广东质安建设工程技术有限公司 广东广州 510000
摘要：边坡打破了岩土体原有的地质环境平衡，极易诱发滑坡、坍塌等地质灾害，严重威胁着人民的生命及财产安全。而传统的边坡监测存在信息记录效率低、传递整理过程丢失数据、实时性差等问题。本文详细介绍了边坡自动化监测系统的设计与实现；运用实际工程案例说明自动化监测相对于传统监测具有明显优势，在边坡健康监测应用中具有广阔前景。
关键词：地质灾害；边坡；人工监测；自动化监测
Study and application of automatic monitoring technology in the geological disasters
WANG Jian-qiang，FENG Jian-hui，LAI Zheng-quan
（Guangdong quality and Safety Construction Engineering Technology Co.，Ltd，Guangzhou 510000，China；）
Abstract：As the slope breaks the original geo-environmental balance of the rock and soil，it is easy to induce geological disasters such as landslides and collapses，which seriously threaten people's lives and property safety.However，traditional slope monitoring has the problems of low efficiency of information recording，loss of data during transmission and finishing，and poor real-time performance.This paper describes in detail the design and implementation of slope automation monitoring system；using actual engineering cases to demonstrate that automatic monitoring has obvious advantages over traditional monitoring and has broad prospects in the application of slope health monitoring.
key words：Geological disasters；The slope；Manual monitoring；Automatic monitoring
1 前 言
我国地质和地理环境复杂，气候条件时空差异大，地质灾害种类多、分布广、危害大，是世界上地质灾害最严重的国家之一。地质灾害已严重制约着我国国民经济的发展，威胁着人民的生命、财产的安全，成为影响我国经济可持续发展的重要因素。传统的安全监测需要大量的技术人员和设备进行数据采集，而且从采集数据到处理数据至反馈数据结果耗时长，成本高并且数据分析难度大；其次提供最终测量结果周期长，对结构安全与否无法及时作出判断；再次在天气恶劣的情况下，很难保证采集数据的准确性和连续性，并且现场作业人员的安全很难保证；目前存在现场技术人员操作不规范，处理数据不及时的问题，对技术人员监管存在困难。自动化监测技术是集自动监测数据的采集、分析、查询于一体的信息管理技术[1]。通过自动监测技术可以实现自动监测仪器数据的采集、数据传输汇总以及数据的远程查询，实现在远程及时查看监测数据。保证工程数据的及时处理，能在工程出现问题的第一时间发现隐患、解决问题，保障工程的安全进行。
2 监测系统设计与与实现
2.1系统框架设计
根据不同的结构类型科学选点、合理地布设传感器；标准化系统搭建模式，保证结构监测系统及未来集群监测系统的兼容性与稳定性；远程无线传输及太阳能供电，解决野外结构远距离信号传输及供电难题，保证系统长时间运行；对超限值项目提前预警报警，并进行记录显示，对超设计限值项目进行处理，提高结构运营寿命；云端海量监测数据存储与后台专家诊断系统结合，保证监测数据科学有效。
图1 边坡监测系统示意图
2.2系统数据结构设计
2.2.1数据采集模块设计
数据采集系统的设备主要包括：各类参数传感器、信号调理设备、A/D转换设备、数据采集设备以及传输线缆。数据采集站采用多个子系统的模式对数据进行采集传输（如位移监控子系统、测斜监控子系统、地下水位监控子系统、降雨量监控子系统等），每个子系统分别采集所辖范围内的传感器数据，然后通过通信系统集中上传至服务器，数据采集设备选用工业计算机。
图2数据采集、信号结构示意图
2.2.2传输模块设计
数据的传输采用成熟的GPRS/GSM网络，通过灵活地控制设备的采集制度，进行远程控制。把DTU设备链接在PC或者采集仪上，此时数据库或采集仪里面采集到的数据通过DTU里面移动手机卡GPRS功能把数据传送到云服务器。
