摘要：互聯(lián)網(wǎng)時代為爆破振動遠(yuǎn)程實時監(jiān)測提供了有力支持，最新開發(fā)的TC-4850N無線網(wǎng)絡(luò)測振系統(tǒng)實現(xiàn)了遠(yuǎn)程遙控和數(shù)據(jù)實時傳輸，不僅改善了振動監(jiān)測工作條件，還使振動監(jiān)測更加高效、客觀、公正。實例驗證了TC-4850N無線網(wǎng)絡(luò)測振系統(tǒng)非常有效，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：爆破振動，遠(yuǎn)程監(jiān)測，3G網(wǎng)絡(luò)，實時傳輸

BLASTING VIBRATION REMOTE MONITORING SYSTEM ANDAPPLICATION

Yang nian-hua¹,Xue li¹, Lin Shi-xiong²

(1.China Academyof Railway Sciences, Beijing 100081, China;

2.Chengdu ZhongkeMonitoring and control Co., Ltd., Chengdu,610041, China)

ABSTRACT: The age of the Internet providesstrong support for blasting vibration remote real-time monitoring, the newestdevelopment of TC-4850N wireless network measurement system realizes the remotecontrol and real-time data transmission, not only to improve the workingconditions of vibration monitoring, but also make the vibration monitoring ismore efficient, objective and justice. Example validates TC-4850N wirelessnetwork vibration monitoring system is very effective, and has goodpopularization and application prospect.

KEYWORDS: Blasting vibration；remote monitoring；3Gnetwork；Realtime transmission

1.遠(yuǎn)程爆破振動監(jiān)測系統(tǒng)原理

隨著現(xiàn)代無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，人在舒適、安全的辦公室，儀器在數(shù)千公里外的礦山甚至井下、隧道深處……無人值守的惡劣現(xiàn)場，通過TC-4850N無線網(wǎng)絡(luò)測振系統(tǒng)就能把遙遠(yuǎn)的測振現(xiàn)場拉進(jìn)辦公室，無論您在何地出差，只要能接入互聯(lián)網(wǎng)，您就能在授權(quán)范圍內(nèi)查詢振動測試數(shù)據(jù)或操控測振儀器，真正實現(xiàn)超遠(yuǎn)程遙測、遙控和高速網(wǎng)絡(luò)測振。

本系統(tǒng)由TC-4850N無線網(wǎng)絡(luò)測振儀、高精度三向振動速度傳感器、專用數(shù)據(jù)服務(wù)器組成，搭載手機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)。系統(tǒng)原理如圖1所示：

圖1 爆破振動遠(yuǎn)程監(jiān)測原理圖

Fig.1 The principle diagram of blasting vibrationremote monitoring

與普通爆破測振儀不同的是系統(tǒng)還內(nèi)設(shè)3G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可在任何有手機(jī)信號（3G或GPRS）的地方實現(xiàn)無線上網(wǎng)（Inter網(wǎng)）可以瞬間將系統(tǒng)采到的爆破振動數(shù)據(jù)與波形（甚至現(xiàn)場視頻畫面）傳到互聯(lián)網(wǎng)上專用的大型服務(wù)器內(nèi)，用戶可在全球任何地方經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)登錄到服務(wù)器并立即看到數(shù)據(jù)、波形及現(xiàn)場圖像。

本儀器還內(nèi)置Wi-Fi模塊可在現(xiàn)場無手機(jī)信號情況下（如：井下、隧道深處）先經(jīng)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳至有手機(jī)信號的地方再經(jīng)3G終端上傳互聯(lián)網(wǎng)到專用服務(wù)器，亦可通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳至能連接因特網(wǎng)的地方再上傳到專用服務(wù)器。數(shù)據(jù)通過專用VPN通道傳輸，并且在傳輸過程中有加密處理，保證了數(shù)據(jù)的安全性。

也就是說TC4850N測振儀除具有普通TC4850爆破測振儀的數(shù)據(jù)采集與存儲功能外還具有無線信號發(fā)射與接收功能，即3G通訊和Wi-Fi功能，其中3G網(wǎng)絡(luò)傳輸速度可達(dá)上行450k、下行280k（WCDMA網(wǎng)絡(luò)）而Wi-Fi網(wǎng)速可達(dá)數(shù)兆/秒，系統(tǒng)傳輸速率極高，整個過程幾乎是瞬間完成，經(jīng)密碼授權(quán)后，監(jiān)測人員無論身處何地，爆破后一兩秒鐘的延時能實時看到爆破振動數(shù)據(jù)和爆破現(xiàn)場畫面。盡管3G網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)需要一定流量費(fèi)用，但通過集團(tuán)采購預(yù)訂流量費(fèi)用很低，對于測振要求完全可以輕松承受。

