歐樹召,黃加旭,李建龍

(廣東省水文地質大隊, 廣州510510)

邊坡地質災害自動化監(jiān)測探討

歐樹召,黃加旭,李建龍

(廣東省水文地質大隊, 廣州510510)

為實現邊坡安全監(jiān)測的自動化,采用GT-MCU32型綜合數據自動采集系統(tǒng),通過GPRS或者CDMA無線網絡進行數據傳輸,軟件自動對測量數據進行換算,直接輸出監(jiān)測點位移量,完成對傳感器數據的采集和監(jiān)控;以滑坡/崩塌地質災害的自動化監(jiān)測為例,分析監(jiān)測原理及監(jiān)測方法,說明實行自動化監(jiān)測的重要意義。

邊坡地質災害; 崩塌; 滑坡; 自動化監(jiān)測

1 引言

加強防災減災體系建設,提高地質災害防御能力,是地質工作者的重要目標。但是,當今社會人力成本高,傳統(tǒng)的人工監(jiān)測模式已遠遠不能滿足新形勢下地質環(huán)境管理工作的需要,尤其是關系到人民群眾生命財產安全的地質災害防治工作,更應引入高度自動化的監(jiān)測系統(tǒng)[1-4]。

在廣州市國土資源和房屋管理局越秀區(qū)分局的大力支持下,廣東省工程勘察院以廣州市越秀區(qū)寶漢直街象崗山西北側隱患邊坡為試點,于2011年4月安裝完成第一套自動化監(jiān)測設備,并成功進行數據的采集與接收。目前,已對廣州市越秀區(qū)多個地質災害隱患點進行了自動化監(jiān)測,建立了廣州市國土資源和房屋管理局越秀區(qū)分局地質災害自動化監(jiān)測系統(tǒng)。

2 邊坡概況

廣州市越秀區(qū)寶漢直街象崗山西北側隱患邊坡位于廣州市越秀區(qū),麓景西路南面,寶漢直街東面,登峰街后山村,沿山腳見密集的2～9層樓房,人口眾多。剝蝕殘丘自然山體呈橢圓形,渾園狀,長度約100 m,寬度約85 m,周長540 m,面積8 938 m2,地面標高32～45 m,丘頂標高50 m,坡度10°～40°,植被、樹林茂盛。

主要隱患點位于山丘的西北側,開挖面呈凹字形,屬土質邊坡,周長145 m,高度1～21 m,面積1 373 m2,坡度40°～60°。2008年該地區(qū)曾發(fā)生二處崩塌,塌方約50 m2;該邊坡主要由風化殘積土組成,其泡水易軟化、崩解,水理性能差,存在明顯的安全隱患;在強降雨時有可能再次塌方,嚴重威肋人民生命、財產安全。

3 自動化監(jiān)測系統(tǒng)

自動化監(jiān)測系統(tǒng)主要由三部分組成:

監(jiān)測點。該部分可以根據工程實際情況,選擇需要埋設的監(jiān)測儀器種類。現階段能夠支持接入地表沉降、深層土體位移、孔隙水壓力、土體應力應變、降雨量、水位、土壤含水率等方面的儀器儀表,并進行相應的數據采集。

監(jiān)測基站。該部分主要由通訊裝置(DTU)、自動采集裝置(MCU)以及防雷裝置組成。通訊裝置(DTU)主要是使用GPRS接收監(jiān)控中心發(fā)布的命令傳到數據自動采集裝置(MCU)和發(fā)送采集的相關數據到監(jiān)控中心;自動采集裝置主要作用是按照通訊裝置(DTU)接收到的命令進行相關的數據采集工作;防雷裝置主要由防雷針和防雷地線組成,避免因雷擊對基站的影響。

監(jiān)測預警控制中心。監(jiān)測預警中心及分中心平臺硬件設施主要包括:機房、監(jiān)測室。為地質災害監(jiān)測預警系統(tǒng)提供通信、網絡數據交換平臺,實現地質災害部門系統(tǒng)網絡辦公自動化,以及保障整個監(jiān)測預警軟件平臺正常穩(wěn)定運行等。

4 滑坡/崩塌地質災害自動化監(jiān)測

4.1 數據采集系統(tǒng)

