本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)字孿生技術(shù)，應(yīng)用于基坑監(jiān)測(cè)。

背景技術(shù)：

1、數(shù)字孿生技術(shù)通過在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中創(chuàng)建物理實(shí)體的精確虛擬副本，實(shí)現(xiàn)了對(duì)物理實(shí)體狀態(tài)的實(shí)時(shí)更新和監(jiān)控。在工程領(lǐng)域，基坑因其深度和面積較大，加之周邊地形的復(fù)雜性，使得人工監(jiān)測(cè)難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性，且在特殊情況下反應(yīng)遲緩。通過應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，我們可以將基坑轉(zhuǎn)化為一個(gè)虛擬模型，并整合傳感器先進(jìn)設(shè)備，以生成實(shí)時(shí)狀態(tài)圖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基坑的持續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。這種方法不僅減少了人工成本，還顯著提高了監(jiān)測(cè)的效率。盡管如此，目前基于數(shù)字孿生的基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)在異常狀態(tài)的識(shí)別上仍存在準(zhǔn)確率不高的問題，智能化水平有待提升。此外，現(xiàn)有技術(shù)尚未能充分利用多源數(shù)據(jù)，限制了其監(jiān)測(cè)能力。為了進(jìn)一步提高監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和智能化水平，未來的研究和開發(fā)需要聚焦于提高異常狀態(tài)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確率，并探索如何更有效地整合和分析來自不同來源的數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)更全面、更智能的基坑監(jiān)測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有檢測(cè)方法的不足之處，本發(fā)明提出了一種基坑數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：基坑數(shù)據(jù)采集模塊、基坑數(shù)字模型仿真模塊、基坑多源數(shù)據(jù)處理分析模塊、基坑異常狀態(tài)智能預(yù)測(cè)模塊、基坑監(jiān)測(cè)預(yù)警決策模塊，基坑數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與備份模塊。

2、所述基坑數(shù)據(jù)采集模塊用于從基坑及其周邊環(huán)境的傳感器中實(shí)時(shí)收集位移、應(yīng)力、沉降、裂縫等物理參數(shù)數(shù)據(jù)，并通過通信接口將數(shù)據(jù)傳輸至處理中心。

3、所述基坑數(shù)字模型仿真模塊用于構(gòu)建基坑的三維數(shù)字模型，并將其與實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)同步，以在虛擬環(huán)境中模擬基坑的實(shí)際狀態(tài)和變化。

4、所述基坑多源數(shù)據(jù)處理分析模塊用于整合和融合來自不同傳感器和數(shù)據(jù)源的信息，提取關(guān)鍵特征，并分析基坑狀態(tài)的變化趨勢(shì)，為后續(xù)的異常狀態(tài)預(yù)測(cè)提供數(shù)據(jù)支持。

5、所述基坑異常狀態(tài)智能預(yù)測(cè)模塊用于利用深度學(xué)習(xí)算法對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，建立預(yù)測(cè)模型，識(shí)別異常模式，并評(píng)估異常狀態(tài)可能導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)，為預(yù)警決策提供科學(xué)依據(jù)。

6、所述基坑監(jiān)測(cè)預(yù)警決策模塊負(fù)責(zé)根據(jù)智能預(yù)測(cè)模塊的結(jié)果，確定是否需要觸發(fā)預(yù)警，并通過各種通訊渠道向相關(guān)人員發(fā)布預(yù)警信息，同時(shí)提供應(yīng)急響應(yīng)方案，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)人員采取相應(yīng)措施。

7、所述基坑數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與備份模塊負(fù)責(zé)將所有采集的數(shù)據(jù)、分析結(jié)果和預(yù)警記錄存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，并定期進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，確保信息的安全性、完整性和可追溯性。

8、本發(fā)明還涉及一種基坑數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)方法，所述方法由上述基坑數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施，包括下列步驟：

9、步驟s1、基坑數(shù)據(jù)采集：運(yùn)用多樣化的設(shè)備來獲取基坑的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，具體設(shè)備包括各類傳感器和高清攝像頭。所述傳感器種類涵蓋位移傳感器、應(yīng)力傳感器、壓力傳感器、傾斜傳感器、水位傳感器以及溫度傳感器，傳感器被策略性地部署于基坑的各個(gè)關(guān)鍵位置，主要職責(zé)是為數(shù)字孿生創(chuàng)建精確的三維模型，并持續(xù)監(jiān)測(cè)基坑的狀態(tài)變化。所述高清攝像頭被安裝在基坑的關(guān)鍵區(qū)域，用于捕捉墻體裂縫發(fā)展和結(jié)構(gòu)形變等視覺證據(jù)，以增強(qiáng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的全面性和準(zhǔn)確性。

10、步驟s2、基坑數(shù)字孿生模型仿真建模：利用bim（building?informationmodeling）技術(shù)和gis（geographic?information?system）數(shù)據(jù)，根據(jù)基坑的地理信息和工程圖紙，以及傳感器采集到的基本信息，建立基坑的三維數(shù)字孿生模型。采集到的傳感器數(shù)據(jù)與基坑數(shù)字孿生模型關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)基坑指標(biāo)的動(dòng)態(tài)更新，以反映基坑的實(shí)際狀態(tài)。

11、步驟s3、基坑數(shù)據(jù)處理：對(duì)步驟s1中收集的傳感器數(shù)據(jù)和攝像頭圖像進(jìn)行一系列標(biāo)準(zhǔn)化處理，旨在提升數(shù)據(jù)的可用性和一致性。處理流程包括數(shù)據(jù)歸一化、數(shù)據(jù)映射以及填充。

