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土木工程中大數(shù)據(jù)技術(shù)的運用與前景分析報告
現(xiàn)如今，互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速，應用廣泛，所發(fā)布、傳遞的數(shù)據(jù)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(jù)。分析這些數(shù)據(jù)后，可以挖掘出數(shù)據(jù)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(jù)就是大數(shù)據(jù)。在土木工程正常運作過程中，存在著各式各樣的大數(shù)據(jù)，涉及廣泛，較為復雜，并且與決策關(guān)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(jù)技術(shù)。
1、簡介大數(shù)據(jù)及大數(shù)據(jù)技術(shù)的概念
大數(shù)據(jù)至今還未有統(tǒng)一的概念，基本是根據(jù)大數(shù)據(jù)自身的特性給出解釋。國際數(shù)據(jù)公司則簡單歸納出大數(shù)據(jù)的四個特性，如下: ( 1) 量大: 通常大數(shù)據(jù)所涉及的數(shù)據(jù)信息較為復雜、廣泛，數(shù)量龐大，是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理辦法望塵莫及的數(shù)據(jù)量; ( 2) 結(jié)構(gòu)多樣: 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化以及非結(jié)構(gòu)化，設(shè)計領(lǐng)域各行各業(yè)、各不相同; ( 3) 效率高、速度快: 在處理大數(shù)據(jù)時必須要確保實時效果; ( 4) 應用價值: 大數(shù)據(jù)的處理、解剖，將會挖掘出數(shù)據(jù)中潛在的應用價值，這也是傳統(tǒng)處理數(shù)據(jù)方法所望塵莫及的。大數(shù)據(jù)技術(shù)，顧名思義，就是處理大數(shù)據(jù)所用的技術(shù)。國際數(shù)據(jù)公司給予大數(shù)據(jù)技術(shù)的概念定義是: 其通過采集、分析數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建出新一代現(xiàn)代化的技術(shù)框架，挖掘大數(shù)據(jù)內(nèi)的價值，進一步實現(xiàn)大數(shù)據(jù)本身效率高、速度快的特性。土木工程涉及的知識領(lǐng)域?qū)挿骸碗s，對應的數(shù)據(jù)量龐大，對于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)無法有效處理的那部分，則應用大數(shù)據(jù)技術(shù)，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(jù)技術(shù)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(guān)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(nèi)部結(jié)構(gòu)都造成了直接影響。專業(yè)人士在數(shù)據(jù)處理軟件應用上深入提出挖掘土木工程相關(guān)數(shù)據(jù)價值的概念，從而明確建筑占用數(shù)據(jù)，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(jù)信息，分析一棟辦公樓其中 16 個辦公室在為期 2 年內(nèi)間隔 10 分鐘所采集的占用數(shù)據(jù)，在此占用數(shù)據(jù)基礎(chǔ)條件下，進行歸納、分類、綜合，獲得有關(guān)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(jù)軟件，針對辦公樓的設(shè)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(shè)計。另外，其他國際專家Lee 等也通過電力設(shè)備耗電的歷史數(shù)據(jù)，得出相應的耗電模型，并根據(jù)此模型推算出未來一段時間內(nèi)所消耗的電力數(shù)據(jù)。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(jù)，其中包括燈光照明設(shè)備、空調(diào)電器設(shè)備、辦公設(shè)備等，所采集的數(shù)據(jù)內(nèi)存有 10GB 之多，信息量巨大。提取、分類、歸納之后，最終得出設(shè)備耗電平均每天的歷史數(shù)據(jù)，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(shè)備的耗電數(shù)據(jù)，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(nèi)，卻發(fā)現(xiàn)空調(diào)等電器仍在運作耗電的話，與數(shù)據(jù)模型出現(xiàn)偏差，就知道應該是工作人員下班前忘關(guān)空調(diào)，或者有時候一旦會議室耗電數(shù)據(jù)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(jù)數(shù)據(jù)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(jié)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(jié)果。較短時間內(nèi)，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(jù)技術(shù)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(jié)果。這個處理環(huán)節(jié)其實就是利用建筑破壞前的數(shù)據(jù)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(jù)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(jié)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(jù)技術(shù)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(jù)技術(shù)在土木工程方面的發(fā)展前景
由大數(shù)據(jù)技術(shù)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(jù)量龐大，互聯(lián)網(wǎng)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(jù)信息，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)加以處理、分析，找到數(shù)據(jù)規(guī)律，從而把握土木工程建設(shè)的設(shè)計方向、發(fā)展趨勢。利用這些數(shù)據(jù)，可以做好工程建設(shè)、施工、維護工作，降低成本，提高經(jīng)濟效益。
眾所周知，土木工程涉及領(lǐng)域廣泛，沒有任何一位專家敢說完全掌握這個領(lǐng)域的數(shù)據(jù)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(jù)技術(shù)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(jù)技術(shù)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(jié)果。從這一點就可以看出，專家學者對大數(shù)據(jù)技術(shù)的研究很有熱情，在土木工程各個領(lǐng)域中，應用大數(shù)據(jù)技術(shù)必然成為日后的發(fā)展趨勢。在此基礎(chǔ)上，專家分析大數(shù)據(jù)技術(shù)在土木工程方面的應用框架，提出簡單的實例證明結(jié)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(jié)論。得到，大數(shù)據(jù)技術(shù)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(nèi)。并且，對比工程建筑的設(shè)計、施工過程，運作、維護所產(chǎn)生的獲取的數(shù)據(jù)量更大、更繁瑣，所要做出的決策也更為關(guān)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(jù)技術(shù)的必要及優(yōu)勢。對于土木工程來說，未來大數(shù)據(jù)技術(shù)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(shè)計環(huán)節(jié)，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應用潛力也是不可估量。
4、結(jié)束語
綜上所述，目前針對土木工程，大數(shù)據(jù)技術(shù)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(jié)果。簡單來說，對于土木工程，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應用早已不可或缺，并且隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)量的增大，大數(shù)據(jù)技術(shù)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(jù)及其技術(shù)進行分析，重視相關(guān)課題研究。
參考文獻
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