邊坡地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)探討

歐樹(shù)召,黃加旭,李建龍

(廣東省水文地質(zhì)大隊(duì), 廣州510510)

邊坡地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)探討

歐樹(shù)召,黃加旭,李建龍

(廣東省水文地質(zhì)大隊(duì), 廣州510510)

為實(shí)現(xiàn)邊坡安全監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化,采用GT-MCU32型綜合數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng),通過(guò)GPRS或者CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,軟件自動(dòng)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行換算,直接輸出監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移量,完成對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控;以滑坡/崩塌地質(zhì)災(zāi)害的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)為例,分析監(jiān)測(cè)原理及監(jiān)測(cè)方法,說(shuō)明實(shí)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的重要意義。

邊坡地質(zhì)災(zāi)害; 崩塌; 滑坡; 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

1 引言

加強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)體系建設(shè),提高地質(zhì)災(zāi)害防御能力,是地質(zhì)工作者的重要目標(biāo)。但是,當(dāng)今社會(huì)人力成本高,傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)模式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足新形勢(shì)下地質(zhì)環(huán)境管理工作的需要,尤其是關(guān)系到人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的地質(zhì)災(zāi)害防治工作,更應(yīng)引入高度自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[1-4]。

在廣州市國(guó)土資源和房屋管理局越秀區(qū)分局的大力支持下,廣東省工程勘察院以廣州市越秀區(qū)寶漢直街象崗山西北側(cè)隱患邊坡為試點(diǎn),于2011年4月安裝完成第一套自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備,并成功進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與接收。目前,已對(duì)廣州市越秀區(qū)多個(gè)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)進(jìn)行了自動(dòng)化監(jiān)測(cè),建立了廣州市國(guó)土資源和房屋管理局越秀區(qū)分局地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2 邊坡概況

廣州市越秀區(qū)寶漢直街象崗山西北側(cè)隱患邊坡位于廣州市越秀區(qū),麓景西路南面,寶漢直街東面,登峰街后山村,沿山腳見(jiàn)密集的2～9層樓房,人口眾多。剝蝕殘丘自然山體呈橢圓形,渾園狀,長(zhǎng)度約100 m,寬度約85 m,周長(zhǎng)540 m,面積8 938 m2,地面標(biāo)高32～45 m,丘頂標(biāo)高50 m,坡度10°～40°,植被、樹(shù)林茂盛。

主要隱患點(diǎn)位于山丘的西北側(cè),開(kāi)挖面呈凹字形,屬土質(zhì)邊坡,周長(zhǎng)145 m,高度1～21 m,面積1 373 m2,坡度40°～60°。2008年該地區(qū)曾發(fā)生二處崩塌,塌方約50 m2;該邊坡主要由風(fēng)化殘積土組成,其泡水易軟化、崩解,水理性能差,存在明顯的安全隱患;在強(qiáng)降雨時(shí)有可能再次塌方,嚴(yán)重威肋人民生命、財(cái)產(chǎn)安全。

3 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由三部分組成:

監(jiān)測(cè)點(diǎn)。該部分可以根據(jù)工程實(shí)際情況,選擇需要埋設(shè)的監(jiān)測(cè)儀器種類。現(xiàn)階段能夠支持接入地表沉降、深層土體位移、孔隙水壓力、土體應(yīng)力應(yīng)變、降雨量、水位、土壤含水率等方面的儀器儀表,并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集。

監(jiān)測(cè)基站。該部分主要由通訊裝置(DTU)、自動(dòng)采集裝置(MCU)以及防雷裝置組成。通訊裝置(DTU)主要是使用GPRS接收監(jiān)控中心發(fā)布的命令傳到數(shù)據(jù)自動(dòng)采集裝置(MCU)和發(fā)送采集的相關(guān)數(shù)據(jù)到監(jiān)控中心;自動(dòng)采集裝置主要作用是按照通訊裝置(DTU)接收到的命令進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)采集工作;防雷裝置主要由防雷針和防雷地線組成,避免因雷擊對(duì)基站的影響。

