邊坡無線自動監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用研究

宋亞洲

（江蘇東交智控科技集團(tuán)股份有限公司，江蘇南京 210000）

隨著我國交通建設(shè)和信息技術(shù)發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被越來越多應(yīng)用于公路邊坡監(jiān)測。邊坡具有地質(zhì)復(fù)雜、人工開挖等特點(diǎn)，導(dǎo)致許多滑坡、坍塌等自然災(zāi)害發(fā)生，邊坡的失穩(wěn)和破壞難以控制、不易預(yù)測、不能準(zhǔn)確預(yù)判。有必要研發(fā)一套無線自動邊坡監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工程監(jiān)測的無人現(xiàn)場作業(yè)和監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程獲取，為邊坡日常養(yǎng)護(hù)、管理和突發(fā)事件提供可靠依據(jù)，對于保障人們的生命財產(chǎn)安全具有現(xiàn)實(shí)意義。邊坡自動監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)可以對邊坡的地表位移、深層水平位移變形、地下水位等指標(biāo)進(jìn)行全天候、不間斷監(jiān)測，進(jìn)行實(shí)時的數(shù)據(jù)采集，對邊坡穩(wěn)定進(jìn)行預(yù)警預(yù)報，及時發(fā)現(xiàn)危險。

1 邊坡自動監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)平臺基于Java 2 PlatformEnterprise Edition（J2EE）技術(shù)開發(fā)。

J2EE平臺可以提供一個多層結(jié)構(gòu)的分布式的應(yīng)用程序模型，該模型具有重用組件能力、統(tǒng)一的安全模式和靈活的事務(wù)控制，為搭建具有可伸縮性、靈活性、易維護(hù)性的商務(wù)系統(tǒng)提供良好的機(jī)制。

邊坡自動監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)平臺結(jié)合無線傳感網(wǎng)絡(luò)，省時省力，可以進(jìn)行不間斷連續(xù)監(jiān)測，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，對地形條件的要求較低，能夠替代人為數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)邊坡穩(wěn)定性的實(shí)時預(yù)警監(jiān)測。系統(tǒng)主要監(jiān)測內(nèi)容有邊坡地表位移、土體內(nèi)部位移、水位、降雨量等參數(shù)，均可以分析邊坡穩(wěn)定性。

1.2 系統(tǒng)功能

（1）實(shí)時監(jiān)控。

該功能面向所有系統(tǒng)用戶，方便施工參建各方實(shí)時查看監(jiān)測數(shù)據(jù)，對施工作業(yè)及時進(jìn)行調(diào)整。

（2）數(shù)據(jù)查詢。

該功能面向施工管理人員，可以提供歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢功能。

（3）數(shù)據(jù)分析。

該功能面向施工管理人員，具有提供監(jiān)測數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、圖形繪制、變形預(yù)測、報表打印等功能。

1.3 系統(tǒng)展示

系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容主要由環(huán)境主題、變形主題、受理主題組成，分別對各指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，系統(tǒng)還包括各指標(biāo)的數(shù)據(jù)分析以及預(yù)警模塊，實(shí)現(xiàn)邊坡現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、分析以及預(yù)警等功能。

1.4 系統(tǒng)自動預(yù)警機(jī)制

預(yù)警信息根據(jù)用戶配置閾值進(jìn)行自動比對分析，監(jiān)測值超出設(shè)定的閾值時會觸發(fā)報警機(jī)制，用戶進(jìn)入系統(tǒng)的第一時間能夠看到報警數(shù)據(jù)提示。所有歷史預(yù)警數(shù)據(jù)均匯總保存，具有處理閉合機(jī)制，方便用戶隨時查看和處理。

系統(tǒng)預(yù)警界面如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)預(yù)警界面

監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行時，系統(tǒng)能夠根據(jù)采集值與閾值的偏差程度，自動判定預(yù)警屬于初級預(yù)警、中級預(yù)警和高級預(yù)警中的哪個級別，預(yù)警指標(biāo)數(shù)值在系統(tǒng)平臺以不同顏色字體標(biāo)注顯示。以短信預(yù)警通知對應(yīng)的參建管理人員，在預(yù)警指標(biāo)和預(yù)警短信內(nèi)容中連并發(fā)送建議預(yù)警處理方案，便于人員根據(jù)建議及時查找預(yù)警原因。

2 系統(tǒng)應(yīng)用及分析

2.1 工程概況

本次邊坡工程位于隧道的出口處，為山體中間低洼處，地形較陡，均為巖質(zhì)邊坡。邊坡坡高6～8 m，坡腳存在土壤掏空現(xiàn)象，坡頂?shù)慕厮疁蠐p毀嚴(yán)重，該處邊坡無防護(hù)措施，存在較大的安全隱患。邊坡有小范圍滑塌病害，采取袋裝土回填措施，并對坡頂?shù)慕厮疁虾推履_擋墻進(jìn)行重新設(shè)計和修筑，目前整體較為穩(wěn)定。

2.2 監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)

