邊坡災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及工程應(yīng)用

王威

摘 要 隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也在不斷發(fā)展進(jìn)步，應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大。邊坡災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警是新時期物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個重要的方面。文章從道路邊坡安全問題出發(fā)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)，探討建立基于光纖光柵傳感器的完整公路邊坡安全監(jiān)測方法的技術(shù)可行性。通過該技術(shù)在公路邊坡防護(hù)中的應(yīng)用，可以實現(xiàn)公路邊坡安全事故的預(yù)警，保證公路的安全運(yùn)行，對新時期的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及工程應(yīng)用有很強(qiáng)的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞 邊坡災(zāi)害；監(jiān)測預(yù)警；物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)；工程應(yīng)用

中圖分類號 G2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）222-0142-02

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物，其最基本的作用模式就是“互聯(lián)網(wǎng)+實物”，也就是可以實時的對實物進(jìn)行監(jiān)控和管理。目前，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷的擴(kuò)大，尤其是在物流領(lǐng)域和檢測領(lǐng)域。邊坡災(zāi)害在眾多自然災(zāi)害中的發(fā)生頻率比較高，并且由于災(zāi)害發(fā)生的地理位置比較偏僻，在現(xiàn)實的檢測和預(yù)警中具有一定操作難度，而物聯(lián)網(wǎng)可以很好的解決這一難題。

1 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物，而真正地提出了物聯(lián)網(wǎng)概念是在1999年。物聯(lián)網(wǎng)實際上是通過傳感器、射頻識別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)技術(shù)來實現(xiàn)實物的管理，具體包括聲音、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置、及其它客觀需要的信息的采集，然后再通過數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)互動的物體或過程的實時監(jiān)控。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實現(xiàn)一定需要互聯(lián)網(wǎng)的接入，只有互聯(lián)網(wǎng)參與其中才能實現(xiàn)智能產(chǎn)品和過程的感知、識別和管理。

總而言之，物聯(lián)網(wǎng)是計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，在電網(wǎng)配備、各種傳感器、道路、橋梁、建筑、鐵路、隧道、石油和天然氣管道、水壩、供水系統(tǒng)、災(zāi)害檢測中均有很強(qiáng)的應(yīng)用。毫無疑問，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將給人民的日常生活帶來巨大的變化，但是有多少技術(shù)應(yīng)用尚未探索，本文主要從邊坡災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警的角度切入，就邊坡災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及工程應(yīng)用展開詳細(xì)研究。

2 以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的邊坡安全監(jiān)測技術(shù)

近幾年，隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，相應(yīng)的人們對與道路建設(shè)安全性要求也在不斷的提高，但是在現(xiàn)實的道路邊坡管理中，邊坡安全問題仍有十分突出。在專業(yè)領(lǐng)域，主要有兩類危險型的邊坡，一種是坡度為30°～60°且高度大于30m的巖質(zhì)邊坡，另一種是坡度大于60°且高度大于20m的高陡坡。在具體應(yīng)用領(lǐng)域，可以根據(jù)邊坡的變形特性和機(jī)理，將邊坡變形分為滑坡、塌方、拼湊、傾倒幾種情況，相應(yīng)的不同情況也會采用不同的物聯(lián)網(wǎng)邊坡安全監(jiān)測技術(shù)來進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)警。

2.1 光纖方面

“光纖布拉格光柵傳感器技術(shù)”是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在邊坡安全監(jiān)測技術(shù)中比較重要的組成部分，亦是邊坡安全監(jiān)測技術(shù)中使用的最基本傳感器技術(shù)，近年來已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，被譽(yù)為20世紀(jì)測試領(lǐng)域的一項重大發(fā)明。光纖布拉格光柵傳感器技術(shù)發(fā)展迅速，已成為許多領(lǐng)域的前沿研究和應(yīng)用方向，其作用原理主要是采用通信單模光纖作為傳感介質(zhì)，從而可以根據(jù)不同的封裝測量位移，壓力、應(yīng)變等各種物理量，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)操作，易與光纖通信系統(tǒng)集成，并且具有耐腐蝕、小漂移、高靈敏度、長壽命的特點。

