基于CiteSpace技术的公路隧道领域智能技术应用现状及发展方向分析.pdf
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1、Hans Journal of Civil Engineering 土木工程土木工程,2023,12(9),1203-1210 Published Online September 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/hjce https:/doi.org/10.12677/hjce.2023.129139 文章引用文章引用:周楚鸿,陈家栋,洪志龙,曾嘉令.基于 CiteSpace 技术的公路隧道领域智能技术应用现状及发展方向分析J.土木工程,2023,12(9):1203-1210.DOI:10.12677/hjce.2023.129139
2、 基于基于CiteSpace技术的公路隧道领域智能技术应技术的公路隧道领域智能技术应用现状及发展方向分析用现状及发展方向分析 周楚鸿周楚鸿*,陈家栋陈家栋,洪志龙洪志龙,曾嘉令曾嘉令 西京学院,陕西省混凝土结构安全与耐久性重点实验室,陕西 西安 收稿日期:2023年8月11日;录用日期:2023年9月2日;发布日期:2023年9月13日 摘摘 要要 为全面了解信息化技术在公路隧道工程中的发展及应用,定性分析了信息智慧化在公路隧道工程中的基为全面了解信息化技术在公路隧道工程中的发展及应用,定性分析了信息智慧化在公路隧道工程中的基本研究,定量分析了信息智慧化在公路隧道工程的研究现状,利用本研究,定
3、量分析了信息智慧化在公路隧道工程的研究现状,利用CiteSpace可视化工具深入挖掘信息化可视化工具深入挖掘信息化在公路隧道工程中的存在问题、发展瓶颈和研究趋势,并给出相应的解决办法及研究思路。通过文献综在公路隧道工程中的存在问题、发展瓶颈和研究趋势,并给出相应的解决办法及研究思路。通过文献综述发现,公路隧道工程领域已开展了大量信息智慧化研究,但各阶段信息智慧化发展不均衡,实际应用述发现,公路隧道工程领域已开展了大量信息智慧化研究,但各阶段信息智慧化发展不均衡,实际应用也存在一定局限性,需深入探索监控量测、大数据、数据元等智能技术在公路隧道工程全生命周期的交也存在一定局限性,需深入探索监控量测
4、、大数据、数据元等智能技术在公路隧道工程全生命周期的交叉融合,促进公路隧道工程领域信息智慧化研究的协同发展叉融合,促进公路隧道工程领域信息智慧化研究的协同发展。关键词关键词 公路隧道,智能建造公路隧道,智能建造,信息,信息技术技术,可,可视化分析,文献计量分析视化分析,文献计量分析 Analysis of Current Application and Development Direction of Intelligent Technologies in the Field of Highway Tunnels Based on CiteSpace Technology Chuhong Zh
5、ou*,Jiadong Chen,Zhilong Hong,Jialing Zeng Shaanxi Key Laboratory of Safety and Durability of Concrete Structures,Xijing University,Xian Shaanxi Received:Aug.11th,2023;accepted:Sep.2nd,2023;published:Sep.13th,2023 *通讯作者。周楚鸿 等 DOI:10.12677/hjce.2023.129139 1204 土木工程 Abstract To comprehensively unders
6、tand the development and application of information technology in highway tunnel engineering,this study qualitatively analyzed the basic research of information intelligence in highway tunnel engineering and quantitatively analyzed the current research sta-tus.Utilizing CiteSpace visualization tool,
7、the study further explored the existing issues,develop-ment bottlenecks,and research trends in the application of information technology in highway tunnel engineering.Corresponding solutions and research approaches were proposed.Through literature review,it was found that a considerable amount of re
8、search has been conducted in the field of information intelligence in highway tunnel engineering.However,the development of in-formation intelligence in different stages is uneven,and practical applications are somewhat li-mited.It is necessary to explore the cross-integration of intelligent technol
9、ogies such as monitor-ing and measurement,big data,and data elements throughout the entire life cycle of highway tunnel engineering,to promote the collaborative development of information intelligence research in this domain.Keywords Highway Tunnels,Intelligent Construction,Information Technology,Vi
