閩北順昌縣滑坡遠程實時監測系統建設

吳道榮

（福建省地質環境監測中心，福州 350001）

閩北順昌縣滑坡遠程實時監測系統建設

吳道榮

（福建省地質環境監測中心，福州 350001）

系統利用Zigbee無線網絡技術和GPRS網絡實現遠程實時監測，為滑坡體變形破壞的研究提供連續、完整和可靠的數據。監測內容包括降雨量、土體含水量、孔隙水壓力、地下水位和位移參數。數據流程包括現場測試儀器采集、監測數據傳輸網絡和數據接收中心站。

滑坡；遠程；實時；監測；順昌縣

福建省“十一五”期間實施地質災害防治“一百千萬”工程，其中包含開展兩個專業監測點建設工作［1］。通過在閩北順昌縣建立滑坡遠程實時監測系統，監測參數包括降雨量、土體含水量、孔隙水壓力、地下水位、地表位移和深部位移等參數。系統實現實時遙控遙測與數據雙向傳輸技術，使遠方監控計算機可以通過遠程監控查看地質災害現場監測物理參數的變化，為滑坡體變形破壞的研究提供連續、完整、可靠的數據。隨著科學技術的進步，在滑坡變形監測中，采用GPRS等先進技術將發揮更大的作用［2］。

1 系統功能及技術優勢

1.1 系統功能

監測中心可快速采集、存儲滑坡災害監測站點的雨量、水位、孔隙水壓力、表面位移、深部位移、土壤含水量數據及設備自身工作電壓和環境溫度數據。

監測站可通過計算機或無線顯示器可實現對雨量、水位、孔隙水壓力、位移、土壤含水率數據的計算、現場顯示、查詢功能，例如：場雨強/雨強、時段雨量/日雨量/最大降雨量/累計雨量，并可實現對測站的配置和人工置數。

1.2 系統技術優勢

先進性和成熟性：系統建設采用當前的電子和通信最新技術，保證系統的先進性，同時兼顧成熟的技術。

可靠性與穩定性：采用可靠的定型產品和技術，保證系統長期穩定運行。

實用性及可管理性：根據系統的需要，采用合適的設備及技術，便于網絡和系統的運行管理。

2 數據傳輸系統

滑坡體監測參數的測量數據通過本地無線傳感器網絡集中到本地無線網絡協調器，再由協調器經過GPRS短信方式傳送到省國土資源廳監測中心。

2.1 無線傳感器通信技術

Zigbee是一種新興的近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的無線網絡技術，主要用于近距離無線連接。它基于IEEE 802.15.4協議棧建立，支持三種主要的自組織無線網絡類型，即星形結構、網狀結構和簇狀結構，具有強大的設備聯網功能和系統可靠性。

2.2 GPRS網絡傳輸

系統利用本地無線通訊網絡和GPRS網絡實現滑坡體降雨量、地下水位、孔隙水壓力、地表位移、深部位移（測斜）、土壤含水率的實時監測數據自動采集和上報。降雨量和表面位移數據的采集一般采用增量觸發工作機制，地下水水位、孔隙水壓力、深部位移、土壤含水率數據的采集一般采用定時上報工作機制。

3 地質災害概況

該滑坡位于福建省順昌縣大歷鎮大歷村［3］，區域上屬于侵蝕剝蝕低山丘陵區，山頂高程314.2m，相對高差約150m，上部自然坡度約35°，下部自然坡度約20°，上陡下緩，為凹型坡；坡腳建房、修路開挖陡坎高約4～8m，坡度約60°～70°，未支護。2005年6月20日，受強降雨影響，發生滑坡。滑坡平面形態呈“簸箕”形（圖1），主軸長185m，后緣寬210m，中部寬235m，前緣寬260m，平均厚度約8 m，涉及土方量約34×104m3，屬中型滑坡，滑動主軸方向115°。

