邊坡智能化監(jiān)測系統(tǒng)在邊坡工程中的搭建與應(yīng)用研究

陸家成

摘 要：本文以實際邊坡為案例，設(shè)計了一套邊坡智能化監(jiān)測系統(tǒng)，通過這套智能化的監(jiān)測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)自動化采集邊坡各監(jiān)測指標(biāo)數(shù)據(jù)，并利用現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、智能分析、自動預(yù)警等技術(shù)，掌握邊坡穩(wěn)定性狀況，達到邊坡智能化監(jiān)測的目的。

關(guān)鍵詞：邊坡工程；監(jiān)測指標(biāo)；智能化監(jiān)測

1 工程概況

邊坡所在公路地處深圳市東部大鵬灣沿海地帶，屬于海岸低山丘陵與半島海灣沖積平原。在低山丘陵中，以高丘陵為主，其間夾有小型盆地與谷地；在平原地貌中，以瀉湖平原為主。地形高差較大，并呈北高南低之勢，路線走廊范圍海拔變化在0～300m之間。邊坡位于葵涌鎮(zhèn)和壩光分界徑心坳埡口兩側(cè)，垂向公路為一分水嶺，向南經(jīng)壩光水庫流向白沙灣，向北經(jīng)徑心水庫、徑心河流向葵涌，主要為丘陵低山地貌單元。巖性主要為第四系殘坡積含砂亞粘土、亞粘土和燕山期全～微風(fēng)化花崗巖、花崗斑巖和構(gòu)造角礫巖。

邊坡最高為6級，各級邊坡的設(shè)計坡率及防護措施為：第一級邊坡坡率為1：0.5，設(shè)置4m高腳墻，第二級邊坡坡率為1：1.5，分別采用客土噴播防護和TBS巖石植被防護并部分采用預(yù)應(yīng)力錨索框架加固；第三級邊坡坡率為1：1.5，分別采用客土噴播防護和TBS巖石植被防護；第四級到第六級邊坡坡率為1：1.25，采用TBS巖石植被防護，臨近的邊坡采用客土噴播防護。

2 邊坡智能化監(jiān)測系統(tǒng)組成

邊坡智能化監(jiān)測系統(tǒng)是集目前各種先進的監(jiān)測設(shè)備、監(jiān)測儀器、通訊技術(shù)以及其它技術(shù)手段于一體的最新邊坡監(jiān)測方式，能自動、實時、全面、準(zhǔn)確的采集邊坡的相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對海量信息進行挖掘分析，為邊坡的安全、高效、經(jīng)濟運營管養(yǎng)提供支持。邊坡智能化監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集傳輸及輔助子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)、邊坡穩(wěn)定性評估與預(yù)警子系統(tǒng)、用戶界面子系統(tǒng)組成。

2.1 傳感器子系統(tǒng)

傳感器子系統(tǒng)是邊坡智能化監(jiān)測系統(tǒng)中最主要的部分，通過該子系統(tǒng)可獲得邊坡體變形的重要信息：位移、沉降、傾斜、應(yīng)力應(yīng)變及外部環(huán)境等信息。傳感器子系統(tǒng)一般包括有：GPS、固定式測斜儀、裂縫計、水壓計、雨量計、應(yīng)力應(yīng)變計等。

2.2 數(shù)據(jù)采集、傳輸及輔助子系統(tǒng)

通過該子系統(tǒng)，邊坡智能化監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的自動化采集、自動化傳輸?shù)裙δ?，同時還能提供現(xiàn)場供電、系統(tǒng)防雷等輔助模塊。

2.3 數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)能夠完成邊坡智能化監(jiān)測系統(tǒng)運行期間的所有數(shù)據(jù)信息存儲，并實現(xiàn)各種資料的歸檔、存儲、查詢、管理和調(diào)用等功能。

2.4 邊坡穩(wěn)定性評估與預(yù)警子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)與傳感器子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集傳輸子系統(tǒng)有機地組合在一起，對系統(tǒng)采集的海量數(shù)據(jù)進行分析處理，實現(xiàn)邊坡穩(wěn)定性評估、監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)測及自動安全預(yù)警等功能。