監(jiān)測(cè)預(yù)警控制中心。監(jiān)測(cè)預(yù)警中心及分中心平臺(tái)硬件設(shè)施主要包括:機(jī)房、監(jiān)測(cè)室。為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)提供通信、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換平臺(tái),實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害部門(mén)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)辦公自動(dòng)化,以及保障整個(gè)監(jiān)測(cè)預(yù)警軟件平臺(tái)正常穩(wěn)定運(yùn)行等。

4 滑坡/崩塌地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

4.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

4.1.1 監(jiān)測(cè)原理

采用硅微式固定傾斜儀型號(hào)MI600。分辨率K=2″;量程:±15°;系統(tǒng)精度:±0.03 mm/3m;當(dāng)測(cè)量深度大于3 m時(shí),可以級(jí)聯(lián)使用傳感器,精度同上。安裝方法:鉆孔Φ90 mm,選用直徑Φ70 mm的專用高精度A.B.S或鋁合金測(cè)斜管作為傾斜儀安裝導(dǎo)向定位管,按固定標(biāo)距串聯(lián)若干支MI600型傾斜儀成一組,置于一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的測(cè)斜孔中,并以管口作為鉛垂向定位,傾斜方向的定位由測(cè)斜管截面上的四個(gè)均布導(dǎo)槽確定。測(cè)斜管導(dǎo)槽的朝向按監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)確定。其測(cè)量原理簡(jiǎn)述如下:MI600型傾斜儀是基于MEMS重力感應(yīng)原理的傳感器,其輸入量沿鉛垂方向的角度改變(傾斜)與輸出量數(shù)字電壓理論上成線性關(guān)系:Δθ=K·ΔV,從而有ΔL=L· sin(K·ΔV)。K為選定MI600傾角計(jì)的率定系數(shù),L為每?jī)蓚€(gè)傾斜儀之間的鉛垂向標(biāo)準(zhǔn)距離(標(biāo)距),ΔLi為該測(cè)斜孔中第i個(gè)傾斜儀所在標(biāo)段上端點(diǎn)產(chǎn)生的水平位移值;由此可計(jì)算得到孔口的總水平位移值為:ΔL= ΣΔLi=ΣL·sin(K·ΔV)。

4.1.2 數(shù)據(jù)采集及傳輸方法

采用GT-MCU32型綜合數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng),可以對(duì)傳感器進(jìn)行召喚、定時(shí)指令測(cè)量,采樣時(shí)間間隔根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置采樣(最快可以實(shí)現(xiàn)每3 min測(cè)量1次),采集數(shù)據(jù)可通過(guò)GPRS或者CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,發(fā)送到監(jiān)控中心,軟件自動(dòng)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行換算,直接輸出監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移量,完成對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控。服務(wù)器端軟件可設(shè)置上線報(bào)警值,通過(guò)有線或無(wú)線接入INTERNET網(wǎng)絡(luò)就可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控,如圖1所示。

圖1 象崗山地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集和傳輸示意圖

從2011年4月5日至2013年12月31日,象崗山的監(jiān)測(cè)情況見(jiàn)表1。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果,累計(jì)位移沒(méi)有超過(guò)報(bào)警值10 mm,邊坡基本穩(wěn)定。但在2011年10月13日強(qiáng)降雨期間,邊坡位移量達(dá)到5.90 mm,坡體表土出現(xiàn)過(guò)微型崩塌。發(fā)現(xiàn)情況時(shí),及時(shí)向越秀國(guó)土局進(jìn)行匯報(bào),建議重點(diǎn)對(duì)該處進(jìn)行巡查,并盡快對(duì)山體滑坡進(jìn)行綜合治理。所幸沒(méi)有造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

表1 象崗山邊坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)情況匯總表

4.2 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

隨著以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化為代表的信息技術(shù)發(fā)展,傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控技術(shù)已不再適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要,而以計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)為基礎(chǔ),以智能圖像分析為特色的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控逐漸成為監(jiān)控領(lǐng)域的發(fā)展方向。與傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控相比,網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行視頻信息的壓縮、儲(chǔ)存、分析、顯示等自動(dòng)化處理,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離監(jiān)控,即使是數(shù)千公里外也能達(dá)到親臨現(xiàn)場(chǎng)的效果;利用先進(jìn)的軟件系統(tǒng),不僅在幾分鐘內(nèi)便可完成傳統(tǒng)視頻監(jiān)控中大量的數(shù)據(jù)分析,而且提高了監(jiān)控效率,更能獲得更為逼真、清晰的數(shù)字化圖像。

