据的储存工作，属于物联网应用层的相关技术。对于隧道施工的监测与物联网监测技术的主要相互作用可以用图1来表示。

图1 隧道施工的监测与物联网监测技术的主要相互作用

3.2 监测系统软件设计

（1）采集器控制程序

采集器控制程序主要是通过对于采集器的控制，来进行数据的综合整理与分析。采集器控制程序通过对不同监测层次的检测，来对不同传感器采集的数据进行分析与整理，形成一种高效的信息收集与处理过程，保证数据处理的全面与准确。

（2）监测分析程序

监测分析程序通过与采集器相互衔接，将采集器收集到的隧道的状况进行分析与处理，还可以图形、图像等不同的数据表现形式，增加信息表达的效果，提高数据处理的高效性。这种软件处理系统，通过监测分析程序，更好的进行信息的分析与处理。使得信息的使用者能够更加清晰的了解隧道的结构与情况，便于对其进行进一步的施工工作。

4 隧道物联网技术监测系统的应用注意事项

4.1 严格混凝土喷射技术

对于存在较大压力的地区，很容易造成山体滑坡的现象，这就要求在进行拱形区域喷射混凝土施工时，注意控制喷射强度，严格喷射密度与周围岩石之间的空隙，避免其出现过大或者过小的缝隙，造成混凝土喷射技术的不合格，严重时还会威胁施工人员的生命。因此，这就要求在进行混凝土喷射施工时，严格拱形处的喷射密度与厚度，对其空隙较大的情况进行及时的补浆工作，减少因为部分施工工艺不合格影响整体施工的现象出现。隧道在开挖结束后2周左右时最容易产生压力的变动，是最容易产生变形的时期。因此，在这一时期的监督控制技术要进行加强，通过物联网系统监测与处理的信息，对可能出现问题的地方进行及时的补浆处理，及时加强其应力的承受能力。[3]

4.2 提高物联网监测技术的成熟性

为了更好的提升工程的建设成本，也要适当的减少物联网监测技术的应用成本。为了提升物联网技术的应用强度，使其更好的投入到隧道工程监测过程中，需要不断的提升物联网应用技术的有效性。一套成熟的应用体系，能够保证监测技术在各个层面获取、处理数据的准确性，大大提升对于隧道工程监测的效率与成果。同时还能不断促进物联网行业的不断发展，从总体上降低工程的施工成本。

4.3 增强物联网监测技术的可靠性

由于无线传输手段是一种公开的平台，缺少一定的保密工作，很容易产生网络信息的泄露，对于隧道工程的建设造成一定的不利影响。因此，为了避免数据的丢失为隧道工程的施工造成不利影响，维护应急指挥部的正常运行，一定要不断的加强无线传输网络的安全性，加强传感器网络的信息安全，为监测数据的稳定提供一定的基础。

5 结语

无线传感背景下隧道施工监测应用物联网技术在很大程度上为隧道工程的监测提供了保证，能够更加全面与完善的处理隧道施工过程中涉及的不同信息与数据，并对其进行合理的处理，大大提高了隧道工程施工的质量与效率，为施工质量的提高提供了一定的基础。但是，由于物联网技术的应用范围比较广，隧道应急处理部门需要对不同领域的信息进行了解，加强各领域之间的合作，形成一种良好的管理模式，为隧道工程的监测提供有效的制度措施保证。

[1]王亚琼,黄忆霖,王开运,李俊锋,赖金星.基于无线传感的物联网在隧道施工监测中的应用[J].西安科技大学学报,2015(4):498～504.

[2]刘小涛.基于ZigBee的隧道施工监测系统研究[D].陕西科技大学,2015.

[3]郭晓程,贺智宏.无线传感网络在施工隧道监测系统中的应用[J].科技创新与应用,2013(19):76～77.