在現(xiàn)實操作中，會根據(jù)不同地質(zhì)條件的不同，采用不同光纖傳感技術(shù)，常見的有預(yù)應(yīng)力錨索傳感、噴錨網(wǎng)防護(hù)傳感、鋼絲網(wǎng)加固傳感、植樹綠化傳感等。現(xiàn)實中最常見的使用方法就是將物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)跟高陡斜坡的穩(wěn)定性和后期維護(hù)安全風(fēng)險狀態(tài)處理相結(jié)合，然后將高陡邊坡的安全隱患進(jìn)行實時傳感處理，常見的傳感監(jiān)測有溫度，降雨、地面應(yīng)力等，從而很好的解決邊坡災(zāi)害隱蔽、長期變化、累積、突變的讓特點，對邊坡災(zāi)害進(jìn)行實時的安全監(jiān)測和預(yù)警，達(dá)到早期預(yù)防災(zāi)害的目的。

2.2 安全監(jiān)測預(yù)警技術(shù)

安全監(jiān)測預(yù)警技術(shù)主要是對魚邊坡災(zāi)害的一種預(yù)防措施，其技術(shù)的著重點落在電量傳感器的穩(wěn)定性控制上，并且常常和智能感知材料技術(shù)配合使用。智能感知材料技術(shù)近年來快速發(fā)展，為邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測提供了一種新方法，特別是對光纖布拉格光柵傳感器技術(shù)，對光合波的設(shè)備維護(hù)、信號解調(diào)、光纖跳線處理、傳輸電纜維護(hù)、光開關(guān)解調(diào)和系統(tǒng)軟件升級均有性能上的幫助。通過安全監(jiān)測預(yù)警技術(shù)，可以很好的監(jiān)控邊坡的穩(wěn)定性，及時的收集處理滑坡預(yù)警信息，降低邊坡坍塌等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性。

在新時期的安全監(jiān)測預(yù)警技術(shù)也隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷進(jìn)步而有所進(jìn)步，現(xiàn)階段的安全監(jiān)測預(yù)警技術(shù)基本上已經(jīng)實現(xiàn)了實時監(jiān)控，相應(yīng)的傳感器傳感信息的傳輸效率也有了明顯的提高，但是安全監(jiān)測預(yù)警技術(shù)仍舊有很大的發(fā)展中間，尤其是在數(shù)據(jù)儲存容量方面。現(xiàn)階段很多的安全監(jiān)測預(yù)警技術(shù)的傳輸監(jiān)控點數(shù)量偏少，很多邊坡的安全監(jiān)控上存在一些監(jiān)測的盲區(qū)，從而會遺漏一些監(jiān)控點，在現(xiàn)實生活中要有意識的加強(qiáng)和改進(jìn)。

3 邊坡災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及工程應(yīng)用

目前，我國在邊坡災(zāi)害的安全監(jiān)測預(yù)警方面開展較少，在一些復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造中，很容易發(fā)生崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。在這種情況下，邊坡安全監(jiān)測預(yù)警就顯得尤為重要。

3.1 深部位移監(jiān)測

深部位移監(jiān)測技術(shù)是利用監(jiān)測結(jié)構(gòu)內(nèi)部變形來進(jìn)行的，是邊坡災(zāi)害對邊坡結(jié)構(gòu)干擾程度的直接體現(xiàn)。深部位移監(jiān)測技術(shù)的操作原理并不復(fù)雜，首先，內(nèi)位移監(jiān)測通過沖壓變形區(qū)，嵌入專門的內(nèi)位移監(jiān)測設(shè)備，實時采集內(nèi)位移數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器，從而完成內(nèi)位移監(jiān)測。之后，再將內(nèi)位移監(jiān)測固定式測斜儀通過鉆探的方式，將測頭送入連桿埋入壩體內(nèi)，當(dāng)壩體內(nèi)位移變化時，測頭將會傾斜，從而信號電纜插入地面，測得外位移監(jiān)測情況。需要注意的是，每臺內(nèi)位移監(jiān)測儀均由一組內(nèi)傾儀進(jìn)行內(nèi)位移監(jiān)測的，監(jiān)測點的選擇需要結(jié)合地質(zhì)勘探報告和場地地形條件，而鉛垂線段測量變形則需要在規(guī)定位置上進(jìn)行安裝，固定測斜儀則需要沿井底方向安裝。

