大数据时代下基于物联网技术的边坡监测展望

陈振邦　王佳欣

摘 要：每年边坡失稳给国家的财产和人民的生命安全带来巨大的危害，而合理的监测技术是边坡预防和治理的关键所在。但是目前的技术手段缺乏系统性和实时性，远远不能够达到良好的监测效果。物联网由于具有实时性、智能化、精细化等特点，近几年被广泛的运用到建设领域。大数据思想的产生是让人们如何重新认识数据，如何挖掘数据背后的价值。在阐述物联网和大数据的基础上，介绍物联网和大数据在工程监测上的运用，最后展望该技术在边坡监测上的前景。

关键词：边坡监测；物联网；大数据；展望

中图分类号： TP391 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）18-158-2

0 引言

作為全球性三大地质灾害之一的边坡失稳塌滑严重危害国家财产和人民的生命安全。随着我国基础建设的大力发展，在矿山、水利、交通、建筑等各个建设领域将出现大量的边坡工程，这样不可避免的涉及一系列由边坡所产生的问题。因而要全面的认识边坡，从而达到有效的预防、治理边坡。其中，边坡监测是认识和治理边坡的关键，合理的监测是边坡整治的可靠技术保障。

目前，我国的边坡监测方法由过去的简易工具测量向自动化、精密化发展，其监测方法主要有简易监测法、设站观测法、仪表观测法和远程监测法[1]。虽然边坡监测手段众多，但是目前的边坡监测仍存在以下几个主要不足之处：①工作量大，消耗大量人力、财力、物力；②监测不够频繁，不能获得精确的边坡变化规律；③观测受外在因素影响，比如气候条件；④观测项目相互独立，不能将各种数据融合分析。

物联网技术是继计算机、互联网和移动通信网之后的新一轮技术革命浪潮[2]，它通过感知、通信和智能信息处理，实现物理世界的智能化感知、管理与控制[3]。物联网技术的兴起，为边坡监测提供全新的方法与手段。大数据是继云计算、物联网之后IT产业又一次颠覆性的技术变革，技术是大数据价值的手段，而大数据思想就是从很多“毫无关联”的数据中找到它们的相关性。这种思想类似于混沌理论，但是比混沌理论更为简洁的认识事物。对于由多种因素控制的边坡稳定性而言，大数据思想可以很好的发现边坡变化的相关性。

本文首先详细的介绍物联网和大数据的概念，在此基础上再介绍国内外物联网技术在边坡监测上的应用，最后指出目前物联网技术存在的一些不足之处并提出相关的解决办法。

1 物联网概述

物联网，简单的说就是实现物与物相连接的网络。其实现途径是通过装置在各物体之间的传感设备，比如有射频识别（RFID）装置、二维码、红外线感应器、全球定位系统等。传感器把收集起来的信息通过网络传送到信息承载体（云计算平台），然后实现人与物之间的智能化感知。

2 物联网技术构架

从物联网的概念可以得知，物联网的实现应该具有三个要求：①全面感知；②可靠传递；③智能处理。从技术层面上讲，即感知层、网络层和应用层。

感知层作为收集物体信息的来源，它的多样化与否直接影响到识别物体的准确性和全面性，感知层由各种传感器组成，有温度、湿度、二氧化碳浓度传感器、摄像头、GPS、RFID等等。这些传感器将从不同角度去识别物体。

网络层由互联网，私有网与云计算平台构成的，负责传递数据。其中云计算平台是其核心组成，它可以实现海量信息的智能处理。

应用层就是针对不同行业的各种应用，提取出同专业的信息并进行数据整合，达到智能化应用。

3 物联网的特点

从物联网的概述和技术构架可以看出，物联网具有如下特点：①实时性。它能不间断的收集、传递信息。②远程监控。传感器能够将采集来的信息通过网络传递，这样就可以达到远程监控的效果。③全面性。不同的传感器从多方面识别物体，能够充分的认识物体的变化情况。④统一决策。将不同的信息整合起来，充分认识到物体变化的主次矛盾，从而有针对性的采取相应措施。⑤创新性。物联网让我们从更多的角度认识世界。

4 大数据

4.1 大数据概念

物联网技术的广泛实现必须依靠云计算平台的应用，云计算平台能够存储海量的数据，而大数据技术又是云计算的核心，它能够从海量的数据中提取有价值的数据，然后进行处理。这种技术的存在能够快速的、有效地发现数据的价值和事物的本质。简言之，大数据思想是让人们认识到如何正确、有效地使用数据的理念。