2.5 用戶界面子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)實現(xiàn)工程信息管理、監(jiān)測數(shù)據(jù)管理、邊坡穩(wěn)定性評估、監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)測及自動安全預(yù)警等功能的可視化和可操作化。

3 監(jiān)測指標(biāo)與監(jiān)測方法

在設(shè)計本邊坡監(jiān)測指標(biāo)時，綜合考慮地質(zhì)情況、邊坡等級及邊坡實際危險部位等因素。本邊坡監(jiān)測指標(biāo)及監(jiān)測方法如表3-1所示。

5雨量監(jiān)測監(jiān)測邊坡所在區(qū)域降雨量的大小雨量計

4 測點布置與設(shè)備選型

4.1 測點布置

本邊坡監(jiān)測測點布置根據(jù)現(xiàn)場勘查結(jié)果，遵循經(jīng)濟實用原則進行布設(shè)。各監(jiān)測指標(biāo)測點布置方法如表4-1所示，測點布置圖如圖4-1所示。

4.2 傳感器及采集設(shè)備選型

根據(jù)市場調(diào)研結(jié)果，傳感器及采集設(shè)備型號的選擇在滿足監(jiān)測性能要求的情況下，盡量經(jīng)濟實用。各監(jiān)測指標(biāo)相關(guān)設(shè)備型號參數(shù)選擇如表4-2所示。

5 數(shù)據(jù)傳輸、供電及防雷方法

5.1 數(shù)據(jù)傳輸

根據(jù)邊坡的現(xiàn)場環(huán)境，在邊坡的相應(yīng)地方設(shè)置監(jiān)測點后，將現(xiàn)場所有安裝的傳感器連接到現(xiàn)場監(jiān)測站，在監(jiān)測站安裝一個采集儀防護箱，所有的傳感器連接電纜全部引進采集儀防護箱連接采集儀，系統(tǒng)由遠程控制，通過采集儀采集傳感器數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)通過3G/4G的無線數(shù)據(jù)傳輸方式將傳感器數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)娇刂浦行摹?/p>

5.2 系統(tǒng)供電

A邊坡現(xiàn)場離最近的電源輸出點距離較遠，本方案考慮采用太陽能供電系統(tǒng)對現(xiàn)場監(jiān)測站進行供電。太陽能發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池板、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。輸出的電壓為12V，直接供給設(shè)備使用，共配4塊18V/160W的太陽能電池板、6塊12V、120AH的蓄電池，由一臺太陽能控制器進行控制。為了維護方便，GPS測點之間距離較遠，本方案對GPS實行單獨供電，每套GPS接收機配一塊18V/80w電池板、一臺太陽能控制器、一個12V/120AH的蓄電池。

5.3 系統(tǒng)防雷

多重防雷措施并舉，包括防直擊雷、防感應(yīng)雷。防直擊雷主要采用預(yù)放電避雷針及有效接地來實現(xiàn)；防感應(yīng)雷包括電源防雷和信號防雷，其中電源防雷主要通過電源防雷器以及有效接地來實現(xiàn)，而信號防雷則主要通過信號光電隔離及信號防雷器來實現(xiàn)。所有監(jiān)測點其主機均安裝保護箱內(nèi)并設(shè)置防直擊雷避雷針，所有監(jiān)測點主機信號線路設(shè)置信號防雷保護器，所有設(shè)備及其保護箱都嚴格接地，接地電阻應(yīng)小于4Ω，同一橫斷面上多個防雷接地點在距離較近時可考慮連接成防雷網(wǎng)。

6 結(jié)論

本文通過對實際邊坡工程進行分析，確定了該邊坡智能化監(jiān)測指標(biāo)和監(jiān)測方法，設(shè)計了邊坡智能化監(jiān)測系統(tǒng)，整個邊坡智能化監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集傳輸及輔助子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)、邊坡穩(wěn)定性評估與預(yù)警子系統(tǒng)、用戶界面子系統(tǒng)共5個子系統(tǒng)組成，并對各子系統(tǒng)的構(gòu)建方法進行了詳細的研究與介紹。

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