边坡地质灾害自动化监测探讨

欧树召,黄加旭,李建龙

(广东省水文地质大队, 广州510510)

边坡地质灾害自动化监测探讨

欧树召,黄加旭,李建龙

(广东省水文地质大队, 广州510510)

为实现边坡安全监测的自动化,采用GT-MCU32型综合数据自动采集系统,通过GPRS或者CDMA无线网络进行数据传输,软件自动对测量数据进行换算,直接输出监测点位移量,完成对传感器数据的采集和监控;以滑坡/崩塌地质灾害的自动化监测为例,分析监测原理及监测方法,说明实行自动化监测的重要意义。

边坡地质灾害; 崩塌; 滑坡; 自动化监测

1 引言

加强防灾减灾体系建设,提高地质灾害防御能力,是地质工作者的重要目标。但是,当今社会人力成本高,传统的人工监测模式已远远不能满足新形势下地质环境管理工作的需要,尤其是关系到人民群众生命财产安全的地质灾害防治工作,更应引入高度自动化的监测系统[1-4]。

在广州市国土资源和房屋管理局越秀区分局的大力支持下,广东省工程勘察院以广州市越秀区宝汉直街象岗山西北侧隐患边坡为试点,于2011年4月安装完成第一套自动化监测设备,并成功进行数据的采集与接收。目前,已对广州市越秀区多个地质灾害隐患点进行了自动化监测,建立了广州市国土资源和房屋管理局越秀区分局地质灾害自动化监测系统。

2 边坡概况

广州市越秀区宝汉直街象岗山西北侧隐患边坡位于广州市越秀区,麓景西路南面,宝汉直街东面,登峰街后山村,沿山脚见密集的2～9层楼房,人口众多。剥蚀残丘自然山体呈椭圆形,浑园状,长度约100 m,宽度约85 m,周长540 m,面积8 938 m2,地面标高32～45 m,丘顶标高50 m,坡度10°～40°,植被、树林茂盛。

主要隐患点位于山丘的西北侧,开挖面呈凹字形,属土质边坡,周长145 m,高度1～21 m,面积1 373 m2,坡度40°～60°。2008年该地区曾发生二处崩塌,塌方约50 m2;该边坡主要由风化残积土组成,其泡水易软化、崩解,水理性能差,存在明显的安全隐患;在强降雨时有可能再次塌方,严重威肋人民生命、财产安全。

3 自动化监测系统

自动化监测系统主要由三部分组成:

监测点。该部分可以根据工程实际情况,选择需要埋设的监测仪器种类。现阶段能够支持接入地表沉降、深层土体位移、孔隙水压力、土体应力应变、降雨量、水位、土壤含水率等方面的仪器仪表,并进行相应的数据采集。

监测基站。该部分主要由通讯装置(DTU)、自动采集装置(MCU)以及防雷装置组成。通讯装置(DTU)主要是使用GPRS接收监控中心发布的命令传到数据自动采集装置(MCU)和发送采集的相关数据到监控中心;自动采集装置主要作用是按照通讯装置(DTU)接收到的命令进行相关的数据采集工作;防雷装置主要由防雷针和防雷地线组成,避免因雷击对基站的影响。

监测预警控制中心。监测预警中心及分中心平台硬件设施主要包括:机房、监测室。为地质灾害监测预警系统提供通信、网络数据交换平台,实现地质灾害部门系统网络办公自动化,以及保障整个监测预警软件平台正常稳定运行等。

4 滑坡/崩塌地质灾害自动化监测

4.1 数据采集系统

4.1.1 监测原理

采用硅微式固定倾斜仪型号MI600。分辨率K=2″;量程:±15°;系统精度:±0.03 mm/3m;当测量深度大于3 m时,可以级联使用传感器,精度同上。安装方法:钻孔Φ90 mm,选用直径Φ70 mm的专用高精度A.B.S或铝合金测斜管作为倾斜仪安装导向定位管,按固定标距串联若干支MI600型倾斜仪成一组,置于一个观测点的测斜孔中,并以管口作为铅垂向定位,倾斜方向的定位由测斜管截面上的四个均布导槽确定。测斜管导槽的朝向按监测设计确定。其测量原理简述如下:MI600型倾斜仪是基于MEMS重力感应原理的传感器,其输入量沿铅垂方向的角度改变(倾斜)与输出量数字电压理论上成线性关系:Δθ=K·ΔV,从而有ΔL=L· sin(K·ΔV)。K为选定MI600倾角计的率定系数,L为每两个倾斜仪之间的铅垂向标准距离(标距),ΔLi为该测斜孔中第i个倾斜仪所在标段上端点产生的水平位移值;由此可计算得到孔口的总水平位移值为:ΔL= ΣΔLi=ΣL·sin(K·ΔV)。

