高速公路邊坡遠程監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的探討

張路欣

(中原工學(xué)院，河南鄭州　451191)

高速公路邊坡遠程監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的探討

張路欣

(中原工學(xué)院，河南鄭州451191)

摘要:以邊坡醫(yī)院為例，介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測系統(tǒng)，闡述了遠程監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的基本架構(gòu)及特點，指出該系統(tǒng)能夠更好的應(yīng)對持續(xù)強降雨、地震等因素作用下，高速公路邊坡可能發(fā)生的坍塌、滑坡等突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險，并及早做出預(yù)警。

關(guān)鍵詞:邊坡，物聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)測預(yù)警，醫(yī)院

邊坡巖土體由初始變形到最終破壞性滑坡的失穩(wěn)破壞過程是一個從漸變到突變的動態(tài)演變過程。應(yīng)用適當?shù)谋O(jiān)測手段，實時掌握其變形運動特征及相關(guān)影響指標的定量演化過程，準確捕捉災(zāi)害前兆特征信息，就可以有根據(jù)地判斷災(zāi)害險情的發(fā)生，做到提前預(yù)防，科學(xué)決策。因此，公路邊坡監(jiān)測已逐漸發(fā)展成為評價公路高邊坡安全穩(wěn)定性、實施災(zāi)害預(yù)警的前提保障。

通過建立邊坡遠程監(jiān)測、風(fēng)險評價與災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，能及時、準確地掌握邊坡的現(xiàn)狀及預(yù)測邊坡的穩(wěn)定發(fā)展趨勢，能通過仿真模型分析實現(xiàn)預(yù)警、報警功能;能實時采集邊坡相關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)，給邊坡的災(zāi)害防治工作起到指導(dǎo)作用。

1　高速公路邊坡的特點

公路邊坡是一個多因素耦合的、高度非線性的、跨越連續(xù)—非連續(xù)的復(fù)雜動態(tài)演化系統(tǒng)。影響公路邊坡安全穩(wěn)定性的因素眾多，包括地形地貌條件、坡體結(jié)構(gòu)特征、巖土力學(xué)性質(zhì)、巖體質(zhì)量指標、風(fēng)化破碎程度、構(gòu)造裂面發(fā)育狀態(tài)等內(nèi)部因素，以及水文地質(zhì)條件，地震及氣象條件、人為活動等外部環(huán)境因素。

同時，公路邊坡系統(tǒng)又是一個具有隨機性、模糊性、灰色性與未知性的不確定性系統(tǒng)，定性信息與定量信息共存。首先，邊坡內(nèi)部結(jié)構(gòu)面、巖土力學(xué)參數(shù)等變量在空間上都表現(xiàn)出很強的隨機性;其次，植被、地下水等因素對邊坡穩(wěn)定性的作用規(guī)律目前尚未完全掌握，必須采用定性或半定量的模糊處理方式進行描述;邊坡體是經(jīng)過地質(zhì)歷史長期演化形成的產(chǎn)物，其演化歷史過程不可能認識清楚，導(dǎo)致邊坡當前狀態(tài)必然是灰色的，部分信息已知而部分信息未知;邊坡環(huán)境變化、氣象條件都是未來事件，盡管可以預(yù)估，但本質(zhì)上是未知的。

2　基于物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)( Internet of Things)是通過射頻識別( RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)見圖1。從技術(shù)架構(gòu)上來看物聯(lián)網(wǎng)可分為三層:感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。1)感知層。在邊坡上安裝各類傳感器及相關(guān)設(shè)備，用來獲取邊坡監(jiān)測點的地層位移、地下水位、水壓、錨桿壓力、傾角、雨量等相關(guān)信息。2)網(wǎng)絡(luò)層。通過敷設(shè)在邊坡上的采集及發(fā)射裝置，利用GSM/GPRS/CDMA，共同構(gòu)建覆蓋整條高速公路病害邊坡的傳輸層，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的交互、整合。3)應(yīng)用層。應(yīng)用層實現(xiàn)遠程監(jiān)測和控制，數(shù)據(jù)上報和信息共享功能，取得的數(shù)據(jù)，同分析、評價、預(yù)警等系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)實時監(jiān)測、動態(tài)分析和及時預(yù)警。

圖1　監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

隨著傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，各國開始致力于構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)(傳感網(wǎng))技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害遠程自動化監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由現(xiàn)場布設(shè)的各類分布式傳感器、數(shù)據(jù)采集發(fā)射設(shè)備、傳感器數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)處理軟件構(gòu)成，以實現(xiàn)對地質(zhì)災(zāi)害的全面感知和可靠傳輸。

