基于物联网的高速公路边坡实时监测系统设计

周超

摘要：本文根据高速公路沿线边坡调查情况，综合边坡稳定性、边坡重要性以及危害程度，基于物联网技术，按照相关规范规程和工程设计要求，提出并建立了一套远程实时自动化高边坡监测预警预测系统。

【关键词】物联网;边坡;传感器;监测频率

1.边坡工程监测目的

（1）在高速公路施工、运营过程中，通过自动获取各边坡工点的监测数据，自动分析，对达到预警阈值的边坡工点及时预警，保障高速公路施工、运营安全。（2）通过对监测指标长时间、连续的的监测和分析工作，指导现场施工和优化设计、反馈和验证设计取值，为制定、执行有关施工专项方案和调整设计提供依据，达到“动态设计、信息化施工”目的。（3）为工程岩土体力学参数反演分析提供资料。（4）为掌握边坡变形特征和规律提供资料，指导在边坡发生严重变形条件下的应急处理。

2.监测内容

边坡监测内容主要包括变形监测、影响因素监测、前兆异常监测、支挡结构监测。

3.云端监测平台搭建

3.1边坡监测系统架

监测平台主要由现场监测设备传感器、采集与传输设备、避雷、供电、服务器端、用户终端等组成。

3.1.1现场监测传感器有全自动测量机器人、拉线式位移计、固定式测斜仪、岩体声发射仪、雨量计、压力式水位计和锚索测力计等。传感器数据根据现场情况通过有线或无线方式接入现场智能采集处理设备。

3.1.2数据采集设備全面采集全自动测量机器人、拉线式位移计、固定式测斜仪、岩体声发射仪、雨量计、压力式水位计和锚索测力计等传感器数据，并完成本地存贮、解算;然后将数据结构轻量化的解算成果，通过内置自动在线的通讯模块上传至云端服务器，供应用方调取使用。出于数据安全性问题本项目云端服务器采用自建服务器。

3.1.3软件系统采用B/S架构，用户通过系统配置的用户名、密码登录访问。用户根据系统授权权限使用系统相关内容。用户终端包含数据获取、分析、管理等功能。可实现项目管、权限管理、人员管理、数据获取、数据下载、数据查询、数据统计、数据分析、图形绘制、预警设置等功能。

3.2监测数据上传子系统

主要的现场采集设备主要包括了现场传感器、集线器、数据网关，各个监测子项目最后都集中到现场的数据网关，现场网关通过无线物联网传输或者有线传输到云平台主机上再进行数据分析。系统实现了多种监测数据的手动、自动传输、数据管理和分析功能。现场所有数据都会保存到数据库中，数据分析功能可以选择特定的时间段和特定的监测点进行分析展示。

3.3供电子系统

3.3.1系统供电综合设计，可根据现场情况及施工难度选用市电方式、UPS、太阳能供电方式中的一种或多种综合利用。

3.3.2供电系统涉及室外监测设备供电与监控中心的供电，监控中心就近引设 220V 电源，同时考虑到存在断电等突发情况，在监控中心布置不间断供电系统，设置备用电源接入至供电系统，保证在断电情况下监控中心可继续工作，以应对突发情况。

3.3.3室外监测设备供电包括设备调试阶段供电和系统运营阶段供电两个阶段，相关人员在设计施工过程中要始终坚持以安全为第一要素。

3.3.4考虑到室外设备所处环境供电线路架设困难，方案中不推荐采用 220V 家用电，因此，系统室外设备统一采用太阳能供电。通过调整太阳板功率和蓄电池容量，来保证阴雨天气下的不间断供电时间。根据传感器与采集系统功耗，配备太阳板和蓄电池，要求满足所供设备工作8天。如果需要更长时间的保证，则需要增大太阳板功率和更大容量的蓄电池。

3.4防雷子系统

本系统防雷保护系统包括电源线路防雷保护、通讯线路防雷保护、室外设备直击雷保护

及接地系统四部分。本系统采用了多套避雷针、反馈防浪涌、信号防浪涌，对接入监控中心设备、各项监测设备以及通讯、供电设备进行全面防护。

4.监测频率与报警

边坡监测必须确定监测报警值，监测报警值应满足边坡工程支护体系及周边环境中被保护对象的控制要求。监测控制值、报警值根据《崩塌、滑坡、泥石流监测规范》、《建筑边坡工程技术规范》、《城市轨道交通工程监测技术规范》确定。监测频率根据季节、施工及边坡进行实时动态调整。

5.结束语

结语：本文采用多种传感器、测量机器人自动监测及现代数据传输技术建立高危边坡监测预警系统，实现了高危边坡监测自动化和智能化，解决了常规监测方法在边坡上危险作业问题，有效地提高了作业效率，以更宽的视角及时指示变形部位以供排查隐患，确保坡体及周边安全。基于多传感器的高危边坡变形监测预警系统可实现边坡变形数据多维度分析，通过信息化自动传输手段进行边坡安全智能监控管理，具有先进性、实用性，

【参考文献】

[1]吴伟宁.基于无线传感器的边坡监测系统的设计与实现[D].湖南大学，2018.

[2]寸江峰.基于传感器网络的高速公路边坡监测系统研究[J].自动化与仪器仪表. 2016（04）.