用戶在查看現(xiàn)場數(shù)據(jù)和畫面的同時，也可以通過上網(wǎng)計算機(jī)軟件遠(yuǎn)程控制儀器，如：調(diào)整采集參數(shù)、控制儀器開始/停止采集、查看采集波形圖、刪除文件、遠(yuǎn)程開關(guān)機(jī)等。

2 遠(yuǎn)程爆破振動監(jiān)測系統(tǒng)功能介紹

圖2為儀器計算機(jī)遠(yuǎn)程控制軟件操作界面，通過輸入用戶名和密碼，可在授權(quán)范圍內(nèi)執(zhí)行不同操作，一般用戶可查看相關(guān)儀器的運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)整儀器的測振采集參數(shù)、查看振動波形圖、對波形分析處理、其他文件管理、打印波形等功能。不同用戶也可同時查看振動波形，例如：監(jiān)測單位、施工單位、監(jiān)理單位甚至業(yè)主或公安局得到不同授權(quán)密碼后，都可在第一時間查看監(jiān)測儀器參數(shù)和振動波形，振動監(jiān)測做到實時跟蹤，提高了振動監(jiān)測的客觀性、公正性和權(quán)威性。

圖2 測試系統(tǒng)計算機(jī)操作界面

Fig.2 The computer interface of test system

3現(xiàn)場爆破振動監(jiān)測的應(yīng)用實例

本系統(tǒng)于2011年7月調(diào)試成功，已經(jīng)在多個爆破工程中得到了成功的應(yīng)用，取得了良好的效果，現(xiàn)以其中兩例來進(jìn)行介紹。

3.1 京豐電廠拆除爆破振動遠(yuǎn)程遙測

京豐電廠一座150m高煙囪于2011年10月24日進(jìn)行了拆除爆破，北京鐵科檢測中心受業(yè)主委托開展爆破振動監(jiān)測。根據(jù)當(dāng)天爆破振動的特點(diǎn)和對振動控制的要求，有側(cè)重性的在爆區(qū)周邊重要設(shè)施和建（構(gòu)）筑物旁邊分別布設(shè)了6個測點(diǎn)，測點(diǎn)位置見圖3，每個測點(diǎn)安放1臺TC4850N測振儀。檢測參數(shù)主要是XYZ三個方向的爆破振動速度、主振頻率等，以便合理評價爆破安全。所用傳感器用快干石膏粉牢固粘結(jié)在地表，各測點(diǎn)傳感器X方向指向爆區(qū)中心。爆破前2小時，將所有測點(diǎn)布設(shè)完畢并開機(jī)，進(jìn)入開機(jī)等待檢測狀態(tài)，此時將計算機(jī)聯(lián)入英特網(wǎng)，通過密碼認(rèn)證后可以查看到各臺儀器的工作狀態(tài)，并可進(jìn)行采集參數(shù)設(shè)置和調(diào)整，振動波輸入后儀器會自動記錄和傳輸?shù)竭h(yuǎn)端服務(wù)器上。當(dāng)天由于檢測中心領(lǐng)導(dǎo)需要去成都出差，無法全程在爆破現(xiàn)場值守，但是爆破時刻出差人員正好在機(jī)場候機(jī)，利用機(jī)場無線上網(wǎng)條件第一時間就查看到爆破振動數(shù)據(jù)和波形，并根據(jù)振動波形分析即刻電話通知現(xiàn)場，2號測點(diǎn)振動最大，5號測點(diǎn)處有飛石落地影響。

圖3  煙囪拆除爆破測點(diǎn)布置示意圖

Fig.3 The monitoring points arrangement of demolition blasting of a chimney

2號測點(diǎn)X向振動                                  2號測點(diǎn)Y向振動

2號測點(diǎn)Z向振動                                   2號測振點(diǎn)現(xiàn)場圖

圖4  煙囪拆除爆破2號測點(diǎn)振動波形圖

Fig.4 The vibration waveform of 2# measurement points ofdemolition blasting of chimney

通過波形圖可以看出測試效果非常理想，檢測結(jié)果見表1。三向振動波形完整，可以通過檢測結(jié)果實時分析所需的結(jié)果，如爆破振動大小、觸地時間、觸地振動大小、傾倒總時間、振動頻率等相關(guān)參數(shù)，為爆破安全評價和積累工程經(jīng)驗資料提供了很好的依據(jù)。更為重要的是如果一旦發(fā)生振動超標(biāo)，檢測、監(jiān)理和公安管理部門可立即采取補(bǔ)救措施，避免民擾和擾民事件的擴(kuò)大。