2.2.3在线存储计算模块设计
地质灾害监测云中的数据量非常大，数据一般采用按类型进行分类管理的模式分布存储在云平台中，系统对这些数据的存储管理需要使用文件目录索引来记录文件存储的位置等文件信息。地质灾害监测云中的数据可大致分为如下几类：1）监测数据，包含实时监测数据和历史监测数据；2）地质灾害监测应用数据，包括部分应用程序和应用计算结果等；3）用户数据，包括管理员用户和服务用户其在云中保存的数据及相关设置数据等。
2.2.4地质灾害监测预警模块设计
地质灾害监测预警系统主要包括监测数据实时监控、监测预警及信息发布与管理3个模块。其中监测数据实时监控又分为监测项目管理、监测仪器监控与监测数据分析，监测仪器控制主要是实现在不同监测阶段对所部署监测仪器的数据采集频率进行调整，监测数据实时监控是实现专业监测与群测群防数据的动态变化观察；监测预警模块包括预警模型、预警判定依据、监测预警；信息发布与管理模块即是对系统根据监测情况通过短信、邮件、网页等形式将预警信息进行有效管理和发布。
图3地质灾害监测预警功能模块设计
3.工程概况
3.1项目概述
本项目边坡位于广州市某国道高速出口处，临坡道路交通繁忙车流量大，边坡支护形式采用土钉+格构梁+钢筋网种植植物护面，为永久边坡。本次进行自动化监测边坡高度约10米，坡脚排水沟深度约一米。边坡在进行自动化监测设计前，进行传统人工边坡监测，仅设置了水平位移和竖向位移监测项。
图4 项目卫星图
3.2技术方案选型
3.2.1传统人工监测方案
本项目原采用人工监测方式对边坡进行监测，监测单位共布设水平位移和竖向位移共用监测点10点，间距约15~20米，使用全站仪+棱镜进行测量，未设计其他监测项。监测频率初期为5天/1次，后期根据边坡运行情况以及对监测数据分析结果进行调整，如边坡运行稳定则监测频率调整为15~30天监测一次。在雨季或者出现险情期间加密频率至2天/1次。
3.2.2自动化监测方案
因原人工监测方式存在较大的隐患，各监测项监测数据相互印证较少，故对边坡进行自动化监测，本次监测重新布设GPS监测点3点，间距50米；水位监测点4点，间距50米；测斜监测点4点，间距50米；拉线式位移监测点4点，间距50米；监测频率为1次/30分钟，险情加密频率至1次/5分钟，使用市电+蓄电池供电进行长期监测。
3.2.3地质灾害结果分析
3.3.1GPS位移结果分析
图5 拉线位移结果分析图
GPS位移X方向位移最大值为156.28mm，最小值为-72.33mm；Y方向位移最大值为208.05mm，最小值为-374.27mm；Z方向位移最大值为754.04mm，最小值为-329.96mm。
3.3.2深层水平位移结果分析
图6 深层水平位移结果分析图
深层水平位移X，Y方向各个深度范围内的位移量均比较小，在安全影响范围之内。
3.3.3地下水位结果分析
图7 地下水位结果分析图
水位最大值为46.7m，最小值-14.2m
3.3.4温湿度结果分析
图8 温湿度结果分析图
3.3.5降雨量结果分析
图9 降雨量结果分析图
降雨量最大值32.8mm，最小值0mm。
4.结论
（1）在使用过程中，该系统同人工监测相比，还表现出以下优势：可按项目要求设置采样率，实现24h连续观测；克服了人工读数误差，避免混淆数据而导致错误结论，极大地提高了测试精度；如果边坡滑移超过警戒限值，系统可自动实现报警；
（2）该边坡自动监测系统使用期间，获得了大量的监测数据，与人工监测数据比较吻合，可相互对照.数据用于边坡的稳定性分析和预测预报分析，取得了较好的工程效果.
（3）综上所述，自动化监测系统是进行边坡监测的一个新技术，其具有数据真实、精度高、监管便捷等优点。但我国自动化边坡监测技术还不成熟，其发展还需大量的试验和实践应用研究来丰富。
（4）本文对地质灾害监测数据的分析还停留在初级阶段，不同的地质灾害的演变史一个长期缓慢过程，而灾害的发生又是一个能量突然爆发的过程，需要大量长期监测数据作为基础资料，本文所依据的数据只是阶段性监测数据的一部分，所以还需要更长时间的数据以及更多的分析方法作支持，因此，后续的研究还有待深入。
参考文献：
[1]杨育文；殷建华；涂望新.岩土工程自动化监测系统及其应用[J].城市勘测，2002，（1）：7.
[2]李涛.GPS形变监测自动解算与数据分析系统的研究与实现[D].太原理工大学，2009年.
[3]郑伟锋；刁伟东；黄林冲；王建强.基坑工程半自动化监测技术的研究与应用[J].建筑科学，2016，6
[2]高天雷.基于云计算的智能健康感知系统关键技术研究.[D].山东师范大学，2015
论文作者:王建强,冯剑辉,赖政权
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/23
标签：数据论文; 位移论文; 地质灾害论文; 子系统论文; 系统论文; 监测系统论文; 值为论文; 《基层建设》2018年第15期论文;