4.1.2 数据采集及传输方法

采用GT-MCU32型综合数据自动采集系统,可以对传感器进行召唤、定时指令测量,采样时间间隔根据实际需要设置采样(最快可以实现每3 min测量1次),采集数据可通过GPRS或者CDMA无线网络进行数据传输,发送到监控中心,软件自动对测量数据进行换算,直接输出监测点位移量,完成对传感器数据的采集和监控。服务器端软件可设置上线报警值,通过有线或无线接入INTERNET网络就可进行数据采集和监控,如图1所示。

图1 象岗山地质灾害自动化监测数据采集和传输示意图

从2011年4月5日至2013年12月31日,象岗山的监测情况见表1。根据监测结果,累计位移没有超过报警值10 mm,边坡基本稳定。但在2011年10月13日强降雨期间,边坡位移量达到5.90 mm,坡体表土出现过微型崩塌。发现情况时,及时向越秀国土局进行汇报,建议重点对该处进行巡查,并尽快对山体滑坡进行综合治理。所幸没有造成人员伤亡和经济损失。

表1 象岗山边坡地质灾害监测情况汇总表

4.2 远程视频监控系统

随着以数字化、网络化为代表的信息技术发展,传统的视频监控技术已不再适应时代发展的需要,而以计算机、网络、通信技术为基础,以智能图像分析为特色的网络远程视频监控逐渐成为监控领域的发展方向。与传统的视频监控相比,网络远程视频监控使用计算机进行视频信息的压缩、储存、分析、显示等自动化处理,通过网络平台实现了远距离监控,即使是数千公里外也能达到亲临现场的效果;利用先进的软件系统,不仅在几分钟内便可完成传统视频监控中大量的数据分析,而且提高了监控效率,更能获得更为逼真、清晰的数字化图像。

5 监测自动化的应用前景分析

从长远来看,边坡安全监测自动化是不断发展的。目前,国内许多地方的边坡监测正在朝这方面发展。在实现自动化监测部分,由于观测精度高、省时、省力,在恶劣条件下可进行正常观测,数据可初加工等优点,普遍受到欢迎。不少地区也在积极筹划监测自动化的建设。

我国目前在自动化监测的硬件、软件质量方面已达到一定水平,处于实用阶段。在维修、长期维护、更新与扩充等方面具有优势。所以,在实现边坡监测自动化方面已具备了条件,能够广泛应用于危险边坡和挡土墙的安全监测/预警领域。

自动化监测从运行成本来讲,也大大的低于以往的人工监测。采用边坡自动化监测系统进行监测,在监测系统安装调试完成后,只需要一个几人组成的团队就能实时监控全区域范围的监测数据并对数据进行初步处理,这大大的提高了危险边坡监测的数据时效性。而随着微电子技术的飞跃发展,和无线通讯技术的日臻完善,电子设备的造价也随之降低。因此自动化监测相较于以往的人工监测来说,也能节省大量的运营成本。

6 结论

随着数字化、网络化科技的发展,自动化监测已成为现实。而自动化监测的硬件、软件质量方面已达到一定水平,为自动化监测的广泛应用提供了基础。根据象岗山两年半的监测数据及结果来看,数据基本准确。边坡地质灾害自动化监测必定具有广阔的应用前景。

自动化监测的优点有:数据精准、稳定、可靠;可以长期全天候而又实时地进行数据采集;可以节省大量的人力、物力。但是,采集技术尚未成熟。因为目前边坡监测应用的大多是离散式的传感器,无法采集到边坡大部分的重要部位数据信息。

[1] 胡厚田,韩会增,吕小平,等.边坡地质灾害的预测预报[M].成都:西南交通大学出版社, 2001.

[2] 魏永幸,杨建国.边坡地质灾害防治技术研究[J].地质灾害与环境保护,2000,11(3):230-233.

[3] 张顺斌,陈涛,晏萍,等.实时自动监测系统在库区某滑坡监测中的应用[J].地下空间与工程学报,2010,6(2):1714-1719.

[4] 杜建军.基于GPS技术的滑坡自动监测系统[D].重庆:重庆大学,2005.

Discussion on the Automatic Monitoring of Slope Geological Hazard

OU Shu-zhao,HUANG Jia-xu,LI Jian-long
(Guan gdon g Hydrogeological Team, Guan gzhou Guan gdon g 510510)

In order to realize the automatic monitoring of the slope safety,this paper uses the type of GT-MCU32(Integrated Automatic Acquisition System)to monitor it.The data transfers through the GPRS or CDMA wireless network.The software automatically scales the measurement data,and directly output the displacement of monitoring point.And the acquisition and monitoring of sensor data are completed.This paper takes“the automation monitoring of landslide/collapse geological disasters”as an example,and analyses the monitoring principle and monitoring method.It illustrates the significance of carrying out the automatic monitoring.

slope geological hazard;collapse;landslide;automatic monitoring

P694

B

1671-4733(2015)01-0010-04

10.3969/j.issn.1671-4733.2015.01.003

2015-01-21

欧树召(1981-),男,湖南郴州人,工程师,研究方向为地质灾害,电话:13016001949。