三峡库区万州地质灾害监测数据采集系统研究

李迎春 (重庆市万州区地质环境监测站，重庆 404000;中国地质大学(武汉)工程学院，湖北 武汉 430074)

三峡库区万州地质灾害监测数据采集系统研究

李迎春 (重庆市万州区地质环境监测站，重庆 404000;中国地质大学(武汉)工程学院，湖北 武汉 430074)

针对三峡库区万州地质灾害发生情况，总结归纳了滑坡、危岩的现有监测技术与方法，选择合理监测内容，开发监测终端设备，采用“物联网”技术和C/S架构，将不同监测仪器进行集成，形成了一套较完备的地质灾害监测数据采集系统，最后以正在变形的万州区政协滑坡为例，介绍了该系统的应用情况。该系统能够对万州地质灾害进行全天候、实时连续的地质灾害监测预警，并能够及时提供预警信息给相关人员，大大提高了万州地质灾害防治工作水平。

三峡库区；地质灾害；监测数据；采集系统

重庆市万州区地处四川盆地东缘，重庆市东北边缘。万州区的地质灾害类型主要为危岩、滑坡及潜在塌岸等。自20世纪80年代以来，包括长江水利委员会、南江水文地质队等诸多单位，为万州区崩塌、滑坡等地质灾害做过大量的勘察研究。长江水利委员会综合勘测局经过详勘, 在万州城市规划用地及周边的68km2内, 圈定崩滑体与变形体186处, 面积达16.6km2。控制城市用地的太白岩、关塘口等8大滑坡前缘多位于135m水位以下，在三峡水库正常运营期间，在库水的冲刷、浸泡作用下，很容易诱发库岸崩塌、滑坡失稳等现象。因此，加强对万州区的地质灾害进行长期监测并予以预警具有重大的现实意义。

目前国内大部分滑坡危岩体的变形监测主要是采用水准仪、经纬仪和全站仪等人工定期采集数据及宏观巡查来进行分析[1]，手段和方法上没有一个统一的标准，各监测单位自成体系采用不同的手段和方法对滑坡进行监测[2-4]，监测数据不统一、不兼容，同时一些监测手段和方法因受监测周期频率及天气情况等外界条件的制约以及监测人员自身对灾害体认知程度的影响，导致数据不连续，关键数据缺乏。

为了更高效对万州地灾进行监测，提高地灾防治水平，笔者在三峡库区二、三期万州地质灾害防治项目效果监测工作实践基础上，参考他人在野外数据采集及自动化传输方面的研究成果[5-6]，总结了滑坡、危岩的现有监测技术与方法，针对万州地质灾害的发育情况，展开了滑坡监测数据与信息技术集成应用研究，开发了一个基于“物联网”技术平台的地质灾害监测数据采集系统，该系统主要包括滑坡地表、深部、地下水、应力、雨量和裂缝监测，能够对万州地质灾害进行全天候、实时连续的地质灾害监测预警，并能够及时提供预警信息给相关人员。

1 地质灾害监测数据采集系统架构

万州地质灾害监测数据采集系统基于“物联网”技术平台进行研发，系统结构分为感知层、网络层、应用层，系统架构图如图1所示。

1.1感知层

主要完成各种监测数据的采集，包括地质灾害现场的监测终端设备传感器和数据采集器。针对万州地质灾害的发育情况，选取的现场监测内容包括地表位移、深部位移、裂缝位移、降雨量、地下水、应力与锚杆(索)应力、土压力7部分，不同监测内容对应的监测终端设备如表1所示。

1.2网络层

主要指通信网络和滑坡自动监测系统的服务端软件。通信网络指Internet网和GPRS网。服务端软件系统指后台软件，安装在监测中心的监测服务器上，完成监测数据的处理、存储、发布、用户管理等功能。

图1 万州地质灾害监测数据采集系统架构图

1.3应用层

主要指地质灾害自动监测系统的客户端软件。客户端软件系统指前台软件，该软件安装在监测中心的服务器或客户桌面PC机上，完成各种监测数据的实时数据查看、历史数据分析、报表输出等功能。

2 系统功能

该系统可以实现多个项目的监测及管理，目前实现地表位移、雨量、水位、裂缝位移、深部位移、应力等多种手段的统一监测(见表1)，能在线实时监测并显示各监测参数和监测数据，及时分析处理监测数据，以曲线和柱状图等多方式显式监测数据；实现历史监测结果按年、月、日查询；实现监测数据维护，人工填报数据至数据库，支持增加、删除、修改等功能；实现数据报表，按用户需求可输出日、月、年或任意时段的监测报表；实现告警/预警，提供4级告警，实现短信、声音告警功能；实现远程设备参数配置、控制、工作时段、休眠/唤醒等，可有效地远程管理监测设备。

表1 系统监测内容和终端设备

3 应用实例

万州地质灾害监测数据采集系统已经在万州8个点进行了远程监测数据采集工作，其中有5个用于边坡开挖应急监测，有3个用于公路施工边坡安全监测。经过1年多的运行，成功发现3处出现险情。下面笔者主要介绍监测系统在万州区政协滑坡的应用情况。

