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土木工程中大數(shù)據技術的運用與前景分析報告
現(xiàn)如今,互聯(lián)網發(fā)展迅速,應用廣泛,所發(fā)布、傳遞的數(shù)據信息量龐大。并且現(xiàn)代化企業(yè)都實施信息管理模式,因此,管理系統(tǒng)中存在大量有待處理或已處理的數(shù)據。分析這些數(shù)據后,可以挖掘出數(shù)據最大的信息價值。其中,無法用傳統(tǒng)信息處理方法分析、解決的數(shù)據就是大數(shù)據。在土木工程正常運作過程中,存在著各式各樣的大數(shù)據,涉及廣泛,較為復雜,并且與決策關聯(lián)。一旦決策失誤,將損失嚴重。因此,針對土木工程業(yè),需要積極研究、應用大數(shù)據技術。
1、簡介大數(shù)據及大數(shù)據技術的概念
大數(shù)據至今還未有統(tǒng)一的概念,基本是根據大數(shù)據自身的特性給出解釋。國際數(shù)據公司則簡單歸納出大數(shù)據的四個特性,如下: ( 1) 量大: 通常大數(shù)據所涉及的數(shù)據信息較為復雜、廣泛,數(shù)量龐大,是傳統(tǒng)數(shù)據處理辦法望塵莫及的數(shù)據量; ( 2) 結構多樣: 數(shù)據結構分為結構化、半結構化以及非結構化,設計領域各行各業(yè)、各不相同; ( 3) 效率高、速度快: 在處理大數(shù)據時必須要確保實時效果; ( 4) 應用價值: 大數(shù)據的處理、解剖,將會挖掘出數(shù)據中潛在的應用價值,這也是傳統(tǒng)處理數(shù)據方法所望塵莫及的。大數(shù)據技術,顧名思義,就是處理大數(shù)據所用的技術。國際數(shù)據公司給予大數(shù)據技術的概念定義是: 其通過采集、分析數(shù)據信息,構建出新一代現(xiàn)代化的技術框架,挖掘大數(shù)據內的價值,進一步實現(xiàn)大數(shù)據本身效率高、速度快的特性。土木工程涉及的知識領域寬泛、復雜,對應的數(shù)據量龐大,對于傳統(tǒng)數(shù)據無法有效處理的那部分,則應用大數(shù)據技術,進行高效、快速地解剖、分析,盡可能多地挖掘其潛在價值。
2、針對土木工程,分析大數(shù)據技術在其中的兩方面應用
2. 1、輔助分析建筑能耗問題
建筑能耗其中最關鍵的因素就是建筑占用所造成的,它對的一個重要因素是建筑占用,它對建筑光照、熱交換等內部結構都造成了直接影響。專業(yè)人士在數(shù)據處理軟件應用上深入提出挖掘土木工程相關數(shù)據價值的概念,從而明確建筑占用數(shù)據,輔助分析建筑能耗問題。首先利用傳感器獲取一系列數(shù)據信息,分析一棟辦公樓其中 16 個辦公室在為期 2 年內間隔 10 分鐘所采集的占用數(shù)據,在此占用數(shù)據基礎條件下,進行歸納、分類、綜合,獲得有關聯(lián)的建筑占用時間表,分成 4 種工作模型。在分析工程建筑能耗時,可以將 4 種工作模型輸入數(shù)據軟件,針對辦公樓的設計、各辦公室的能源消耗等做出分析、研究,再提出有效的節(jié)能方案,選擇最科學、合理的工程設計。另外,其他國際專家Lee 等也通過電力設備耗電的歷史數(shù)據,得出相應的耗電模型,并根據此模型推算出未來一段時間內所消耗的電力數(shù)據。這項研究主體主要是擁有 240 間辦公室、會議廳、機房的工程寫字樓,同樣利用傳感器從4 月份到 9 月份間隔一分鐘就采集一次耗電數(shù)據,其中包括燈光照明設備、空調電器設備、辦公設備等,所采集的數(shù)據內存有 10GB 之多,信息量巨大。提取、分類、歸納之后,最終得出設備耗電平均每天的歷史數(shù)據,如下表 1。
表1
