基于物聯(lián)網(wǎng)的高速公路邊坡實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周超

摘要：本文根據(jù)高速公路沿線邊坡調(diào)查情況，綜合邊坡穩(wěn)定性、邊坡重要性以及危害程度，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，按照相關(guān)規(guī)范規(guī)程和工程設(shè)計(jì)要求，提出并建立了一套遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)自動(dòng)化高邊坡監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)測(cè)系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng);邊坡;傳感器;監(jiān)測(cè)頻率

1.邊坡工程監(jiān)測(cè)目的

（1）在高速公路施工、運(yùn)營(yíng)過程中，通過自動(dòng)獲取各邊坡工點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，自動(dòng)分析，對(duì)達(dá)到預(yù)警閾值的邊坡工點(diǎn)及時(shí)預(yù)警，保障高速公路施工、運(yùn)營(yíng)安全。（2）通過對(duì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)長(zhǎng)時(shí)間、連續(xù)的的監(jiān)測(cè)和分析工作，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工和優(yōu)化設(shè)計(jì)、反饋和驗(yàn)證設(shè)計(jì)取值，為制定、執(zhí)行有關(guān)施工專項(xiàng)方案和調(diào)整設(shè)計(jì)提供依據(jù)，達(dá)到“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、信息化施工”目的。（3）為工程巖土體力學(xué)參數(shù)反演分析提供資料。（4）為掌握邊坡變形特征和規(guī)律提供資料，指導(dǎo)在邊坡發(fā)生嚴(yán)重變形條件下的應(yīng)急處理。

2.監(jiān)測(cè)內(nèi)容

邊坡監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括變形監(jiān)測(cè)、影響因素監(jiān)測(cè)、前兆異常監(jiān)測(cè)、支擋結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)。

3.云端監(jiān)測(cè)平臺(tái)搭建

3.1邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架

監(jiān)測(cè)平臺(tái)主要由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備傳感器、采集與傳輸設(shè)備、避雷、供電、服務(wù)器端、用戶終端等組成。

3.1.1現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)傳感器有全自動(dòng)測(cè)量機(jī)器人、拉線式位移計(jì)、固定式測(cè)斜儀、巖體聲發(fā)射儀、雨量計(jì)、壓力式水位計(jì)和錨索測(cè)力計(jì)等。傳感器數(shù)據(jù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況通過有線或無線方式接入現(xiàn)場(chǎng)智能采集處理設(shè)備。

3.1.2數(shù)據(jù)采集設(shè)備全面采集全自動(dòng)測(cè)量機(jī)器人、拉線式位移計(jì)、固定式測(cè)斜儀、巖體聲發(fā)射儀、雨量計(jì)、壓力式水位計(jì)和錨索測(cè)力計(jì)等傳感器數(shù)據(jù)，并完成本地存貯、解算;然后將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)輕量化的解算成果，通過內(nèi)置自動(dòng)在線的通訊模塊上傳至云端服務(wù)器，供應(yīng)用方調(diào)取使用。出于數(shù)據(jù)安全性問題本項(xiàng)目云端服務(wù)器采用自建服務(wù)器。

3.1.3軟件系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，用戶通過系統(tǒng)配置的用戶名、密碼登錄訪問。用戶根據(jù)系統(tǒng)授權(quán)權(quán)限使用系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容。用戶終端包含數(shù)據(jù)獲取、分析、管理等功能。可實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管、權(quán)限管理、人員管理、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)下載、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、圖形繪制、預(yù)警設(shè)置等功能。

3.2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳子系統(tǒng)

主要的現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備主要包括了現(xiàn)場(chǎng)傳感器、集線器、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，各個(gè)監(jiān)測(cè)子項(xiàng)目最后都集中到現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)關(guān)通過無線物聯(lián)網(wǎng)傳輸或者有線傳輸?shù)皆破脚_(tái)主機(jī)上再進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的手動(dòng)、自動(dòng)傳輸、數(shù)據(jù)管理和分析功能。現(xiàn)場(chǎng)所有數(shù)據(jù)都會(huì)保存到數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)分析功能可以選擇特定的時(shí)間段和特定的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析展示。

3.3供電子系統(tǒng)

3.3.1系統(tǒng)供電綜合設(shè)計(jì)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及施工難度選用市電方式、UPS、太陽能供電方式中的一種或多種綜合利用。

3.3.2供電系統(tǒng)涉及室外監(jiān)測(cè)設(shè)備供電與監(jiān)控中心的供電，監(jiān)控中心就近引設(shè) 220V 電源，同時(shí)考慮到存在斷電等突發(fā)情況，在監(jiān)控中心布置不間斷供電系統(tǒng)，設(shè)置備用電源接入至供電系統(tǒng)，保證在斷電情況下監(jiān)控中心可繼續(xù)工作，以應(yīng)對(duì)突發(fā)情況。

3.3.3室外監(jiān)測(cè)設(shè)備供電包括設(shè)備調(diào)試階段供電和系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)階段供電兩個(gè)階段，相關(guān)人員在設(shè)計(jì)施工過程中要始終堅(jiān)持以安全為第一要素。

3.3.4考慮到室外設(shè)備所處環(huán)境供電線路架設(shè)困難，方案中不推薦采用 220V 家用電，因此，系統(tǒng)室外設(shè)備統(tǒng)一采用太陽能供電。通過調(diào)整太陽板功率和蓄電池容量，來保證陰雨天氣下的不間斷供電時(shí)間。根據(jù)傳感器與采集系統(tǒng)功耗，配備太陽板和蓄電池，要求滿足所供設(shè)備工作8天。如果需要更長(zhǎng)時(shí)間的保證，則需要增大太陽板功率和更大容量的蓄電池。

3.4防雷子系統(tǒng)

本系統(tǒng)防雷保護(hù)系統(tǒng)包括電源線路防雷保護(hù)、通訊線路防雷保護(hù)、室外設(shè)備直擊雷保護(hù)

及接地系統(tǒng)四部分。本系統(tǒng)采用了多套避雷針、反饋防浪涌、信號(hào)防浪涌，對(duì)接入監(jiān)控中心設(shè)備、各項(xiàng)監(jiān)測(cè)設(shè)備以及通訊、供電設(shè)備進(jìn)行全面防護(hù)。

4.監(jiān)測(cè)頻率與報(bào)警

邊坡監(jiān)測(cè)必須確定監(jiān)測(cè)報(bào)警值，監(jiān)測(cè)報(bào)警值應(yīng)滿足邊坡工程支護(hù)體系及周邊環(huán)境中被保護(hù)對(duì)象的控制要求。監(jiān)測(cè)控制值、報(bào)警值根據(jù)《崩塌、滑坡、泥石流監(jiān)測(cè)規(guī)范》、《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》、《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》確定。監(jiān)測(cè)頻率根據(jù)季節(jié)、施工及邊坡進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整。

5.結(jié)束語

結(jié)語：本文采用多種傳感器、測(cè)量機(jī)器人自動(dòng)監(jiān)測(cè)及現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)建立高危邊坡監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高危邊坡監(jiān)測(cè)自動(dòng)化和智能化，解決了常規(guī)監(jiān)測(cè)方法在邊坡上危險(xiǎn)作業(yè)問題，有效地提高了作業(yè)效率，以更寬的視角及時(shí)指示變形部位以供排查隱患，確保坡體及周邊安全。基于多傳感器的高危邊坡變形監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)邊坡變形數(shù)據(jù)多維度分析，通過信息化自動(dòng)傳輸手段進(jìn)行邊坡安全智能監(jiān)控管理，具有先進(jìn)性、實(shí)用性，

【參考文獻(xiàn)】

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