12、步驟s4、基坑多源歷史特征提?。簩?shí)施連續(xù)的數(shù)據(jù)采集策略，整合并記錄來自傳感器、攝像頭以及三維模型的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)在時(shí)間維度上的連續(xù)性和完整性，用于監(jiān)測(cè)基坑狀態(tài)變化趨勢(shì)。

13、步驟s5、基坑狀態(tài)變化趨勢(shì)建模：涉及深度學(xué)習(xí)算法結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和多源數(shù)據(jù)，對(duì)基坑狀態(tài)趨勢(shì)進(jìn)行建模，預(yù)測(cè)基坑未來狀態(tài)，用于異常狀態(tài)評(píng)估。

14、步驟s6、基坑異常狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：使用分類算法對(duì)基坑未來預(yù)測(cè)狀態(tài)進(jìn)行分類評(píng)估，一旦預(yù)測(cè)結(jié)果表明基坑的未來狀態(tài)有可能超出安全閾值，系統(tǒng)將自動(dòng)觸發(fā)預(yù)警機(jī)制，評(píng)估結(jié)果將被用于更新風(fēng)險(xiǎn)管理策略，以便采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，從而減少潛在的工程風(fēng)險(xiǎn)。

15、步驟s7、基坑監(jiān)測(cè)預(yù)警：當(dāng)基坑異常狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估步驟檢測(cè)到異常情況，即基坑的狀態(tài)或預(yù)測(cè)狀態(tài)超出了預(yù)設(shè)的安全閾值時(shí)，基坑監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)將立即啟動(dòng)。預(yù)警信息將通過多種渠道及時(shí)傳達(dá)給項(xiàng)目管理人員和現(xiàn)場(chǎng)工程師，包括但不限于移動(dòng)應(yīng)用（app）推送通知、短信、郵件和電話。確保在基坑出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)，相關(guān)人員能夠迅速采取措施，如暫停施工、疏散人員或進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，以防止?jié)撛诘陌踩鹿屎凸こ虛p失。

16、本發(fā)明還公開一種非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)包括存儲(chǔ)的程序，其中，所述程序運(yùn)行時(shí)控制非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)所在的設(shè)備執(zhí)行上述的方法。

17、本發(fā)明還公開一種電子裝置，其特征在于，包含處理器和存儲(chǔ)器；所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可讀指令，所述處理器用于運(yùn)行所述計(jì)算機(jī)可讀指令，其中，所述計(jì)算機(jī)可讀指令運(yùn)行時(shí)執(zhí)行上述的方法。

18、有益效果

19、本發(fā)明公開了一種基坑數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)方法、系統(tǒng)及其應(yīng)用。所述系統(tǒng)包括：基坑數(shù)據(jù)采集模塊、基坑數(shù)字模型仿真模塊、基坑多源數(shù)據(jù)處理分析模塊、基坑異常狀態(tài)智能預(yù)測(cè)模塊、基坑監(jiān)測(cè)預(yù)警決策模塊，基坑數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與備份模塊。

20、本發(fā)明還公開了一種基坑數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)方法，結(jié)合多源歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)建模，進(jìn)一步提高基坑異常狀態(tài)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和智能化水平。

技術(shù)特征：

1.一種基坑數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)包括：基坑數(shù)據(jù)采集模塊、基坑數(shù)字模型仿真模塊、基坑多源數(shù)據(jù)處理分析模塊、基坑異常狀態(tài)智能預(yù)測(cè)模塊、基坑監(jiān)測(cè)預(yù)警決策模塊，基坑數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與備份模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基坑數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述基坑數(shù)據(jù)采集模塊包括傳感器集成子模塊、數(shù)據(jù)采集器子模塊和通信接口子模塊；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基坑數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述基坑數(shù)字模型仿真模塊包括虛擬模型構(gòu)建子模塊和模型同步子模塊；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基坑數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述基坑多源數(shù)據(jù)處理分析模塊包括數(shù)據(jù)融合子模塊、特征提取子模塊和趨勢(shì)分析子模塊；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基坑數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述基坑監(jiān)測(cè)預(yù)警決策模塊包括預(yù)警觸發(fā)子模塊、信息發(fā)布子模塊和應(yīng)急響應(yīng)子模塊；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基坑數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述基坑數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與備份模塊包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子模塊和數(shù)據(jù)備份子模塊；

7.一種基坑數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)方法，所述方法由權(quán)利要求?1-6?任一項(xiàng)所述的基坑數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施，其特征在于，包括下列步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基坑數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟?s3具體包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基坑數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟?s5具體包括：

10.一種電子裝置，其特征在于，包含處理器和存儲(chǔ)器；所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可讀指令，所述處理器用于運(yùn)行所述計(jì)算機(jī)可讀指令，其中，所述計(jì)算機(jī)可讀指令運(yùn)行時(shí)執(zhí)行權(quán)利要求7所述的基坑數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基坑數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)方法、系統(tǒng)及其應(yīng)用，所述系統(tǒng)包括：基坑數(shù)據(jù)采集模塊、基坑數(shù)字模型仿真模塊、基坑多源數(shù)據(jù)處理分析模塊、基坑異常狀態(tài)智能預(yù)測(cè)模塊、基坑監(jiān)測(cè)預(yù)警決策模塊，基坑數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與備份模塊。本發(fā)明還公開了一種基坑數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)方法，結(jié)合多源歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)建模，進(jìn)一步提高基坑異常狀態(tài)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和智能化水平。

技術(shù)研發(fā)人員：王一然,王鶴,蔣夢(mèng),康秋靜,張淮,高玉亮,高飛,曹鈺,丁海有,高山
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京大成國(guó)測(cè)科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9