曲广建  朱振海  黄新法  江  滨  梅  比  张怀民  涂鹏程
                                                     (广州中爆安全网科技有限公司，广东广州，510515)
摘要：文章系统地介绍了工程爆破远程测振系统的组成、主要功能、使用条件和使用方法。利用该系统，爆破测振单位可以方便地对爆破振动进行测量和记录以及长期保存数据，其他研究人员可以对测振数据进行挖掘、总结、提炼，促进爆破理论研究的发展。与系统配套的网路测振仪实现了一台主机(控制器)控制多台子机(传感器)的功能，创造了一款全新的数字化网路测振仪。
关键词：工程爆破；远程测振；振动台；标定(校准)；大数据
1  引言
2009年初，中国工程爆破协会在制订工程爆破行业“十二五”发展规划中提出了数字爆破发展思路，这给爆破测振研究工作提出了数字测振的新要求。
工程爆破远程测振系统的建设严格遵循中国工程爆破行业“十二五”科技发展规划的总体思路，把先进的云计算技术应用于爆破振动监测，远程校准和大数据技术的实际应用可为爆破企业提供优质服务，解决爆破测振行业信息化、精细化、网路化、可视化、数字化等难题。该系统对于促进工程爆破测振技术的发展、解决工程爆破行业的数字信息及其他电子文档的存储、检索、比对、查询、等数字信息处理义务，实现海量存储及数据深度挖掘，促进工程爆破理论研究等具有重要意义。
2爆破测振研究存在的主要问题
2．1测振仪器标定(校准)监督机制不健全
至今，爆破行业尚没有建立起适用于爆破振动测试工作的行业标准，导致不同的单位选用的传感器、记录仪不同，现场安装传感器的方法不同，各位专家对采集信号处理的方法不同，提供的测振报告格式、可供其他专家评判和参考的数据不同等。特别是在大多数情况下，不能全面提供所使用的测振仪器标定(校准)时间、标定(校准)结果，不提供爆区岩土力学性质及传感器安装方式、条件等。
没有建立行业级的爆破标准振动台及“标定中心”，无法对各单位测振仪器和测振系统进行标定(校准)和监督，难以保证测振数据结果精确、可靠。
2．2传感器、记录仪的标定(校准)数据没有备案管理和数据共享
由于各研究、工程单位的测振数据是分散保存的，且没有统一的格式(标准)，加上测振仪器、系统的标定(校准)没有进行备案管理，工程爆破行业没有建立海量数据存储系统集中保管测振数据，爆破测量工作结束后，各测振单位保存自己获得的数据。当研究人员想借用参考某单位的测试结果时，他们往往会以数据保密为理由，不愿意向其他单位研究人员提供数据，这直接导致各单位测振数据不能有效地共享。
目前，已经发表的绝大部分与爆破测振有关的文章中，作者一般只给出测振记录的典型波形和主振频率、振幅、持续时间，而不给出传感器标定(校准)的信息，比如，什么时候标定或校准的，在什么振动台上标定的，用什么校准仪校准的，标定或校准的结果是多少，传感器特性有没有变化等，这就无法让同行在类似的条件下进行爆破测振时参考和研究。大量的测试数据不能用来归纳、提炼，建立适合我国情况的爆破振动计算公式，造成大量科技资源浪费。
2．3  影响爆破理论和爆破新技术研究的发展
众所周知，爆炸应力波一般在土岩、工程结构中传播，土岩也好、工程结构也好，其“本构关系”十分复杂，单靠理论推导、计算机辅助计算是难以推动爆破理论发展的，必须借助于大量实验(试验)、测量(测试)结果的归纳和提炼，寻找或者确定爆炸应力波在不同介质、不同条件下传播的规律。
由于爆破地震波传播介质及爆区环境的复杂性，加之爆破地震波本身传播的随机性和非平稳性等特征，使得经验估算结果与现场实际爆破振动响应存在较大的误差，经常出现一个工程爆破项目中如果有两家单位同时对爆破振动进行监测，其测量记录、数据处理的结果会有较大的差异。这些问题一直困扰着工程爆破测振工作者，也严重制约了我国工程爆破行业的发展。
3工程爆破远程测振系统介绍
3．1研究方法
工程爆破远程测振系统是将工程爆破安全技术与信息技术、云计算技术、大数据管理技术相融合而研发的，是在规范和研究现有爆破测振仪器设备及其现场安装方法、标定和校准方法、数据采集-传输-处理方法的基础上建设的。利用智能感知技术、身份识别技术，实现爆破振动信号的实时记录和远程传输(传入测振中心数据库)，使得记录到的爆破振动波数据不受当地(包含过程中)人为因素的干扰，提高了测试数据的客观性和实时性，方便除测振单位以外的任何学者共享、研究和参考。将工程爆破行业的仪器信息、标定信息、校准信息、测振信息进行统一备案、存储、关联、溯源，全面提升了数据信息的可利用性、可研究性，丰富了工程爆破理论研究的数据基础。利用远程校准技术实现了测振仪灵敏度的远程校准，校准波形与标定波形的远对比分析，确保重大爆破项目的振动测试数据准确性、可靠性。利用移动互联网网路推送技术可向公安监管部门、工程监理单位、工程建设单位等相关单位、个人发送爆破振动量值超出安全范围的提示信息和波形，便于多方齐抓共管，及时发现安全隐患，降低爆破安全事故的发生概率。
3．2远程测振系统组成
工程爆破测振系统依托“中国爆破网”，由“工程爆破云计算中心”、“工程爆破远程测振中心”、“工程爆破振动测试标定中心”及网络测振仪、数据交换器、远程校准仪、工程爆破远程测振软件系统、移动中国爆破网等设备、软件系统组成。工程爆破远程测振系统的网络拓扑图如图1所示。
                                  
