隧道里的“千里眼”和“顺风耳”——隧道无线监测设备与信息聚合平台的默契配合

小编语

近年来，隧道的监测设备逐渐转向智能化与无线化。几年前尚属实验性技术的无线监测设备和配套的信息聚合平台，在欧美的地下工程行业中已经得到了广泛的应用。

与传统监测设备相比，无线监测系统具备怎样的优势？这项技术能否解决欧美地下工程行业人工短期的困境？ 本期小编带大家一起了解。

无线监测设备的发展

在过去，隧道工程行业内的无线监测设备一直是一种实验性的技术，但在近几年，这项技术得到了迅速的发展和广泛的应用。设备和配套系统的种类、功能和智能化程度也越来越高。

西班牙Castelbisbal铁路隧道施工中

应用的激光测距 无线监测设备

目前，隧道施工监测主要通过目视检查、引伸计、全站仪、激光扫描和摄影等传统监测仪器来完成。这些传统方法在应用过程中存在很多难以克服的问题，其中包括：

■ 地下工程中空间受限，传统监测仪器存在设置困难的问题。

■ 地下工程条件复杂且恶劣，存在腐蚀、高温、潮湿、振动、粉尘、可燃气体等情况，传统监测仪器有时难以取得有效数据。

■ 施工中的地下工程缺乏供电与网络覆盖，且与地面距离过远，设置传统监测仪器耗费人力物力。

■ 传统监测仪监测过程中需要工人频繁进入隧道，加大工作量，存在安全风险，且数据交互缓慢。

有鉴于此，基于多种小型定制化传感器节点的无线监测系统成为了解决以上问题的最佳方案之一。

应用于伦敦地铁翻修工程中的

管片位移无线监测传感器

无线监测系统的优势：

■ 所用的 传感器节点体积小，可安装在隧道和盾构内极其狭小的空间中。

■ 传感器节点可以根据特定的工程条件进行定制，以应对复杂恶劣环境。

■ 传感器节点自带电池和无线通讯模块，无需额外架设电路和网络线路。如果隧道较长，则可以设置中继器以维持无线通讯。

■ 无线监测设备获取数据无需人工辅助，可以持续不断的为施工单位和相关方提供检测数据。

虽然无线监测系统的初期设备采购和安装成本很高，但由于完成安装后不需要现场人力维护或线路接入，并可以24小时不间断的提供数据，所以其后续成本较低，并且监测效果也更好。

大量传感器组成的隧道施工无线监测系统

（伦敦地铁Jubilee线工程）

凭借这些优势，无线监测系统在人工费用与环境监控要求较高的欧美地区迅速成为了隧道施工监测设备的主流之一。

信息整合和分析系统

伴随着无线监测系统的广泛应用，与之配套的传感器设备也得到了迅速发展。在这一过程中，诞生了大量不同用途，不同规格，不同设计的传感器，这反而给无线监测系统使用带来了一定的困难。

传感器的种类样式繁多

由于目前无线监测系统并无统一数据规格，因此不同的制造商使用的数据接口和格式也是各不相同。对于使用了多种传感器的项目来说，就需要同时使用多套软件来监控各项数据。

软件是无线监测系统的关键

为解决这一问题，工程软件公司开始利用API(应用程序编程接口)来制作无线监测系统的信息聚合平台，这一方式可以绕开不同公司的不同数据接口和格式，将数据聚合起来。

应用程序编程接口 （API）

应用程序编程接口 （API） 是一些预先定义的函数，目的是让应用程序与开发人员能够访问某软件或硬件的部分例程。这一过程中无需了解该软件或硬件的源代码，或理解内部工作机制的细节。

以英国HS2工程为例，项目中使用了MissionOS作为监测数据聚合平台，该平台能够通过API连接项目所用的大部分智能化监测系统，不仅包括各种无线监测设备，还包括具备联网功能的全站仪和其他传统监测仪器。

统一显示不同传感器的数据

整合了多套监测系统的数据后，平台也具备了数据分析的能力。Tpc，MissionOS等平台都能够自动归档和分析数据，并生成报告，这一功能完全省去了过去隧道施工中收集数据，归纳数据，完成报告的人工流程。

此外，来自多个无线监测系统的大量实时监测数据，使得平台具备了创建可视化实时监测数据的能力。

自动生成的检测数据报告

可视化的监测数据

目前澳大利亚墨尔本地铁项目和英国HS2项目中都应用了自动生成的监测数据报告，一定程度上实现了从数据获取到数据分析的自动化，节省了大量的人力和时间，甚至改变风险审查会议的进行?式，受到了业主与施工方的好评。

结语

小编认为，目前无线监测设备和数据聚合平台已经展示出了巨大的发展潜力，但也存在一些挑战：传感器节点本身的高昂成本，无法统一的数据格式等问题始终是限制该技术进一步发展的核心问题。但小编相信，在克服了这些困难后，无线监测设备将会迎来更大的发展。