4.2 大数据特点

大数据开启了一次重大的时代转型，改变了人们认识和理解世界的方式[4]，即世界就是数据，大数据被广泛的应用到各行各业。其主要特点有以下几个方面：①大量。②高速。③多样。大数据接收包括文档、音频、图片、视频等各种不同类型的信息。④价值。大数据的本质就是预测，从相关性的数据中发现问题的原因。

5 物联网技术在边坡监测的研究进展

随着物联网技术的兴起，物联网在建设行业得到很好的运用，比如桥梁健康监测、大坝安全监测、隧道变形监测、智能建筑安全系统等，然而在边坡等地灾的运用还是比较少。

5.1 国内外的研究与应用

目前，国内外对边坡监测研究主要集中在对其监控上，主要手段是通过“3S”技术和DDRS技术。“3S” 技术是遥感技术、地理信息系统、全球定位系统这三种技术的统称[5]。DDRS指的是数字减灾系统，利用遥感技术、全球定位系统、地理信息系统和计算机网络技术，用数学和物理模型来数字仿真，模拟灾害发生传播的全过程[6]。国内曹诗咏提出了将ZigBee无线传感器网络技术和北斗卫星通信技术相结合对滑坡的状态进行远程实时监测的方案[7]。何文娜首次系统化地提出了大数据时代物联网、云计算等技术在地质调查领域的融合性技术框架，探讨了物联网技术在地质资料管理、地质装备管理方面的应用方案，将其具体应用到公路高边坡地质灾害监测系统建设项目中[8]。

5.2 物联网技术在边坡监测上的不足

综上所述，虽然物联网技术在实际建设中得到了广泛的运用，特别是它具有远程操作、连续观测、自动采集、存储等优点，但是该技术在目前阶段还没有被成熟的运用。其原因有如下几个方面：①现有的一些操作仅仅涉及物联网技术上的感知阶段，没有真正意义上达到数据的整合处理。②对边坡的监测也仅仅是局部的监测，缺乏相关性的大数据，不能系统地认识边坡失稳的原因。③传感器没有达到技术要求。边坡所处环境比较恶劣，这就要求传感器具有耐腐蚀、防水、抗电磁干扰、低耗能、抗压等性能。④缺乏典型试验，没有统一的技术规范做指导。这样导致每个地方的数据不能够相互借鉴，从而丧失了大数据的意义。⑤缺乏监控预警临界点，容易错失治理的最佳时机。

6 物联网技术在边坡监测中的展望

毫无疑问，物联网技术和大数据思想是当前和今后一个时期监测边坡的重要方向，未来的监测手段会越来越丰富，监测精度也会越来越高，物联网技术的发展也会带动监测仪器的发展。可以预见，物联网技术在边坡监测有如下趋势：①传统技术和物联网技术的融合。以物联网技术为主，传统技术为辅，充分发挥各自的优点，达到全面监测的效果。②智能传感器的蓬勃发展。一些造价低、性能好的传感器将得到研究、开发和运用。③大数据会得到全面的认识。边坡失稳由内因和外因共同作用，传统的判断方法只是从单一的角度分析，而对大数据的分析就可以简化认识边坡失稳，因为所有的因素都体现在数据上，从数据中提取价值便是大数据思想的核心。④科学、系统的边坡监测体系的建立。从系统上考虑边坡问题，而不是从边坡的某个局部因素考虑问题。随着物联网技术的成熟，未来会从区域性的角度考虑边坡问题。⑤物联网规范的制定。统一技术指标，让各种各样的数据实现全面无缝对接，从而使物联网达到安全运营，信息化管理的要求。

参 考 文 献

[1] 罗志强.边坡工程监测技术分析[J].公路，2002，05：45-48.

[2] 王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报，2009，12：1-7.

[3] 杨正洪.智慧城市：大數据、物联网和云计算之应用[M].北京；清华大学出版社，2014.

[4] 陆梦寒.针对地震大数据的分布式文件系统的研究与设计[D].中国科学技术大学，2014.

[5] 赵修雪.基于现代信息技术的开放式地理教学实践研究[D].山东师范大学，2009.

[6] 卢宪雨.基于网络地理信息系统的灾情查询系统[D].吉林大学，2006.

[7] 曹诗咏.基于无线传感器网络的滑坡监测研究[D].西南石油大学，2012.

[8] 何文娜.大数据时代基于物联网和云计算的地质信息化研究[D].吉林大学，2013.