闽北顺昌县滑坡远程实时监测系统建设

吴道荣

（福建省地质环境监测中心，福州 350001）

闽北顺昌县滑坡远程实时监测系统建设

吴道荣

（福建省地质环境监测中心，福州 350001）

系统利用Zigbee无线网络技术和GPRS网络实现远程实时监测，为滑坡体变形破坏的研究提供连续、完整和可靠的数据。监测内容包括降雨量、土体含水量、孔隙水压力、地下水位和位移参数。数据流程包括现场测试仪器采集、监测数据传输网络和数据接收中心站。

滑坡；远程；实时；监测；顺昌县

福建省“十一五”期间实施地质灾害防治“一百千万”工程，其中包含开展两个专业监测点建设工作［1］。通过在闽北顺昌县建立滑坡远程实时监测系统，监测参数包括降雨量、土体含水量、孔隙水压力、地下水位、地表位移和深部位移等参数。系统实现实时遥控遥测与数据双向传输技术，使远方监控计算机可以通过远程监控查看地质灾害现场监测物理参数的变化，为滑坡体变形破坏的研究提供连续、完整、可靠的数据。随着科学技术的进步，在滑坡变形监测中，采用GPRS等先进技术将发挥更大的作用［2］。

1 系统功能及技术优势

1.1 系统功能

监测中心可快速采集、存储滑坡灾害监测站点的雨量、水位、孔隙水压力、表面位移、深部位移、土壤含水量数据及设备自身工作电压和环境温度数据。

监测站可通过计算机或无线显示器可实现对雨量、水位、孔隙水压力、位移、土壤含水率数据的计算、现场显示、查询功能，例如：场雨强/雨强、时段雨量/日雨量/最大降雨量/累计雨量，并可实现对测站的配置和人工置数。

1.2 系统技术优势

先进性和成熟性：系统建设采用当前的电子和通信最新技术，保证系统的先进性，同时兼顾成熟的技术。

可靠性与稳定性：采用可靠的定型产品和技术，保证系统长期稳定运行。

实用性及可管理性：根据系统的需要，采用合适的设备及技术，便于网络和系统的运行管理。

2 数据传输系统

滑坡体监测参数的测量数据通过本地无线传感器网络集中到本地无线网络协调器，再由协调器经过GPRS短信方式传送到省国土资源厅监测中心。

2.1 无线传感器通信技术

Zigbee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，主要用于近距离无线连接。它基于IEEE 802.15.4协议栈建立，支持三种主要的自组织无线网络类型，即星形结构、网状结构和簇状结构，具有强大的设备联网功能和系统可靠性。

2.2 GPRS网络传输

系统利用本地无线通讯网络和GPRS网络实现滑坡体降雨量、地下水位、孔隙水压力、地表位移、深部位移（测斜）、土壤含水率的实时监测数据自动采集和上报。降雨量和表面位移数据的采集一般采用增量触发工作机制，地下水水位、孔隙水压力、深部位移、土壤含水率数据的采集一般采用定时上报工作机制。

3 地质灾害概况

该滑坡位于福建省顺昌县大历镇大历村［3］，区域上属于侵蚀剥蚀低山丘陵区，山顶高程314.2m，相对高差约150m，上部自然坡度约35°，下部自然坡度约20°，上陡下缓，为凹型坡；坡脚建房、修路开挖陡坎高约4～8m，坡度约60°～70°，未支护。2005年6月20日，受强降雨影响，发生滑坡。滑坡平面形态呈“簸箕”形（图1），主轴长185m，后缘宽210m，中部宽235m，前缘宽260m，平均厚度约8 m，涉及土方量约34×104m3，属中型滑坡，滑动主轴方向115°。

图1 滑坡监测总平面图Fig.1 General layout for monitoring the landslide

4 监测网络布设

根据地质勘探和野外调查测绘，在分析地质灾害点滑坡破坏模式的基础上，布置专业监测点监测仪器。监测项目包括降雨量监测、变形监测、土壤含水率监测、孔隙水压力监测和地下水位监测，变形监测包括地表变形监测和深部变形监测。监测仪器平面位置见图2。

4.1 降雨量监测

降雨量监测仪器采用翻斗式雨量器。降雨量监测拟选用一体化结构的SMARTDATA－3000C无线网络协调器（带雨量），SMARTDATA－3000C不仅是SMARTDATA－3000系列无线传感器网络的中心接收设备，还具有雨量数据智能采集、存储和GPRS转发数据的功能。此外，利用无线显示终端还可实现近距离显示、人工置数及设备配置以及声光告警。计算机可定期通过RS232通信口或GPRS在本地及远程读取固态存储中的数据。接收灵敏度：－100dBm。

图2 无线网络协调器（带雨量）Fig.2 Wireless network coordinator（with precipitation）

4.2 土壤含水率监测

降雨入渗形成的土壤含水率上升是导致滑坡发生的重要途径。为监测土壤的水平渗透速度和垂直渗透速度，土壤含水率监测仪沿主剖面布设于ZK3、ZK4、ZK5内。在ZK3的0.5m、1m、2m处，ZK4的0.5m、1m、2m处和ZK5的0.5m、1m、2m、3m、4m、5m、6m、7.5m、9m 处各设置传感器探头，分别监测不同位置的残积层、坡积层的土壤含水率。

监测仪器采用土壤湿度传感器SWR－3监测仪，土壤容积含水量θV，90%的影响在围绕中央探针的直径为3cm、长为6cm的圆柱体内。精度：0～50%（m3/m3）范围内为±2%（m3/m3）。