本邊坡的監(jiān)測內(nèi)容根據(jù)本項目地區(qū)地質(zhì)特征特點(diǎn)選擇。監(jiān)測的主體是邊坡地質(zhì)體，監(jiān)測的內(nèi)容是邊坡失穩(wěn)的條件，除監(jiān)測主體外，還能夠?qū)?dǎo)致失穩(wěn)的因素、失穩(wěn)動力和相關(guān)因素進(jìn)行監(jiān)測。

根據(jù)邊坡實(shí)際情況，對地表位移點(diǎn)布監(jiān)測設(shè)3個；對內(nèi)部深層位移布設(shè)3個測斜孔，孔徑15 m，每個測孔布置3個測點(diǎn)，共9個傳感器；為減少現(xiàn)場施工打孔，地下水位與測斜孔共用，布設(shè)2個監(jiān)測點(diǎn)；將降雨量、監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)在邊坡的地勢較高且無遮擋處。

監(jiān)測點(diǎn)布置如圖2所示。

圖2 監(jiān)測點(diǎn)布置

2.3 應(yīng)用效果分析

各監(jiān)測指標(biāo)均對邊坡穩(wěn)定性均具有直接影響，數(shù)據(jù)值變化較大會對邊坡穩(wěn)定性造成不利影響。從現(xiàn)場情況分析，本工程降雨量對其他監(jiān)測因素的影響較大，通過降雨量對其他指標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，觀察其他指標(biāo)的數(shù)據(jù)變化，不局限于分析一個因素影響。

（1）降雨量與地下水位關(guān)聯(lián)分析。

坡體中地下水的主要補(bǔ)給源為降水，可以根據(jù)降雨監(jiān)測間接估計水位的變化趨勢。

降雨量與地下水位關(guān)聯(lián)分析如圖3所示。

圖3 降雨量與地下水位關(guān)聯(lián)分析

水位變化直接影響邊坡穩(wěn)定性，水位情況隨著降雨量變化。雨量增大時，地下水位及土壤濕度隨之變大；沒有降雨時，土壤濕度逐漸減小，水位值趨于穩(wěn)定。

（2）降雨量與邊坡地表位移關(guān)聯(lián)分析。

邊坡地表位移是邊坡穩(wěn)定性的必須監(jiān)測項，可以準(zhǔn)確反映邊坡的穩(wěn)定性。

降雨量與邊坡表面位移關(guān)聯(lián)分析如圖4所示。

圖4 降雨量與邊坡表面位移關(guān)聯(lián)分析

降雨后，地表位移有明顯波動，雨量變小或無降水時，表面位移保持相對穩(wěn)定狀態(tài)。表面位移呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)情況較為穩(wěn)定，該邊坡結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）降雨量與深層水平位移關(guān)聯(lián)分析。

邊坡坡體在內(nèi)力作用下，內(nèi)部會產(chǎn)生較小的裂縫，隨著時間推移，裂縫越來越大，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)滑坡，造成不可預(yù)估的后果，有必要對內(nèi)部位移進(jìn)行監(jiān)測，可以有效對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評價。

降雨量與深層水平位移關(guān)聯(lián)分析如圖5所示。

圖5 降雨量與深層水平位移關(guān)聯(lián)分析

隨著降雨及地下水位變化，深層水平位移也產(chǎn)生變化，但在短時間內(nèi)就會隨雨量減小而趨于穩(wěn)定狀態(tài)。本項目深層水平位移大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)變化較為穩(wěn)定，邊坡所處的狀態(tài)穩(wěn)定。

（4）邊坡預(yù)警分析。

根據(jù)邊坡監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，制定各指標(biāo)相應(yīng)預(yù)警閾值，依據(jù)不同范圍值制定預(yù)警等級，對超出容許偏差的情況進(jìn)行實(shí)時系統(tǒng)報警或短信預(yù)警。根據(jù)采集數(shù)據(jù)自動比對分析，監(jiān)測值超出設(shè)定的閾值會觸發(fā)報警機(jī)制，用戶可以在進(jìn)入系統(tǒng)的第一時間看到報警數(shù)據(jù)提示。系統(tǒng)可以對所有歷史預(yù)警數(shù)據(jù)匯總保存，具有處理閉合機(jī)制，方便用戶隨時查看和處理。

3 結(jié)語

本工程邊坡所處狀態(tài)良好，大部分監(jiān)測項和監(jiān)測數(shù)據(jù)變化較為穩(wěn)定，雖出現(xiàn)預(yù)警，但經(jīng)現(xiàn)場確認(rèn)，均采取合理措施處理。監(jiān)測系統(tǒng)可以確保施工安全，規(guī)避不必要的人員和設(shè)備損失，節(jié)省許多人力、物力。研發(fā)邊坡自動監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)平臺，可以對邊坡進(jìn)行地表位移、內(nèi)部位移、降水量及水位等一系列參數(shù)的無線自動監(jiān)測，實(shí)時獲取影響邊坡穩(wěn)定狀態(tài)的各參數(shù)信息。平臺預(yù)警系統(tǒng)可以對信息進(jìn)行實(shí)時分析，將邊坡穩(wěn)定信息發(fā)送到平臺，自動發(fā)送信息告知相關(guān)人員，實(shí)現(xiàn)邊坡的全天候自動監(jiān)測。