3.1滑坡概述

万州区政协滑坡位于长江右岸陈家坝街道沙榜村，处于万县向斜南东翼近轴部，岩层产状315°∠5°，属构造剥蚀浅丘斜坡地貌，微地貌为单面斜坡，地形坡度5～15°。

3.2滑坡监测布置

为了解和掌握滑坡的稳定性和发展趋势以及政协办公楼的安全性，根据远程监测原理和实际工程地质概况，应用万州地质灾害监测数据采集系统，该滑坡监测工作主要从地表位移监测、深部位移监测、裂缝位移监测3方面开展。监测点主要布设在产生地裂缝的部位及有明显变形的建筑物上，平面布置图见图2所示。

图2 万州区政协滑坡监测点平面布置图

2.3地表位移监测分析

1)JC05 从该点的监测曲线图(见图3)可以看出，位于滑坡中前部政协大楼上的JC05点无明显的变形量，曲线一直在10mm内波动，从雷达图上看，监测点变化也无明显的方向稳性，说明该滑坡中前部变形很小，基本处于定状态。

2)JC07 该监测点位于滑坡中部斜坡上。由该点6月至9月的监测曲线图(见图4)可以看出，该点一直都在变形，累计变形量95mm左右，从雷达图上可以明显的看出变形方向为291～300°之间，与滑坡主滑方向基本一致。

图3 地表位移曲线及实时雷达图(JC05)

3)JC08 该点位于滑坡中部，从监测曲线图(见图5)可以看出，虽然由于受政协大楼的遮挡，监测曲线波动较大，但曲线总体有上升的趋势明显，表明该区域稳定性差。6月至9月的变形总量与JC07相当，都是95mm左右，总体变形方向310°左右。

4)JC01 该点位于滑坡后部，从监测曲线图(见图6)可以看出该点一直都在变形，表明该区域稳定性差。从4月到9月累计变形量达270mm 左右，从雷达图上可以明显的看出变形方向为291～300°之间。

图4 地表位移监测曲线及实时雷达图(JC07)

图5 地表位移监测曲线及实时雷达图(JC08)

图6 地表位移监测曲线及实时雷达图(JC01)

图7 深部位移监测变化曲线图(SW01)

图8 墙裂缝监测变化曲线图

由地表位移监测结果可知，2012年6月～9月万州区政协滑坡中后部地表位移出现明显变化，中部位移变化量约95mm，后部位移变化量约120mm，变形方向介于290～300°之间，与滑坡主滑方向基本一致。目前滑坡前部政协办公大楼楼顶的2个监测点无变形量，主要是由于大楼为深桩基础，桩基础抗滑力大于滑坡的下滑力。

3.4深部位移监测分析

该滑坡原设计2个深部位移监测孔，SW02孔位于应急治理抗滑桩施工桩位上，施工时被毁，故只有SW01孔2个层位的监测数据。SW01位于滑坡后缘，固定测斜仪分别安装在孔口以下14m(高程279.8m)和20m(高程273.8m)处。从曲线图7上可以看出，2012年4月底～6月初该监测孔口下14m处于2012年5月10日出现了一个明显的滑动，最大滑动量约15mm。

3.5裂缝位移监测分析

裂缝监测点有2个，其中裂缝1监测点位于滑坡中部已变形公路堡坎上，裂缝2监测点位于滑坡前部万州区政协大楼后面车库已变形的墙体上。从裂缝变化曲线图8上可以看出，位于滑坡中部的裂缝1有近3mm的变形增量，而位于滑坡前部的裂缝2有缩小的现象，说明裂缝1为剪张裂缝，裂缝2为鼓胀裂缝。

4 结 语

万州地质灾害监测数据采集系统基于“物联网”技术平台，将地表位移监测、深部位移监测、应力监测、孔隙水压力监测以及降雨量监测等监测手段集成，监测内容丰富，数据连续，自动化程度高。通过一年多的运行，该系统运行正常，能够对万州地质灾害进行完成全天候、实时连续的地质灾害监测预警，极大地提高了地质灾害防治工作水平。

[1]魏学勇, 欧阳祖熙, 周昊,等. 三峡库区崩滑地质灾害变形监测技术研究及应用[J]. 大地测量与地球动力学,2010, 30 (增刊Ⅰ)：120-125.

[2]Tarchi D, Casagli N,Fanti R,et al. Landslide monitoring by using ground-based SAR interferometry: an example of application to the Tessina landslide in Italy[J]. Engineering Geology, 2003, 68:15-30.

[3]邬晓岚, 涂亚庆. 滑坡监测的一种新方法——TDR 技术探析[J]. 岩石力学与工程学报, 2002, 21(5): 740-744.

[4]刘明贵, 杨永波. 信息融合技术在边坡监测与预报系统中的应用[J]. 岩土工程学报, 2005, 27(5): 607-610.

[5]王志旺, 李端有. 3S技术在滑坡监测中的应用[J]. 长江科学院院报, 2005, 22(5): 33- 36.

[6]余丰华, 吴冲龙, 刘刚. 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的设计[J]. 计算机应用, 2004, 24: 82-84.

2012-12-16

李迎春(1965-)，女，高级工程师，现主要从事地质灾害防治及监测预警方面的研究工作。

TP274.2;P694

A

1673-1409(2013)07-0021-05

[编辑] 洪云飞