5 監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的應(yīng)用前景分析

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,邊坡安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化是不斷發(fā)展的。目前,國(guó)內(nèi)許多地方的邊坡監(jiān)測(cè)正在朝這方面發(fā)展。在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)部分,由于觀測(cè)精度高、省時(shí)、省力,在惡劣條件下可進(jìn)行正常觀測(cè),數(shù)據(jù)可初加工等優(yōu)點(diǎn),普遍受到歡迎。不少地區(qū)也在積極籌劃監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的建設(shè)。

我國(guó)目前在自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的硬件、軟件質(zhì)量方面已達(dá)到一定水平,處于實(shí)用階段。在維修、長(zhǎng)期維護(hù)、更新與擴(kuò)充等方面具有優(yōu)勢(shì)。所以,在實(shí)現(xiàn)邊坡監(jiān)測(cè)自動(dòng)化方面已具備了條件,能夠廣泛應(yīng)用于危險(xiǎn)邊坡和擋土墻的安全監(jiān)測(cè)/預(yù)警領(lǐng)域。

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)從運(yùn)行成本來(lái)講,也大大的低于以往的人工監(jiān)測(cè)。采用邊坡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè),在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝調(diào)試完成后,只需要一個(gè)幾人組成的團(tuán)隊(duì)就能實(shí)時(shí)監(jiān)控全區(qū)域范圍的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理,這大大的提高了危險(xiǎn)邊坡監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)時(shí)效性。而隨著微電子技術(shù)的飛躍發(fā)展,和無(wú)線通訊技術(shù)的日臻完善,電子設(shè)備的造價(jià)也隨之降低。因此自動(dòng)化監(jiān)測(cè)相較于以往的人工監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō),也能節(jié)省大量的運(yùn)營(yíng)成本。

6 結(jié)論

隨著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化科技的發(fā)展,自動(dòng)化監(jiān)測(cè)已成為現(xiàn)實(shí)。而自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的硬件、軟件質(zhì)量方面已達(dá)到一定水平,為自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。根據(jù)象崗山兩年半的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及結(jié)果來(lái)看,數(shù)據(jù)基本準(zhǔn)確。邊坡地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)必定具有廣闊的應(yīng)用前景。

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)有:數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、穩(wěn)定、可靠;可以長(zhǎng)期全天候而又實(shí)時(shí)地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集;可以節(jié)省大量的人力、物力。但是,采集技術(shù)尚未成熟。因?yàn)槟壳斑吰卤O(jiān)測(cè)應(yīng)用的大多是離散式的傳感器,無(wú)法采集到邊坡大部分的重要部位數(shù)據(jù)信息。

[1] 胡厚田,韓會(huì)增,呂小平,等.邊坡地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)[M].成都:西南交通大學(xué)出版社, 2001.

[2] 魏永幸,楊建國(guó).邊坡地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)研究[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù),2000,11(3):230-233.

[3] 張順斌,陳濤,晏萍,等.實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在庫(kù)區(qū)某滑坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2010,6(2):1714-1719.

[4] 杜建軍.基于GPS技術(shù)的滑坡自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[D].重慶:重慶大學(xué),2005.

Discussion on the Automatic Monitoring of Slope Geological Hazard

OU Shu-zhao,HUANG Jia-xu,LI Jian-long
(Guan gdon g Hydrogeological Team, Guan gzhou Guan gdon g 510510)

In order to realize the automatic monitoring of the slope safety,this paper uses the type of GT-MCU32(Integrated Automatic Acquisition System)to monitor it.The data transfers through the GPRS or CDMA wireless network.The software automatically scales the measurement data,and directly output the displacement of monitoring point.And the acquisition and monitoring of sensor data are completed.This paper takes“the automation monitoring of landslide/collapse geological disasters”as an example,and analyses the monitoring principle and monitoring method.It illustrates the significance of carrying out the automatic monitoring.

slope geological hazard;collapse;landslide;automatic monitoring

P694

B

1671-4733(2015)01-0010-04

10.3969/j.issn.1671-4733.2015.01.003

2015-01-21

歐樹(shù)召(1981-),男,湖南郴州人,工程師,研究方向?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害,電話:13016001949。