工程爆破远程测振系统主要包括以下几个部分：
(1)工程爆破远程测振中心。工程爆破远程测振中心主要是利用工程爆破远程测振综合应用系统对企业上传的仪器信息进行审核备案，对标定数据、测振数据进行抽查、发现超过安全范围的数据及时提醒企业，并为爆破企业提供各种在线帮助，负责维护系统的正常运行。
(2)工程爆破振动测试标定中心。工程爆破振动测试标定中心是工程爆破远程测振系统测振数据可靠、准确和具有研究利用价值的最基本保障。所测的振动数据必须在同一标准下进行测量，才具有比较、分析、研究的价值。标定中心利用先进的振动传感器标定系统为工程爆破远程测振系统提供数据标准，具有以下硬件设备和软件系统：
1)标准振动平台及配套仪器设备，包括振动台、功率放大器、程控标定仪、实验室仪器仪表、基座、接地系统等，如图2所示。
2)振动标定管理系统、标定参数设置、标定任务管理、标定报告生成等。
3)标定信息登记备案系统，将标定数据信息上传至云计算中心，便于利用工程爆破远程测振综合应用系统进行查阅、溯源。
                                                     
(3)网络测振仪。网络测振仪是工程爆破远程测振系统的重要数据来源，其利用物联网、身份识别、网络安全等技术为工程爆破远程测振系统提供真实可靠的数据。
网络测振仪融合了物联网、身份识别、移动网络等先进科研技术成果，是将传感器和测振仪进行融合研制出的新一代测振仪。该测振仪是以一台控制分析仪(也称测振仪主机)作为现场操作的客户终端和管理平台，可同时管理多台(最多256台)测振子机(智能传感器)，实现了测振数据记录、传输全过程无缝管理、测振现场无布线、测振数据自动向中国工程爆破云计算中心实时上传，可实时分析爆破振动衰减规律(计算K、a值)，为测振信息共享和数据挖掘提供了新的途径。
(4)瞬态信号校准仪。瞬态信号校准仪主要是为工程爆破远程测振系统的远程校准提供稳定可靠的瞬态冲击信号源，CBSD-TC-R0l型瞬态信号校准仪可产生在固定频率范围内稳定的瞬态冲击信号，利用该瞬态信号校准仪对测振传感器、测振仪进行远程校准。仪器采用高精度钢经过精密加工和反复试验最终研制而成，耐磨损、成本低、易于操作(见图3)。
                                                           
(5)移动中国爆破网。移动中国爆破网是利用移动互联网技术开发的中国爆破网的手机客户端，除了为中国爆破网用户提供及时的咨询信息以外，还为工程爆破远程测振系统提供振动波形信息查看、超范围预警提示服务。图4所示给出了移动中国爆破网的截屏图。图5所示给出了工程爆破远程测振系统登陆界面。
                                                    
                                    
 