3　邊坡醫(yī)院

邊坡醫(yī)院是仿照現(xiàn)實中醫(yī)院的組織結(jié)構(gòu)與運行模式建立起來的邊坡遠程監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，主要服務(wù)于各類高速公路病害邊坡的監(jiān)測數(shù)據(jù)管理、穩(wěn)定性分析評價和失穩(wěn)預(yù)警預(yù)報等相應(yīng)的工作。

邊坡醫(yī)院系統(tǒng)總體架構(gòu)包括內(nèi)外兩大主界面和縱橫兩條主線。邊坡醫(yī)院科室及人員配置見圖2。

圖2　邊坡醫(yī)院科室及人員配置

3.1兩大主界面

內(nèi)部界面主要是面向醫(yī)院員工，每個科室都有各自的主界面，每個員工都有各自不同的任務(wù)和權(quán)限，彼此以網(wǎng)頁方式開展業(yè)務(wù)和互動。外部界面主要是面向邊坡所屬單位，每個單位都有自己的探視大廳，每個邊坡都有自己的探視室，系統(tǒng)通過網(wǎng)頁與微信的方式和所屬單位相關(guān)負責(zé)人互動，為所屬單位提供關(guān)于邊坡的詳盡信息，以及關(guān)于治理的意見和建議，使所屬單位能夠及時做出合理決策。

3.2兩條主線

縱線以科室設(shè)置與人員配置為主線，主要包括一線科室、二線科室和探視大廳。一線科室包括掛號科、護理科、監(jiān)測科、診斷科和外聯(lián)科五個科室;二線科室包括人事科、后勤科和檔案室三個科室。

科室員工分為五類:護士、巡視員、醫(yī)生、后勤人員和院長，其中護士在一線科室工作，巡查人員在監(jiān)測科工作，醫(yī)生在診斷科工作，后勤人員在后勤科和檔案室工作，院長可以兼管所有崗位。

橫線以數(shù)據(jù)的推送與展現(xiàn)為主線，數(shù)據(jù)主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括業(yè)主信息和邊坡信息。

業(yè)主資料由掛號科錄入，邊坡信息由護理科錄入。監(jiān)測數(shù)據(jù)又包括傳感器數(shù)據(jù)(物理)和測點數(shù)據(jù)(邏輯)，經(jīng)處理之后形成測點數(shù)據(jù)，然后推送到監(jiān)測科，監(jiān)測科對其數(shù)據(jù)進行判斷、標識和加工，然后由診斷科根據(jù)邊坡信息和監(jiān)測科的數(shù)據(jù)，選擇相應(yīng)的模型或方法，對邊坡進行穩(wěn)定性評價及風(fēng)險評估，數(shù)據(jù)經(jīng)過外聯(lián)科審核和發(fā)布，通過探視大廳提供給用戶，后勤科對傳感器及其設(shè)備進行管理，最終所有數(shù)據(jù)由檔案室負責(zé)整理歸檔，以備后期查詢。信息流程見圖3。

圖3　信息流程圖

4　結(jié)語

采用傳統(tǒng)測量設(shè)備、定期人工現(xiàn)場觀測的監(jiān)測方法不僅勞動強度大、運行成本高，而且效率低，時效性差，決策部門和專家難以及時了解地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)場的動態(tài)監(jiān)測結(jié)果，難以做到“早發(fā)現(xiàn)、早治理、早預(yù)防”。因此，采用自動化、遠程化、高精度的邊坡監(jiān)測技術(shù)及設(shè)備已逐漸成為高速公路邊坡管理的必然選擇。

參考文獻:

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［3］周平根，李昂，張艷玲，等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能［J］.工程地質(zhì)學(xué)報，2013( 4) :46.

［4］曹詩詠.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的滑坡監(jiān)測研究［D］.成都:西南石油大學(xué)，2009.

Inquiry on long-distance monitoring and warning system of highway slope

Zhang Luxin
( Zhongyuan College of Industry，Zhengzhou 451191，China)

Abstract:Taking the slope hospital as an example，the paper introduces basic framework and features of long-distance monitoring and warning system on the basis of the Internet of Things，and points out that can better handle with possible collapse and landslide and other sudden geological disasters and makes earning warning under the action of continuous dewatering and earthquake and so on.

Key words:slope，Internet of Things，monitoring and warning，hospital

作者簡介:張路欣(1988-)，男，在讀碩士

收稿日期:2015-11-21

文章編號:1009-6825( 2016) 04-0138-02

中圖分類號:U416.14

文獻標識碼:A