邊坡災害監測預警物聯網系統及工程應用

王威

摘 要 隨著經濟社會的不斷發展，物聯網技術也在不斷發展進步，應用領域在不斷擴大。邊坡災害監測預警是新時期物聯網應用的一個重要的方面。文章從道路邊坡安全問題出發，結合物聯網核心技術，探討建立基于光纖光柵傳感器的完整公路邊坡安全監測方法的技術可行性。通過該技術在公路邊坡防護中的應用，可以實現公路邊坡安全事故的預警，保證公路的安全運行，對新時期的物聯網系統及工程應用有很強的現實意義。

關鍵詞 邊坡災害；監測預警；物聯網系統；工程應用

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

物聯網是互聯網技術發展到一定程度的產物，其最基本的作用模式就是“互聯網+實物”，也就是可以實時的對實物進行監控和管理。目前，物聯網的應用領域正在不斷的擴大，尤其是在物流領域和檢測領域。邊坡災害在眾多自然災害中的發生頻率比較高，并且由于災害發生的地理位置比較偏僻，在現實的檢測和預警中具有一定操作難度，而物聯網可以很好的解決這一難題。

1 物聯網的發展現狀

物聯網是互聯網發展到一定程度的產物，而真正地提出了物聯網概念是在1999年。物聯網實際上是通過傳感器、射頻識別技術、全球定位系統技術來實現實物的管理，具體包括聲音、光、熱、電、力學、化學、生物、位置、及其它客觀需要的信息的采集，然后再通過數據處理，實現互動的物體或過程的實時監控。物聯網技術的實現一定需要互聯網的接入，只有互聯網參與其中才能實現智能產品和過程的感知、識別和管理。

總而言之，物聯網是計算機、互聯網、世界信息產業的第三次浪潮，在電網配備、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、災害檢測中均有很強的應用。毫無疑問，物聯網技術將給人民的日常生活帶來巨大的變化，但是有多少技術應用尚未探索，本文主要從邊坡災害監測預警的角度切入，就邊坡災害監測預警物聯網系統及工程應用展開詳細研究。

2 以物聯網為基礎的邊坡安全監測技術

近幾年，隨著經濟社會的不斷發展，相應的人們對與道路建設安全性要求也在不斷的提高，但是在現實的道路邊坡管理中，邊坡安全問題仍有十分突出。在專業領域，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。在具體應用領域，可以根據邊坡的變形特性和機理，將邊坡變形分為滑坡、塌方、拼湊、傾倒幾種情況，相應的不同情況也會采用不同的物聯網邊坡安全監測技術來進行監測和預警。

2.1 光纖方面

“光纖布拉格光柵傳感器技術”是物聯網技術在邊坡安全監測技術中比較重要的組成部分，亦是邊坡安全監測技術中使用的最基本傳感器技術，近年來已經得到了廣泛的應用，被譽為20世紀測試領域的一項重大發明。光纖布拉格光柵傳感器技術發展迅速，已成為許多領域的前沿研究和應用方向，其作用原理主要是采用通信單模光纖作為傳感介質，從而可以根據不同的封裝測量位移，壓力、應變等各種物理量，可以實現遠程聯網操作，易與光纖通信系統集成，并且具有耐腐蝕、小漂移、高靈敏度、長壽命的特點。

在現實操作中，會根據不同地質條件的不同，采用不同光纖傳感技術，常見的有預應力錨索傳感、噴錨網防護傳感、鋼絲網加固傳感、植樹綠化傳感等。現實中最常見的使用方法就是將物聯網控制技術跟高陡斜坡的穩定性和后期維護安全風險狀態處理相結合，然后將高陡邊坡的安全隱患進行實時傳感處理，常見的傳感監測有溫度，降雨、地面應力等，從而很好的解決邊坡災害隱蔽、長期變化、累積、突變的讓特點，對邊坡災害進行實時的安全監測和預警，達到早期預防災害的目的。

2.2 安全監測預警技術

安全監測預警技術主要是對魚邊坡災害的一種預防措施，其技術的著重點落在電量傳感器的穩定性控制上，并且常常和智能感知材料技術配合使用。智能感知材料技術近年來快速發展，為邊坡穩定性監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，對光合波的設備維護、信號解調、光纖跳線處理、傳輸電纜維護、光開關解調和系統軟件升級均有性能上的幫助。通過安全監測預警技術，可以很好的監控邊坡的穩定性，及時的收集處理滑坡預警信息，降低邊坡坍塌等地質災害發生的可能性。