4远程测振系统工作方法和流程
4．1  利用远程测振系统进行爆破振动测试
远程测振系统前端主要是利用新一代网路测振仪进行爆破振动测试，爆破企业首先在系统中注册、完成公司信息及相关仪器信息的备案，然后按照要求在工程爆破振动测试标定中心对测振仪及传感器进行标定，系统将标定信息自动存入数据库，以备查询、比对。
企业在现场直接利用网路测振仪主机记录简要的测振信息，包括项目名称、地点并选择合理的测振参数，这些信息在测振开始前会写入一台或多台测振子机，如果需要实时分析爆破地震波衰减规律，需要在一条径向测量线上布置6个以上的测振点。
网路测振仪子机采用一体化设计，内嵌振动传感器和身份识别芯片，爆破时产生的高精度测振数据文件直接利用身份识别码和任务信息识别码进行严格加密，确保数据产生后就与仪器标定信息、测振任务信息进行绑定，任何人无法对数据进行篡改。
测振任务完成后，操作人员利用网路测振仪主机对所有测振子机的数据进行自动扫描读取，在网路条件具备的情况下可自动上传至远程测振中心。企业、专家、监管人员可通过多种方式对测振任务信息进行查询、对测振数据进行分析，测振单位可对测振任务信息进行撰写(编辑)，补充工程概况、测点总体分布图等，可利用“报告自动生成系统”，生成详细的测振报告或利用系统向测振中心的专家申请撰写爆破振动测试报告。
测振专家可以通过系统了解全部爆破振动测试的相关信息，并查看所有振动实测数据、并利用系统进行幅频特性分析、功率谱分析、矢量合成等，最终生成测振报告。测振单位均可下载打印，所有报告均印有二维识别码。所有人均可利用手机随时对报告的信息进行验证。图6是工程爆破测振流程图。
                                    
4．2测振仪和传感器的标定
虽然传感器在出厂时，厂家会提供灵敏度标定结果，但是，这个数据并不是专门标定的，一般是从一批传感器中抽出几个送去标定，用抽样标定的数据作为其他传感器的标定数据，显然，这是不靠谱的。
工程爆破远程测振系统对测振仪和传感器的标定，主要是利用工程爆破振动测试标定中心的MPA101/L215M电动振动测试系统，MPA101／L215M采用了当前国际振动试验系统制造行业最先进的科技成果，标定测试频率可覆盖2～1000Hz，台面运动速度可达2m／s，并按照国家标定规程的要求由中国计量研究院进行了严格的标定或校准，同时所有标定信息和数据都将通过工程爆破远程测振系统存储于中国工程爆破云计算中心，并与记录仪器绑定，整个标定过程实现全过程管理，标定数据真实可靠。
在仪器标定的同时，利用瞬态信号校准仪对测振仪或传感器进行远程基准标定，基准标定的波形数据(见图7)、仪器灵敏度都将作为远程校准的参考依据，使利用波形比较法对传感器进行远程校准成为可能。
                             
远程校准又称为异地校准。当测振单位与标定中心不在一个地方时，测振单位可以使用便携式振动校准仪(动态载荷校准仪或者正弦波激励校准仪)不定期地对传感器、测振仪进行校准。校准时，将传感器或者测振仪安装在校准仪上，通过测振仪记录校准信息并通过网路和远程测振系统将校准信息上传到工程爆破远程测振系统的数据库；由工程爆破远程测振系统自动与该传感器或者测振仪入网时在工程爆破标定中心预留的基准标定信息进行比对，以确定该传感器或者测振仪是否可以继续使用。
4．3工程爆破远程测振系统主要功能
工程爆破远程测振系统主要包括企业信息备案管理、测振仪器设备备案管理、测振任务信息管理、测振数据分析、测振报告管理、测振报告编写、企业信息查询、专家信息查询、测振信息查询、仪器设备信息查询、标定信息查询等。
使用系统的人员一共分为四种角色：标定录入员、测振人员、测振中心专家、系统管理员。各个角色工作范围如下。
（1）标定录入员：主要负责对相关仪器设备（如传感器）的相关参数进行标定。
（2）测振人员：测振人员负责填写与测振有关的信息、现场操作、上传数据等。
（3）测振中心专家：主要负责对某次测振任务进行评估和判断，并给出相应评语，最后结合测振的相关信息撰写一份测振报告。
（4）系统管理员：主要负责保证测振系统正常运行，对整个测振任务实施监测和监控。
工程爆破远程测振系统具体功能如图8所示。
                             
5结束语
本文比较详细地介绍了工程爆破远程测振系统的组成、主要功能、使用条件和使用方法。工程爆破远程测振系统的研发成功在国内外工程爆破测振领域是一个重大创新。可以相信，随着远程爆工程爆破测振系统的推广和应用，将给我国工程爆破测振行业带来一场深刻的变革，必将促进测振仪器的创新、测振方法的规范，促进测振标准的修订。一旦实现了测振数据共享，没有参加爆破测振的研究人员也可以通过远程测振系统进行数据挖掘，这对于促进我国工程爆破理论（特别是关于爆破地震波理论的研究）研究具有重要意义。
 
摘自《中国爆破新进展》