這樣,就可以獲得 240 間房各個房的耗電情況、規(guī)律可以直接對未來一段時期的耗電量進行準確預測、估量。若后期發(fā)現(xiàn)跟預測、估量的耗電量有較大差異,可有針對性的再分別采集各種耗電設備的耗電數(shù)據,對比、分析,找出問題所在,并有效解決,盡可能降低耗電量,節(jié)約工程成本。舉例說明,當不在工作時間內,卻發(fā)現(xiàn)空調等電器仍在運作耗電的話,與數(shù)據模型出現(xiàn)偏差,就知道應該是工作人員下班前忘關空調,或者有時候一旦會議室耗電數(shù)據增大,就能知道會議室現(xiàn)在處于開會過程中,人進出較為頻繁,因此,能源消耗會變大。根據數(shù)據模型的變化,可以有效地發(fā)現(xiàn)建筑能耗問題,解決問題。
2. 2、檢測建筑破壞結果
通常,我們在震后地區(qū)會發(fā)現(xiàn)無人機的“小身影”,這是專家再利用無人機圖像檢測建筑破壞的結果。較短時間內,無人機就可以獲得成千上萬張圖像,圖像處理的高效、快速對于建筑破壞后的救援、評估工作影響較大。就有專家提出可以利用大數(shù)據技術處理無人機拍攝的圖片,盡可能快得獲得檢測建筑破壞的結果。這個處理環(huán)節(jié)其實就是利用建筑破壞前的數(shù)據信息,通過坐標、海拔、區(qū)域范圍來模擬出震前建筑模型,利用無人機震后拍攝的圖像,提取連測點、校正相機清晰度,進行密集匹配還原工作,從而模擬出震后建筑模型。再對震前建筑模型跟震后建筑模型的數(shù)據進行比較,找出差異點,這樣的話,就能得到三維的建筑破壞結果,在一定程度上有助于災后重建工作的高效進行。
另一方面,大數(shù)據技術檢測建筑破壞的速度整整比傳統(tǒng)的計算機處理分析快了十倍不止,發(fā)揮其效率高、速度快的特性。
3、研究大數(shù)據技術在土木工程方面的發(fā)展前景
由大數(shù)據技術在土木工程中的兩大應用可知,目前僅僅是起步階段,還有很多潛力應用有待挖掘。因為土木工程本身涉及范圍廣泛,數(shù)據量龐大,互聯(lián)網時代更新快、變化多,土木工程可以放置更多傳感器在研究對象上,其研究對象包括一磚一瓦、一草一木,盡可能多地采集各類復雜數(shù)據信息,利用大數(shù)據技術加以處理、分析,找到數(shù)據規(guī)律,從而把握土木工程建設的設計方向、發(fā)展趨勢。利用這些數(shù)據,可以做好工程建設、施工、維護工作,降低成本,提高經濟效益。
眾所周知,土木工程涉及領域廣泛,沒有任何一位專家敢說完全掌握這個領域的數(shù)據信息。都是參考各類文獻資料,才對其有所了解,尤其是那類大數(shù)據技術應用的文獻資料,從而知道針對土木工程這一行業(yè),大數(shù)據技術應用于的可行性、著力點,再接著通過實驗去研究、驗證,得到結果。從這一點就可以看出,專家學者對大數(shù)據技術的研究很有熱情,在土木工程各個領域中,應用大數(shù)據技術必然成為日后的發(fā)展趨勢。在此基礎上,專家分析大數(shù)據技術在土木工程方面的應用框架,提出簡單的實例證明結論,利用文獻對應用方面進行論證、歸納,得出相應規(guī)律性結論。得到,大數(shù)據技術的應用范圍,包括建筑、橋梁、道路、隧道等各運作、維護階段的工程。就連建筑的裝修都包括在內。并且,對比工程建筑的設計、施工過程,運作、維護所產生的獲取的數(shù)據量更大、更繁瑣,所要做出的決策也更為關鍵,可謂是“牽一發(fā)而動全身”。這個階段更加有應用大數(shù)據技術的必要及優(yōu)勢。對于土木工程來說,未來大數(shù)據技術將重點應用于工程的運維期間,可謂發(fā)展前景遠大,當然在其它方面,譬如施工、設計環(huán)節(jié),大數(shù)據技術的應用潛力也是不可估量。
4、結束語
綜上所述,目前針對土木工程,大數(shù)據技術所涉及的應用在兩個方面: 輔助分析建筑能耗問題; 檢測建筑破壞結果。簡單來說,對于土木工程,大數(shù)據技術的應用早已不可或缺,并且隨著信息技術的發(fā)展,數(shù)據量的增大,大數(shù)據技術的發(fā)展前景良好。為了確保土木工程的高效、快速施工、作業(yè),需要積極對大數(shù)據及其技術進行分析,重視相關課題研究。
參考文獻
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