3.2 相對位移監(jiān)測

邊坡災(zāi)害的造成情況比較復(fù)雜，相應(yīng)的影響因素也比較多變，像監(jiān)測滑坡、崩塌變形裂縫、崩塌滑動均可能導(dǎo)致邊坡災(zāi)害的發(fā)生。為了對邊批災(zāi)害的嚴(yán)重程度進(jìn)行有效的測量和控制，相對位移監(jiān)測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。相對位移監(jiān)測主要由伸縮桿組成的，具有安裝簡單、使用方便、不耗電等優(yōu)點，而且可以實現(xiàn)待機(jī)過程的實時監(jiān)控。在相對位移監(jiān)測過程中，只需要將控制系統(tǒng)軟件打開，監(jiān)控數(shù)據(jù)便可由前端集成軟件完成。

在測量變形時，結(jié)構(gòu)的振動會引起位移計的位移，萬向連接軸部分會被傳遞給二次機(jī)械負(fù)放大機(jī)構(gòu)，負(fù)放大的振動位移再傳遞給弦，成為振動弦的應(yīng)力變化。通過激勵振動弦電磁線圈，然后再通過電纜傳輸?shù)阶x出裝置，從而測量出振動頻率、頻率信號及待測結(jié)構(gòu)的位移。

3.3 降雨量監(jiān)測

邊坡災(zāi)害與降雨量、降雨歷時、降雨模式有著密切的聯(lián)系。換句話說，降雨類型的規(guī)模和時間、連續(xù)的強(qiáng)降雨類型和當(dāng)?shù)乇┯暾T發(fā)地質(zhì)災(zāi)害類型都有自己的特點，而降雨量監(jiān)測站可以通過變形監(jiān)測點的設(shè)置來加強(qiáng)變形點的實時監(jiān)控，從而有利于邊坡災(zāi)害的安全形勢分析，為災(zāi)害預(yù)警提供可靠的參數(shù)。降雨量監(jiān)測實際上是參考了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的作用模式，用的雨量監(jiān)測站系統(tǒng)由一個雨量計和PVC列碼頭（或鍍鋅鋼支架，視情況而定）構(gòu)成，充當(dāng)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的傳感器。通過降雨量監(jiān)測，可以實現(xiàn)降雨量的智能數(shù)據(jù)采集，并且可以實現(xiàn)長期存儲和遠(yuǎn)程傳輸。

4 新時期加強(qiáng)邊坡災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及工程應(yīng)用的合理化建議

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)能力，一定要加強(qiáng)邊坡災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及工程應(yīng)用方面的科技創(chuàng)新，從而從根本上保證技術(shù)應(yīng)用的先進(jìn)性。在科技創(chuàng)新研發(fā)與現(xiàn)實應(yīng)用的銜接過程中，一定要講究實事求是，做到理論聯(lián)系實際，注重技術(shù)在現(xiàn)實操作中的時效性研究。另外，也要有意識的加強(qiáng)邊坡災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及工程應(yīng)用方面的人才隊伍建設(shè)，為邊坡災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警水平的提高提供充足的人才基礎(chǔ)。一定要加強(qiáng)人才的培養(yǎng)，完善人才的專業(yè)培養(yǎng)方案，不斷挖掘人才的潛在價值，將人才在邊坡災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警方面的專業(yè)性盡可能大的提高，從而加速邊坡災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警的發(fā)展速度。

5 結(jié)論

邊坡災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警水平的提高并不是可以一蹴而就的，其中牽扯到的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和工程應(yīng)用的提高也是需要一步一個腳印踏實前行的。最后，謹(jǐn)以本文祝邊坡災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及工程應(yīng)用相關(guān)方面工作開展順利。

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