边坡稳定自动监测预警系统

由于地壳的运动变化或因坡体岩石遭受长期风化作用变得松散而土化，这些处于不稳定状态的山体，在遇到汛期雨水或地下水的渗透、冲刷和侵蚀下，强度变低，或受其它外力作用，边坡极易失去平衡，从而发生滑坡、坍塌、崩裂、错落等地质灾害，为了避免该路段发生坡体滑移、保护现有地质环境和避免重大安全事故，积极做好边坡地质灾害防灾减灾工作，加大边坡巡查，建立路段边坡信息数据库，并对边坡进行客观稳定性评价，对欠稳定边坡进行常规实时动态监测，做到适时的养护是至关重要的。

    本方系统通过对滑坡体地表位移、坡体深层测斜、环境量的监测，配合无线数据采集传输接收系统，构建一套完整的监测预警方案。方案提供的地质灾害监测预警系统具有安装简单、性价比高、简单易行等特点，具有非常良好的实施性和操作性。

对于潜在的地质灾害点，如可能的滑坡体或高边坡，以其变形监测为重点，即对监测对象在表面布设2-3个表面位移测点，同时在两个不同高程各布设一套深部倾斜监测仪器，共同监测边坡或滑坡体的位移变形或倾斜情况，实时监测其稳定情况。考虑到降雨对地质灾害的诱发作用，需要布置一个雨量观测点。

1、表面位移监测：表面位移监测可采用拉线测距仪。

2、内部变形监测：边坡的内部变形观测，可采用钻孔安装垂直测斜管配导轮式固定测斜仪。

3、降雨量监测：边坡的环境量监测一般多采用降雨量作为环境的主要技术要求，可根据地形条件和周围环境的情况在合适的地方布置雨量监测测点。

系统构成

按照监测的内容，本方案中系统包括高边坡内部位移变形、地表变形、雨量监测等。

地表位移监测仪器

边坡地表位移我们关注的主要集中于延坡面方向的位移量，且高边坡具有坡长较大、坡面规则平整等特点，故边坡地表位移监测选用拉线位移计，延长的传递杆采用不锈钢测杆。拉线位移计具有量程大、体积小巧、工作单稳定的特点。拉线位移计具体参数如下：

1、输出模式：V电压型；

2、有效行程：500～1000mm；

3、线性精度：0.3%～0.2%FS；

4、重复精度：0.03%～0.02%FS

5、供电电压： 5～24VDC；

6、输出特征：0～10VDC；

7、迟滞：10KHz～50KHz；

8、最大允许拉伸速度：1000mm/s；

9、牵引力：Max.700g。

图3.1-1拉线位移计

内部变形监测仪器

边坡内部位移监测不仅能够监测边坡内部的位移变化，更为重要的是可以确定边坡深部尤其是滑动带的位移情况，测点主要布设在存在滑动安全隐患的坡体之内。内部变形选用导轮式固定测斜仪，边坡布设垂直钻孔安装测斜系统，采用导轮式固定式测斜仪，该仪器目前具有领先水平的微电子机械测斜系统，包括单轴MEMS型测斜仪探头、导轮、不锈钢连接杆以及底部支撑装置和顶部悬挂装置、测量电缆等。可以通过测量边坡的倾斜情况对边坡位移进行理论计算。该设备性能稳定，可测量多个方向的边坡位移活动。固定测斜议具体参数如下：

1、量程：±30°；

2、分辨率：±0.025mm/500mm；

3、系统总精度：±3mm/30mm；

4、灵敏度：≤9″；

5、耐水压:≥1MPa；

6、绝缘电阻：≥50MΩ；

7、工作温度：-30~70℃。

图3.1-2导轮式固定测斜仪

降雨量监测

降雨量的监测采用一体化雨量监测仪，该仪器具功耗低，无线覆盖距离远，维护成本低的优点，支持GSM/GPRS/3G等多渠道接入。有效解决了山区地形复杂、通讯手段落后等造成的灾害预警信息发布滞后的问题，有效提高灾害预警能力，且安装方便简单。降雨量监测仪具体参数如下：

1、分辨率：0.5mm；

2、主频：30KHz~30MHz；

3、通讯速率：9600bit/s；

4、固态存储容量：8M bytes；

5、工作温度：-20~+60℃。

图3.1-3 雨量监测仪

远程监测单元

其中远程监测单元负责传感器数据接收和发送。通过购买相关元器件组装、调试，模块驱动开发及整合，最后通过标准的工业化封装，满足野外作业要求。

远程监测单元(RTU)系统主要由数据采集系统、电源系统、GPRS/CDMA无线或光纤数据传输终端、防雷器件、接线与通讯接口、防水工业机箱等组成。各种传感器信号按顺序接入输入信号模块中，经由防雷板处理后，进入DT采集器中传感器采集通道，采集的数据通过串口与GPRS/CDMA无线或光纤数据传输终端连接后，便可按TCP/IP协议远程与数据存储与处理系统进行通讯。

远程监测单元的工作、结构示意图如下。

图3.1-4远程监测单元工作、结构示意图

数据采集可进行实时采集，也可根据需求设置指定时间段进行采集，一般采用每10~15分钟采集一次方式，采集设备选用ZHRS-DW型动态数据采集仪，采集仪结构内部采用铜屏蔽，极大程度减少了噪声干扰，提高了信噪比。每通道内部集成电压、电阻应变、电荷及ICP等信号调理模块，并能通过软件进行切换，实现一机多用。采集仪内部采用24位A/D芯片，可以8通道同步采样，单通道采样频率最高10kHz。模块采用分布式结构，便于组合，各模块间以并联方式与主机相联，具有对工作模块的自动识别功能。采集仪具有抗振设计、防尘设计；适合野外或工程机械作业现场等恶劣环境下的工作。采集仪具体参数如下：

1、通道数：4、8；

2、AD精度：24位；

3、最高采样频率：每通道500Hz；

4、频率示值和分辨率误差：<0.01%；

5、频谱幅值示值误差：<1%；

6、并行一致性：幅值0.05dB，相位0.1度；

7、通道动态范围：120dB；

8、输入噪声：<0.03mVrms@±10V量程；

9、抗混叠滤波： 256过采样+数字滤波；

10、总谐波失真：-70dB；

11、通道间串扰：-100dB。

图3.1-5 数据采集仪

监测系统功能

⑴系统主界面

主界面包括系统网络运行状态、监测仪器运行状态、数据采集状态以及数据采集方式、参数配置等内容。

图5.1-3监测系统主界面

⑵数据实时显示

用户可根据监测的数据自定义显示的内容。实现方法：在左侧列出所有数据项，右侧按用户选择的数据项显示其内容。

图5.1-4监测系统数据显示界面

⑶报警显示界面

按事先设定的不同级别的预警值进行判断，如果超出预警值，提出不同级别的预警颜色，如黄色、橙色和红色。

图5.1-5监测系统报警显示

⑷绘制数据曲线

图5.1-6监测系统数据曲线