高速公路邊坡實時監測預警系統建設研究與工程應用

楊雋 呂偉 左華平

（1.江西省贛南公路勘察設計院有限公司，江西 贛州 341001；2.江西通慧科技集團股份有限公司，江西 南昌 330100）

本文結合研究路段邊坡實時監測實踐，應用IntelliJ IDEA開發環境和mysql server數據庫為基礎，利用JAVA語言開發出了邊坡地質災害實時監測預警系統，實現了對現場數據采集、解析、數據分析、監測成果輸出等功能，為邊坡的運營期安全狀況監測提供了樣本。

一、系統功能需求

邊坡實時監測預警系統主要是通過5G傳輸技術、智能傳感設備、云計算等技術遠程實時采集并分析數據，為邊坡運維期的安全狀況進行評估。監測項目主要包括GNSS表面位移監測、雨量監測、傾斜監測、深層水平位移等，能夠通過閾值設置的方式直觀地顯示邊坡工程的穩定性，并在失穩前，提前預警并及時將信號發送給管理方。

二、系統架構

邊坡實時監測預警系統由數據采集系統、設備管理系統、數據處理系統、圖形繪制系統、預警預報系統、工程資料在線查詢等模塊組成。預警監測系統總體框架如圖1所示。

圖1 系統總體框架

（一）數據采集系統

邊坡現場實時監測項較多，不同傳感器數據采集系統通過DTU無線采集或者網關采集，采集后數據實時傳輸到云服務器，用于后續的數據處理。

（二）數據處理系統

數據對于邊坡的穩定性評估至關重要，在數據處理模塊嵌入毛刺過濾算法，可以提高邊坡穩定性評估數據的可靠性。通過拉依達準則除去不符合整個時間序列中的異常數據，使得數據更加平滑，為后續邊坡穩定性穩定評估奠定基礎。

（三）預警預報系統

建立邊坡預警系統的目的是當邊坡外界條件發生變化時，邊坡處于失穩或即將失穩的狀態，系統能自動根據處理的實時監測數據提前發出預警信息，最大可能避免不必要的人員和財產損失。目前該系統已經嵌入了預警預報系統，當數據超閾值，系統會自動推送郵件、電話和短信告警。

三、工程應用

（一）工程概況和測點布置

東坑隧道左線出口右側邊坡為6級高邊坡，根據邊坡監測的需要，共布置一個雨量監測、兩個角度傾斜監測、兩個表面位移監測、兩個深層位移監測孔，一個視頻監控。圖2為邊坡監測現場布點圖。

圖2 邊坡監測現場布點圖

（二）邊坡雨量監測

邊坡采用壓電式雨量計，通過對單個雨滴重量進行測算，從而計算該地區降雨量。

（三）表面位移監測

借助我國自主研發的北斗高精度定位技術，通過安裝在野外的GNSS監測站能實時獲取監測點的坐標，從而形成對滑坡體的毫米級變形監測。通過系統的數據處理、圖形繪制模塊得到整個邊坡的位移變形情況。圖3為位移-時間監測趨勢圖。

通過對圖3分析可知，GNSS表面位移監測在水平方向的監測數值在-4mm～4mm之間波動，豎直方向的監測數值在-7mm～6mm之間波動，監測數據趨勢圖未出現明顯的變化趨勢，可認為邊坡目前是穩定的，沒有滑動的風險。

圖3 位移-時間監測趨勢圖

（四）深層水平位移監測

通過測量邊坡孔內雙軸測斜管軸線與鉛垂線的夾角變化，從而計算土層在各點不同垂直方向的水平位移；由測斜管底部測點開始逐段累加，可得到任一深度的水平實際位移。利用深層水平累計位移趨勢圖可找出潛在的滑動面及位移變化情況。圖4為深層水平累計位移監測趨勢圖。

圖4 深層X/Y方向水平累計位移監測趨勢圖

通過對圖4分析可知，深層水平位移監測在X水平方向的累計位移變化在-0.4mm～0.4mm之間波動，在Y水平方向的累計位移變化在0mm～-5mm之間波動（負號表示坡體潛在滑動方向），深度-1.5m的累計位移存在較明顯趨勢變化，但由于累計位移數值較小，后續需要持續觀察，由此可以認為邊坡目前是穩定的。

（五）傾斜監測

在實際的運營監測中，對邊坡的傾斜角度監測具有重要的現實意義，通過角度的位移變化可以判斷邊坡是否存在潛在的滑動風險。圖5為角度-時間監測趨勢圖。

圖5 角度-時間監測趨勢圖

通過對圖5 分析可知，邊坡傾斜監測在X 水平方向的角度在-0.4°～0.1°之間波動，在Y水平方向的角度在-0.4°～0.1°之間波動，監測數據趨勢圖未出現明顯的趨勢變化，可認為邊坡目前是穩定的，沒有滑動的風險。

四、結語

根據邊坡的運維監測應用得出，該系統在數據采集、設備管理、圖形繪制方面能很好地進行運用，為邊坡的安全監測提供了堅定的軟件基礎。根據邊坡地形、地質條件和其他因素，布置雨量監測、角度傾斜監測、GNSS表面位移監測、深層水平位移監測等監測項，有效監測了邊坡在運營期的安全狀況。