在新時期的安全監測預警技術也隨著物聯網技術的不斷進步而有所進步，現階段的安全監測預警技術基本上已經實現了實時監控，相應的傳感器傳感信息的傳輸效率也有了明顯的提高，但是安全監測預警技術仍舊有很大的發展中間，尤其是在數據儲存容量方面。現階段很多的安全監測預警技術的傳輸監控點數量偏少，很多邊坡的安全監控上存在一些監測的盲區，從而會遺漏一些監控點，在現實生活中要有意識的加強和改進。

3 邊坡災害監測預警物聯網系統及工程應用

目前，我國在邊坡災害的安全監測預警方面開展較少，在一些復雜的地質構造中，很容易發生崩塌、滑坡、泥石流等地質災害。在這種情況下，邊坡安全監測預警就顯得尤為重要。

3.1 深部位移監測

深部位移監測技術是利用監測結構內部變形來進行的，是邊坡災害對邊坡結構干擾程度的直接體現。深部位移監測技術的操作原理并不復雜，首先，內位移監測通過沖壓變形區，嵌入專門的內位移監測設備，實時采集內位移數據，然后將數據發送到服務器，從而完成內位移監測。之后，再將內位移監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，當壩體內位移變化時，測頭將會傾斜，從而信號電纜插入地面，測得外位移監測情況。需要注意的是，每臺內位移監測儀均由一組內傾儀進行內位移監測的，監測點的選擇需要結合地質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定位置上進行安裝，固定測斜儀則需要沿井底方向安裝。

3.2 相對位移監測

邊坡災害的造成情況比較復雜，相應的影響因素也比較多變，像監測滑坡、崩塌變形裂縫、崩塌滑動均可能導致邊坡災害的發生。為了對邊批災害的嚴重程度進行有效的測量和控制，相對位移監測技術應運而生。相對位移監測主要由伸縮桿組成的，具有安裝簡單、使用方便、不耗電等優點，而且可以實現待機過程的實時監控。在相對位移監測過程中，只需要將控制系統軟件打開，監控數據便可由前端集成軟件完成。

在測量變形時，結構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械負放大機構，負放大的振動位移再傳遞給弦，成為振動弦的應力變化。通過激勵振動弦電磁線圈，然后再通過電纜傳輸到讀出裝置，從而測量出振動頻率、頻率信號及待測結構的位移。

3.3 降雨量監測

邊坡災害與降雨量、降雨歷時、降雨模式有著密切的聯系。換句話說，降雨類型的規模和時間、連續的強降雨類型和當地暴雨誘發地質災害類型都有自己的特點，而降雨量監測站可以通過變形監測點的設置來加強變形點的實時監控，從而有利于邊坡災害的安全形勢分析，為災害預警提供可靠的參數。降雨量監測實際上是參考了物聯網技術的作用模式，用的雨量監測站系統由一個雨量計和PVC列碼頭（或鍍鋅鋼支架，視情況而定）構成，充當于物聯網技術的傳感器。通過降雨量監測，可以實現降雨量的智能數據采集，并且可以實現長期存儲和遠程傳輸。

4 新時期加強邊坡災害監測預警物聯網系統及工程應用的合理化建議

科學技術是第一生產能力，一定要加強邊坡災害監測預警物聯網系統及工程應用方面的科技創新，從而從根本上保證技術應用的先進性。在科技創新研發與現實應用的銜接過程中，一定要講究實事求是，做到理論聯系實際，注重技術在現實操作中的時效性研究。另外，也要有意識的加強邊坡災害監測預警物聯網系統及工程應用方面的人才隊伍建設，為邊坡災害監測預警水平的提高提供充足的人才基礎。一定要加強人才的培養，完善人才的專業培養方案，不斷挖掘人才的潛在價值，將人才在邊坡災害監測預警方面的專業性盡可能大的提高，從而加速邊坡災害監測預警的發展速度。

5 結論

邊坡災害監測預警水平的提高并不是可以一蹴而就的，其中牽扯到的物聯網系統和工程應用的提高也是需要一步一個腳印踏實前行的。最后，謹以本文祝邊坡災害監測預警物聯網系統及工程應用相關方面工作開展順利。

參考文獻

[1]張曉剛，馬保成，朱英珍.陜北黃土地區公路邊坡災害的非工程防治措施[J].交通企業管理，2015（6）：114-116.

[2]邢莉燕，戴方喜，劉夢泉，等.論建立邊坡生態修復與防護工程計量與計價體系的必要性[J].三峽大學學報（人文社會科學版），2008（S1）：169-170.