10、sual Analysis,Bibliometric Analysis Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 高速公路的建成在很大程度上缓解了西部交通运输和国防建设中面临的压力1。例如,青藏铁路是一项宏伟的工程,其中包括复杂和极具挑战性的高原、高寒、
11、高海拔、大地震等复杂地质条件。为确保青藏铁路的顺利实施,修建了长达 1824 km 的高原铁路隧道2。京沪高速铁路(北京上海)是中国第一条高海拔地区铁路。在北京至上海这一世界上海拔最高、最长的高速铁路区间中有 5 座隧道。这些隧道穿过了 200 多座山峰和 90 多座山谷,穿越了全国大部分地区3。中国第一条高速公路是全长 478 km、穿越北京至张家口的京藏高速公路。这条高速公路于 1984 年开工建设,其中长 936 km 路段采用隧道方式通过,占线路总长度的 85%以上,它是中国第一条高海拔高速公路4,经济不断发展的趋势推动着西部大开发战略实施和城市化进程加快发展,公路隧道工程将进一步发展
12、5。智能建造技术正推动着公路隧道发展的不断转变,模块化生产提升了施工效率,缩短工期。而智能自动化设备可以降低人力投入,节约成本。同时借助监控系统实时监控,降低了工程的安全风险。最后,3D 打印和可再生能源等智能新材料的使用,进一步的节能减排6。目前,公路隧道工程建设领域已逐步采用信息智慧化技术,通过信息技术能够实时感知隧道围岩和支护结构受力状态及变化规律,结合模型的预测预警功能,达到工程现场施工安全高效的目标7。包括超前地质预报技术、隧道内钻孔雷达检测技术、隧道内三维激光扫描系统等。智能建造技术与信息技术的结合是一种新型的施工方法和理念,它采用先进的传感器和信息技术将传统的公路隧道施工现场的人
13、、机、料、法、环等要素进行智能化识别、定位及决策管理,并对信息进行感知、获取和分析处理。通过无线通信和信息智能传输等手段,将现场信息及时传输到电脑中存储起来8。通过智能分析,对现场状Open AccessOpen Access周楚鸿 等 DOI:10.12677/hjce.2023.129139 1205 土木工程 态进行分析之后给出相应的处理措施。通过智能监控系统,对隧道施工的各个环节进行实时动态监测、故障诊断与识别以及预测预报9。找寻公路隧道工程优化参数的最优解,未来随着科技的发展,信息智慧化技术将占据着更加重要的地位。综上所述,本文将利用 CiteSpace 可视化工具研究近几年智能技术
14、在公路隧道领域中的应用现状,并分析今后智能化驱动下公路隧道的技术发展方向。2.信息智慧化在公路隧道工程中的应用现状信息智慧化在公路隧道工程中的应用现状 信息智慧化在公路隧道工程中的研究主要体现在智能监测与数据收集、智能化控制、智能化维护这3 个方面。2.1.智能监测与数据收集智能监测与数据收集 当前大型、超大跨隧道工程已成为我国基础设施建设的重要领域和技术难点,由此,隧道建设安全质量问题成为隧道行业面临的重要挑战之一10。以传统监测手段难以实现对施工过程中围岩状态的实时感知和有效监测。在此背景下,信息智慧化技术应运而生。对于公路隧道而言,围岩状态感知是智能建造中围岩智能加固与自适应支护技术中的
15、关键环节,是实现隧道工程全生命周期安全、经济、绿色施工关键支撑11,尤其对于长大深埋隧道,更涉及机械、自动化、信息等多个学科领域的交叉融合。目前,对于围岩状态感知技术进行了大量研究和探索。相关研究工作主要包括:(1)基于岩土力学理论,发展了现场声波测试、静载试验等的非接触式测试技术12;(2)采用高精度传感器全面监测围岩,包括应力应变传感器、地应力传感器、温度传感器等。通过数据分析、处理与模拟计算相结合的方式,获得围岩力学参数变化情况。(3)利用激光扫描、表面监测、振动等方法,开展隧道围岩损伤和破坏机理研究13。以此来实现对公路隧道现场工况的智能监测与数据收集。2.2.智能化控制智能化控制 面
16、对公路隧道工程复杂的工况信息,应用智能化控制技术对公路隧道的各个方面进行优化控制,做到信息的及时反馈。(1)智能化通风控制技术可以通过传感器监测空气中的 CO、CO2、PM 2.5 等有害气体浓度和温湿度等参数,自动调整通风量,保障隧道内的空气质量和人员安全。(2)利用智能化灯光控制技术智能化灯光控制技术,自动调整灯光亮度,保障隧道内的能见度和驾驶员的安全。(3)预警系统可以通过视频监控、火灾、泄露、交通事故等传感器监测隧道内的异常情况并自动进行预警和报警,提高公路隧道的安全性。(4)智能化交通流量控制技术可以通过交通流量传感器和车辆识别系统监测隧道内的车辆流量,自动调整车速和车流量,保障公路
17、隧道的正常运行。进一步优化智能控制技术,实现实时的信息反馈。2.3.智能化维护智能化维护 另一方面,根据上述预测信息的结果实施维护和修复,智能化维护主要体现在:(1)结合监控设备并利用智能算法对数据进行分析,提高巡检的效率和准确性。(2)通过互联网等技术,实现对公路隧道设施设备的远程监测和诊断,提高故障处理的效率。(3)基于历史数据和运行状态,采用机器学习等技术进行数据分析,预测设备故障的发生。总之,智能信息技术已极大改进了公路隧道工程技术,接下来,利用可视化分析软件进一步研究智能信息技术在公路隧道工程的应用趋势。3.信息智慧化在公路隧道工程中的应用研究趋势信息智慧化在公路隧道工程中的应用研究
18、趋势 信息化在公路隧道领域有着广泛的研究与应用,为安全监控、生产建造、结构养维护提供了新理念、周楚鸿 等 DOI:10.12677/hjce.2023.129139 1206 土木工程 新方法,而在实际建设中,考虑到生产造价、建造技术、维护成本等因素限制,信息化在公路隧道领域的应用还未能全面普及。综合考虑智能信息化在公路隧道领域的研究现状,利用 CiteSpace 文献分析工具,对中国知网(CNKI)数据库刊载的信息化与公路隧道的相关文献情况及研究热点进行可视化分析,总结中国研究现状探索目前研究热点、发现未来研究趋势,并针对存在的问题提出发展建议,为信息化在公路隧道领域的相关研究智能化提供参考
19、14。CiteSpace 是由美国德雷塞尔大学陈超美教授于 2004 年开发出的一款可视化软件15。它能将复杂的学科知识通过数据挖掘、文献计量、公式计算等方法对研究热点进行分析,再通过巧妙的空间布局绘制可视化图谱并建立节点关联,从而分析研究对象间的共现关系与共引关系16。数据来源于中国知网数据库,检索方式为基本检索,由于智能信息化涵盖范围十分广泛,如智能设计方面的拓扑优化、智能建造方面的 3D 打印等,难以尽数将所有文献统计分析,因此在检索过程中以信息化为主题,结合公路隧道,共检索出相关文献 120 篇,将目标文献按 CiteSpace 所需格式转码导出后,得到文献样本数据库。对 CiteSp
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