圖1 滑坡監測總平面圖Fig.1 General layout for monitoring the landslide

4 監測網絡布設

根據地質勘探和野外調查測繪，在分析地質災害點滑坡破壞模式的基礎上，布置專業監測點監測儀器。監測項目包括降雨量監測、變形監測、土壤含水率監測、孔隙水壓力監測和地下水位監測，變形監測包括地表變形監測和深部變形監測。監測儀器平面位置見圖2。

4.1 降雨量監測

降雨量監測儀器采用翻斗式雨量器。降雨量監測擬選用一體化結構的SMARTDATA－3000C無線網絡協調器（帶雨量），SMARTDATA－3000C不僅是SMARTDATA－3000系列無線傳感器網絡的中心接收設備，還具有雨量數據智能采集、存儲和GPRS轉發數據的功能。此外，利用無線顯示終端還可實現近距離顯示、人工置數及設備配置以及聲光告警。計算機可定期通過RS232通信口或GPRS在本地及遠程讀取固態存儲中的數據。接收靈敏度：－100dBm。

圖2 無線網絡協調器（帶雨量）Fig.2 Wireless network coordinator（with precipitation）

4.2 土壤含水率監測

降雨入滲形成的土壤含水率上升是導致滑坡發生的重要途徑。為監測土壤的水平滲透速度和垂直滲透速度，土壤含水率監測儀沿主剖面布設于ZK3、ZK4、ZK5內。在ZK3的0.5m、1m、2m處，ZK4的0.5m、1m、2m處和ZK5的0.5m、1m、2m、3m、4m、5m、6m、7.5m、9m 處各設置傳感器探頭，分別監測不同位置的殘積層、坡積層的土壤含水率。

監測儀器采用土壤濕度傳感器SWR－3監測儀，土壤容積含水量θV，90%的影響在圍繞中央探針的直徑為3cm、長為6cm的圓柱體內。精度：0～50%（m3/m3）范圍內為±2%（m3/m3）。

4.3 地下水位監測

地下水位監測儀器采用進口的高精度HG500系列壓力式水位計，考慮水位與坡面大致平行，主剖面的后緣ZK2中14.9m和前緣ZK7中15.5m的孔底位置各布設一臺地下水位計。

HG500系列壓力式水位計選用進口的高精度、高穩定性的擴散硅傳感器組件，通過高可靠性的放大電路及精密溫度補償，將被測液體的液位信號轉換成4～20mADC、0～5VDC等標準電信號。精度：±0.25% 、±0.5%（包括非線性、遲滯性和重復性）。

4.4 孔隙水壓力監測

孔隙水壓力測試儀采用BGK－4500系列弦式滲壓計，ZK4孔深8.5m處布設孔隙水壓力探頭，測量孔隙水壓力或液體液位。其各種性能非常優異，主要部件均用特殊鋼材制造，適合各種惡劣環境使用。分辨率：±0.025%F.S；非線性：＜0.5%F.S；精度：±0.1%F.S。

4.5 變形系統監測

4.5.1 地表位移監測

在主剖面兩側的后緣拉張裂縫兩側各布設一臺地表位移監測儀，本系統選用SMARTDATA－3000E1型無線位移計進行觸發式動態監測，分別位于ZK1、ZK2之間和ZK8后。

SMARTDATA－3000E1無線位移計采用機電一體式結構，利用旋轉的磁鋼驅動干簧管產生位移脈沖，并對位移脈沖進行加減計數。分辨率：1 mm；測量精度：±0.25%。

4.5.2 深部位移監測

深部位移監測可準確掌握正在活動的滑坡面的位置、位移速率、滑坡帶的數目及滑坡體隨深度的位移變化情況。監測儀器采用航天科工慣性技術有限公司GGCX－02固定式測斜儀，該儀器布設于坡腳位置的ZK6內，鉆探揭示的潛在滑動面位置為5.2 m和8.3m，故3個傳感器分別安裝在孔底16m、7.5m、4.5m處，對兩個潛在滑動面重點監控。

