边坡无线自动监测预警系统应用研究

宋亚洲

（江苏东交智控科技集团股份有限公司，江苏南京 210000）

随着我国交通建设和信息技术发展，无线网络技术被越来越多应用于公路边坡监测。边坡具有地质复杂、人工开挖等特点，导致许多滑坡、坍塌等自然灾害发生，边坡的失稳和破坏难以控制、不易预测、不能准确预判。有必要研发一套无线自动边坡监测系统，实现工程监测的无人现场作业和监测数据的远程获取，为边坡日常养护、管理和突发事件提供可靠依据，对于保障人们的生命财产安全具有现实意义。边坡自动监测预警系统可以对边坡的地表位移、深层水平位移变形、地下水位等指标进行全天候、不间断监测，进行实时的数据采集，对边坡稳定进行预警预报，及时发现危险。

1 边坡自动监测预警系统

1.1 系统介绍

系统平台基于Java 2 PlatformEnterprise Edition（J2EE）技术开发。

J2EE平台可以提供一个多层结构的分布式的应用程序模型，该模型具有重用组件能力、统一的安全模式和灵活的事务控制，为搭建具有可伸缩性、灵活性、易维护性的商务系统提供良好的机制。

边坡自动监测预警系统平台结合无线传感网络，省时省力，可以进行不间断连续监测，环境适应性强，对地形条件的要求较低，能够替代人为数据采集，实现边坡稳定性的实时预警监测。系统主要监测内容有边坡地表位移、土体内部位移、水位、降雨量等参数，均可以分析边坡稳定性。

1.2 系统功能

（1）实时监控。

该功能面向所有系统用户，方便施工参建各方实时查看监测数据，对施工作业及时进行调整。

（2）数据查询。

该功能面向施工管理人员，可以提供历史监测数据的查询功能。

（3）数据分析。

该功能面向施工管理人员，具有提供监测数据分析、数据统计、图形绘制、变形预测、报表打印等功能。

1.3 系统展示

系统监测内容主要由环境主题、变形主题、受理主题组成，分别对各指标进行监测，系统还包括各指标的数据分析以及预警模块，实现边坡现场的数据采集、分析以及预警等功能。

1.4 系统自动预警机制

预警信息根据用户配置阈值进行自动比对分析，监测值超出设定的阈值时会触发报警机制，用户进入系统的第一时间能够看到报警数据提示。所有历史预警数据均汇总保存，具有处理闭合机制，方便用户随时查看和处理。

系统预警界面如图1所示。

图1 系统预警界面

监测系统运行时，系统能够根据采集值与阈值的偏差程度，自动判定预警属于初级预警、中级预警和高级预警中的哪个级别，预警指标数值在系统平台以不同颜色字体标注显示。以短信预警通知对应的参建管理人员，在预警指标和预警短信内容中连并发送建议预警处理方案，便于人员根据建议及时查找预警原因。

2 系统应用及分析

2.1 工程概况

本次边坡工程位于隧道的出口处，为山体中间低洼处，地形较陡，均为岩质边坡。边坡坡高6～8 m，坡脚存在土壤掏空现象，坡顶的截水沟损毁严重，该处边坡无防护措施，存在较大的安全隐患。边坡有小范围滑塌病害，采取袋装土回填措施，并对坡顶的截水沟和坡脚挡墙进行重新设计和修筑，目前整体较为稳定。

2.2 监测点位布设

本边坡的监测内容根据本项目地区地质特征特点选择。监测的主体是边坡地质体，监测的内容是边坡失稳的条件，除监测主体外，还能够对导致失稳的因素、失稳动力和相关因素进行监测。

根据边坡实际情况，对地表位移点布监测设3个；对内部深层位移布设3个测斜孔，孔径15 m，每个测孔布置3个测点，共9个传感器；为减少现场施工打孔，地下水位与测斜孔共用，布设2个监测点；将降雨量、监测点布设在边坡的地势较高且无遮挡处。

监测点布置如图2所示。

图2 监测点布置

2.3 应用效果分析

各监测指标均对边坡稳定性均具有直接影响，数据值变化较大会对边坡稳定性造成不利影响。从现场情况分析，本工程降雨量对其他监测因素的影响较大，通过降雨量对其他指标进行关联分析，观察其他指标的数据变化，不局限于分析一个因素影响。

（1）降雨量与地下水位关联分析。

坡体中地下水的主要补给源为降水，可以根据降雨监测间接估计水位的变化趋势。

降雨量与地下水位关联分析如图3所示。

图3 降雨量与地下水位关联分析

水位变化直接影响边坡稳定性，水位情况随着降雨量变化。雨量增大时，地下水位及土壤湿度随之变大；没有降雨时，土壤湿度逐渐减小，水位值趋于稳定。

（2）降雨量与边坡地表位移关联分析。

边坡地表位移是边坡稳定性的必须监测项，可以准确反映边坡的稳定性。

降雨量与边坡表面位移关联分析如图4所示。

图4 降雨量与边坡表面位移关联分析

降雨后，地表位移有明显波动，雨量变小或无降水时，表面位移保持相对稳定状态。表面位移呈现的数据情况较为稳定，该边坡结构处于稳定状态。

（3）降雨量与深层水平位移关联分析。

边坡坡体在内力作用下，内部会产生较小的裂缝，随着时间推移，裂缝越来越大，导致边坡失稳滑坡，造成不可预估的后果，有必要对内部位移进行监测，可以有效对边坡稳定性进行评价。

降雨量与深层水平位移关联分析如图5所示。

图5 降雨量与深层水平位移关联分析

随着降雨及地下水位变化，深层水平位移也产生变化，但在短时间内就会随雨量减小而趋于稳定状态。本项目深层水平位移大部分监测数据变化较为稳定，边坡所处的状态稳定。

（4）边坡预警分析。

根据边坡监测标准规范，制定各指标相应预警阈值，依据不同范围值制定预警等级，对超出容许偏差的情况进行实时系统报警或短信预警。根据采集数据自动比对分析，监测值超出设定的阈值会触发报警机制，用户可以在进入系统的第一时间看到报警数据提示。系统可以对所有历史预警数据汇总保存，具有处理闭合机制，方便用户随时查看和处理。

3 结语

本工程边坡所处状态良好，大部分监测项和监测数据变化较为稳定，虽出现预警，但经现场确认，均采取合理措施处理。监测系统可以确保施工安全，规避不必要的人员和设备损失，节省许多人力、物力。研发边坡自动监测预警系统平台，可以对边坡进行地表位移、内部位移、降水量及水位等一系列参数的无线自动监测，实时获取影响边坡稳定状态的各参数信息。平台预警系统可以对信息进行实时分析，将边坡稳定信息发送到平台，自动发送信息告知相关人员，实现边坡的全天候自动监测。