表1 各檢測點(diǎn)的爆破振動測試結(jié)果

Table 1 Test data of blasting vibration

3.2 懷柔水泥廠石灰石礦電子雷管爆破的振動遙測

近期國內(nèi)一些省市在大力推廣電子雷管的使用，北京市的電子雷管推廣工作也進(jìn)入實質(zhì)階段。目前北京電子雷管推廣需要結(jié)合現(xiàn)場爆破試驗驗證其可靠性及減震效果，通過電子雷管逐孔延時爆破試驗，分析振動特性的基礎(chǔ)上尋找合適的逐孔延期時差。為此我們受爆破單位委托對爆破振動進(jìn)行了檢測分析。2011年11月25日，懷柔興發(fā)水泥廠礦山進(jìn)行電子雷管爆破試驗，爆破共2排20個孔，孔內(nèi)間隔裝藥，同一炮孔上下藥包延時5ms，相鄰炮孔間延時17ms，前后排間延時128ms，每孔裝藥量約150kg，總藥量3t。我們在爆區(qū)左后方布設(shè)了一條測線，距離從65m到246m間共設(shè)5個測點(diǎn)，測點(diǎn)布設(shè)位置如圖5所示，通過分析距爆區(qū)不同距離測點(diǎn)的波形參數(shù)，得到電子雷管爆破振動的傳播特性和衰減規(guī)律。由于該套系統(tǒng)是最新開發(fā)的無線實時傳輸設(shè)備，為了驗證其可靠性，爆破當(dāng)時在北京檢測的技術(shù)人員通知了深圳有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，深圳的相關(guān)管理部門得到了授權(quán)密碼，進(jìn)行了跟蹤查看。上午11:30準(zhǔn)時爆破，北京、深圳兩地同時在第一時間得到了檢測結(jié)果，檢測結(jié)果見表2。

電子雷管裝藥爆破試驗現(xiàn)場                  3G網(wǎng)絡(luò)爆破振動測試現(xiàn)場（3#測點(diǎn)）

圖5 爆破區(qū)和測點(diǎn)布設(shè)位置示意圖

Fig.5 The Blasting area and monitoring pointsarrangement

表2各檢測點(diǎn)的爆破振動測試結(jié)果

Table 2 Test data of blasting vibration

圖6為1#測點(diǎn)的檢測波形，從波形來看振動持續(xù)時間與電子雷管設(shè)置的延期相吻合，檢測波形較好地反映了近距離地表振動情況，測試數(shù)據(jù)傳輸非常快速，波形完整符合實際情況，為后期的分析提供了便利。

1號測點(diǎn)X向振動                         1號測點(diǎn)Y向振動

1號測點(diǎn)Z向振動波

圖6 電子雷管爆破振動波形圖

Fig.6 The vibration waveform of electronic detonator blasting

4遠(yuǎn)程爆破振動監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展前景及設(shè)想

TC4850 N測振儀未來將引入GIS系統(tǒng)，將儀器以圖標(biāo)的方式自動分布在電子地圖或者客戶自定義的平面圖上，每個圖標(biāo)可以顯示儀器當(dāng)前狀態(tài)（包括采集狀態(tài)，信號狀態(tài)，報警狀態(tài)等等），如果儀器有異常，圖標(biāo)會閃爍，這樣可以一目了然地了解所有儀器的狀態(tài)，用鼠標(biāo)點(diǎn)圖標(biāo)，便可以直接切換到該儀器的操作界面。

隨著3G智能手機(jī)應(yīng)用的普及，下一步會將iPhone、iPad、Android系統(tǒng)智能手機(jī)全部納入操作平臺進(jìn)行統(tǒng)一管理，利用移動設(shè)備的支持系統(tǒng)開發(fā)更新操作軟件，通過手機(jī)上網(wǎng)可以隨時查看測振儀器的工作狀態(tài)和檢測結(jié)果，這樣可以使現(xiàn)場測振更為方便，檢測數(shù)據(jù)也能發(fā)揮更大效用。

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[2] 熊代余，顧毅成.主編巖石爆破理論與技術(shù)新進(jìn)展.冶金工業(yè)出版社,北京,2002

[3] 戈鶴川,楊年華.“爆破振動測試技術(shù)與安全評價問題探討”第六屆全國鐵路爆破學(xué)術(shù)會議文集鐵道出版社，2000年8月