GGCX－02固定式測斜儀采用數字化探頭，所用傳感器為石英撓性加速度計，是非常精密的部件，傳感器靈敏度為0.02mm/8″。

5 數據接收中心站建設

5.1 中心硬件設備組成

中心數據接收通過GPRS短信主備兩種方式，中心由計算機網絡環境、數據接收設備以及有固定ip接入的網絡專線以及短信接收發送前置機（連接通訊服務器）、通訊服務器、數據服務器、應用服務器等組成（圖3）。

圖3 數據接收界面Fig.3 Data receiving interface

5.2 系統監控軟件

系統檢控軟件采用 SMARTDATA－3000/1000，SMARTDATA－1000H中心短信發送接收機可用于中心的短信發送和接收，采用2U的標準機箱，可方便地安裝于標準機柜內或放置在桌面上。

（1）接收遙測數據：識別數據幀的來源和目的地，并進行CRC檢驗；為數據幀添加接收該幀的時間。

（2）數據分發：通信模塊軟件接收到遙測站數據后，可根據配置文件設定的信息，將接收到的遙測數據分發到多個數據用戶。

（3）遙測數據的處理：將數據幀的地址信息轉化為特定的站號、站名；將一幀中多個遙測數據轉換為最小監測數據單元。

（4）遙測數據存貯：將原始通信數據寫入日志文件，用于原始數據備份及系統故障核查。

5.3 參數遠程配置

中心站（或分中心）可向遙測站發布命令，用以讀取遙測站時段自記數據或動態配置遙測站參數。配置遙測站參數命令集包括對遙測站地址、通信方式、數據采集及通信策略、電源控制方式等命令。

配置遙測站參數。操作人員可通過中心站計算機下發命令，向特定遙測站寫入采集數據、發送數據的時間控制參數（如改變采集數據的密度，或發送數據的頻度）等。

6 結論

（1）滑坡遠程監測系統根據監測數據流程主要包括現場測試儀器采集、監測數據傳輸網絡、數據接收中心站等。

（2）本監測系統布設的監測網絡包括降雨量監測儀1臺、土壤含水率監測儀15臺、孔隙水壓力監測儀1臺、地下水位監測儀2臺、地表變形監測儀2臺和深部變形監測儀1臺。

（3）利用Zigbee無線網絡技術和GPRS網絡實現滑坡遠程實時監測，為滑坡體變形破壞的研究提供連續、完整、可靠的數據，并實現對監測儀器參數的遠程配置。

［1］福建省地質災害信息與預警系統可行性研究報告暨初步設計方案［R］.福建省發展和改革委員會，2006.10.

［2］袁生貴，方東，李小凱，基于GPRS監測技術在災區山體滑坡中的應用探討［J］.自動化技術與應用，2010，29（10）：69－71.

［3］福建省地質災害信息與預警系統兩個專業監測點建設［R］.福建省地質環境監測中心.2009.10.

REAL－TIME REMOTE MONITORING SYSTEM FOR LANDSLIDES IN SHUNCHANG COUNTY OF NORTH FUJIAN

Wu Dao－rong
（Fujian Geological and Environmental Monitoring Center，Fuzhou 350001，China）

In the system Zigbee wireless technology and GPRS network are used to achieve real－time remote monitoring to offer continuous，complete and reliable data for studying the deformation of landslides.Monitored parameters include rainfall，soil moisture content，pore water pressure，underwater table and displacement.Data collection process includes on－site testing apparatus，data transmission network and data receiving center.

landslide；remote；real time；monitoring；Shunchang

P642.22

A

1006－4362（2011）03－0035－04

2011－05－03 改回日期：2011－08－12

資金項目：福建省地質災害防治“一百千萬”工程科研項目（項目編號：200502092B）

吳道榮（1978－ ），男，碩士，工程師，從事水文、工程、環境地質的調查和研究工作。