4.3 地下水位监测

地下水位监测仪器采用进口的高精度HG500系列压力式水位计，考虑水位与坡面大致平行，主剖面的后缘ZK2中14.9m和前缘ZK7中15.5m的孔底位置各布设一台地下水位计。

HG500系列压力式水位计选用进口的高精度、高稳定性的扩散硅传感器组件，通过高可靠性的放大电路及精密温度补偿，将被测液体的液位信号转换成4～20mADC、0～5VDC等标准电信号。精度：±0.25% 、±0.5%（包括非线性、迟滞性和重复性）。

4.4 孔隙水压力监测

孔隙水压力测试仪采用BGK－4500系列弦式渗压计，ZK4孔深8.5m处布设孔隙水压力探头，测量孔隙水压力或液体液位。其各种性能非常优异，主要部件均用特殊钢材制造，适合各种恶劣环境使用。分辨率：±0.025%F.S；非线性：＜0.5%F.S；精度：±0.1%F.S。

4.5 变形系统监测

4.5.1 地表位移监测

在主剖面两侧的后缘拉张裂缝两侧各布设一台地表位移监测仪，本系统选用SMARTDATA－3000E1型无线位移计进行触发式动态监测，分别位于ZK1、ZK2之间和ZK8后。

SMARTDATA－3000E1无线位移计采用机电一体式结构，利用旋转的磁钢驱动干簧管产生位移脉冲，并对位移脉冲进行加减计数。分辨率：1 mm；测量精度：±0.25%。

4.5.2 深部位移监测

深部位移监测可准确掌握正在活动的滑坡面的位置、位移速率、滑坡带的数目及滑坡体随深度的位移变化情况。监测仪器采用航天科工惯性技术有限公司GGCX－02固定式测斜仪，该仪器布设于坡脚位置的ZK6内，钻探揭示的潜在滑动面位置为5.2 m和8.3m，故3个传感器分别安装在孔底16m、7.5m、4.5m处，对两个潜在滑动面重点监控。

GGCX－02固定式测斜仪采用数字化探头，所用传感器为石英挠性加速度计，是非常精密的部件，传感器灵敏度为0.02mm/8″。

5 数据接收中心站建设

5.1 中心硬件设备组成

中心数据接收通过GPRS短信主备两种方式，中心由计算机网络环境、数据接收设备以及有固定ip接入的网络专线以及短信接收发送前置机（连接通讯服务器）、通讯服务器、数据服务器、应用服务器等组成（图3）。

图3 数据接收界面Fig.3 Data receiving interface

5.2 系统监控软件

系统检控软件采用 SMARTDATA－3000/1000，SMARTDATA－1000H中心短信发送接收机可用于中心的短信发送和接收，采用2U的标准机箱，可方便地安装于标准机柜内或放置在桌面上。

（1）接收遥测数据：识别数据帧的来源和目的地，并进行CRC检验；为数据帧添加接收该帧的时间。

（2）数据分发：通信模块软件接收到遥测站数据后，可根据配置文件设定的信息，将接收到的遥测数据分发到多个数据用户。

（3）遥测数据的处理：将数据帧的地址信息转化为特定的站号、站名；将一帧中多个遥测数据转换为最小监测数据单元。

（4）遥测数据存贮：将原始通信数据写入日志文件，用于原始数据备份及系统故障核查。

5.3 参数远程配置

中心站（或分中心）可向遥测站发布命令，用以读取遥测站时段自记数据或动态配置遥测站参数。配置遥测站参数命令集包括对遥测站地址、通信方式、数据采集及通信策略、电源控制方式等命令。

配置遥测站参数。操作人员可通过中心站计算机下发命令，向特定遥测站写入采集数据、发送数据的时间控制参数（如改变采集数据的密度，或发送数据的频度）等。

6 结论

（1）滑坡远程监测系统根据监测数据流程主要包括现场测试仪器采集、监测数据传输网络、数据接收中心站等。

（2）本监测系统布设的监测网络包括降雨量监测仪1台、土壤含水率监测仪15台、孔隙水压力监测仪1台、地下水位监测仪2台、地表变形监测仪2台和深部变形监测仪1台。

（3）利用Zigbee无线网络技术和GPRS网络实现滑坡远程实时监测，为滑坡体变形破坏的研究提供连续、完整、可靠的数据，并实现对监测仪器参数的远程配置。

［1］福建省地质灾害信息与预警系统可行性研究报告暨初步设计方案［R］.福建省发展和改革委员会，2006.10.

［2］袁生贵，方东，李小凯，基于GPRS监测技术在灾区山体滑坡中的应用探讨［J］.自动化技术与应用，2010，29（10）：69－71.

［3］福建省地质灾害信息与预警系统两个专业监测点建设［R］.福建省地质环境监测中心.2009.10.

REAL－TIME REMOTE MONITORING SYSTEM FOR LANDSLIDES IN SHUNCHANG COUNTY OF NORTH FUJIAN

Wu Dao－rong
（Fujian Geological and Environmental Monitoring Center，Fuzhou 350001，China）

In the system Zigbee wireless technology and GPRS network are used to achieve real－time remote monitoring to offer continuous，complete and reliable data for studying the deformation of landslides.Monitored parameters include rainfall，soil moisture content，pore water pressure，underwater table and displacement.Data collection process includes on－site testing apparatus，data transmission network and data receiving center.

landslide；remote；real time；monitoring；Shunchang

P642.22

A

1006－4362（2011）03－0035－04

2011－05－03 改回日期：2011－08－12

资金项目：福建省地质灾害防治“一百千万”工程科研项目（项目编号：200502092B）

吴道荣（1978－ ），男，硕士，工程师，从事水文、工程、环境地质的调查和研究工作。