4.1.1 監(jiān)測原理

采用硅微式固定傾斜儀型號MI600。分辨率K=2″;量程:±15°;系統(tǒng)精度:±0.03 mm/3m;當測量深度大于3 m時,可以級聯使用傳感器,精度同上。安裝方法:鉆孔Φ90 mm,選用直徑Φ70 mm的專用高精度A.B.S或鋁合金測斜管作為傾斜儀安裝導向定位管,按固定標距串聯若干支MI600型傾斜儀成一組,置于一個觀測點的測斜孔中,并以管口作為鉛垂向定位,傾斜方向的定位由測斜管截面上的四個均布導槽確定。測斜管導槽的朝向按監(jiān)測設計確定。其測量原理簡述如下:MI600型傾斜儀是基于MEMS重力感應原理的傳感器,其輸入量沿鉛垂方向的角度改變(傾斜)與輸出量數字電壓理論上成線性關系:Δθ=K·ΔV,從而有ΔL=L· sin(K·ΔV)。K為選定MI600傾角計的率定系數,L為每兩個傾斜儀之間的鉛垂向標準距離(標距),ΔLi為該測斜孔中第i個傾斜儀所在標段上端點產生的水平位移值;由此可計算得到孔口的總水平位移值為:ΔL= ΣΔLi=ΣL·sin(K·ΔV)。

4.1.2 數據采集及傳輸方法

采用GT-MCU32型綜合數據自動采集系統(tǒng),可以對傳感器進行召喚、定時指令測量,采樣時間間隔根據實際需要設置采樣(最快可以實現每3 min測量1次),采集數據可通過GPRS或者CDMA無線網絡進行數據傳輸,發(fā)送到監(jiān)控中心,軟件自動對測量數據進行換算,直接輸出監(jiān)測點位移量,完成對傳感器數據的采集和監(jiān)控。服務器端軟件可設置上線報警值,通過有線或無線接入INTERNET網絡就可進行數據采集和監(jiān)控,如圖1所示。

圖1 象崗山地質災害自動化監(jiān)測數據采集和傳輸示意圖

從2011年4月5日至2013年12月31日,象崗山的監(jiān)測情況見表1。根據監(jiān)測結果,累計位移沒有超過報警值10 mm,邊坡基本穩(wěn)定。但在2011年10月13日強降雨期間,邊坡位移量達到5.90 mm,坡體表土出現過微型崩塌。發(fā)現情況時,及時向越秀國土局進行匯報,建議重點對該處進行巡查,并盡快對山體滑坡進行綜合治理。所幸沒有造成人員傷亡和經濟損失。

表1 象崗山邊坡地質災害監(jiān)測情況匯總表

4.2 遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

隨著以數字化、網絡化為代表的信息技術發(fā)展,傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控技術已不再適應時代發(fā)展的需要,而以計算機、網絡、通信技術為基礎,以智能圖像分析為特色的網絡遠程視頻監(jiān)控逐漸成為監(jiān)控領域的發(fā)展方向。與傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控相比,網絡遠程視頻監(jiān)控使用計算機進行視頻信息的壓縮、儲存、分析、顯示等自動化處理,通過網絡平臺實現了遠距離監(jiān)控,即使是數千公里外也能達到親臨現場的效果;利用先進的軟件系統(tǒng),不僅在幾分鐘內便可完成傳統(tǒng)視頻監(jiān)控中大量的數據分析,而且提高了監(jiān)控效率,更能獲得更為逼真、清晰的數字化圖像。

5 監(jiān)測自動化的應用前景分析

從長遠來看,邊坡安全監(jiān)測自動化是不斷發(fā)展的。目前,國內許多地方的邊坡監(jiān)測正在朝這方面發(fā)展。在實現自動化監(jiān)測部分,由于觀測精度高、省時、省力,在惡劣條件下可進行正常觀測,數據可初加工等優(yōu)點,普遍受到歡迎。不少地區(qū)也在積極籌劃監(jiān)測自動化的建設。

我國目前在自動化監(jiān)測的硬件、軟件質量方面已達到一定水平,處于實用階段。在維修、長期維護、更新與擴充等方面具有優(yōu)勢。所以,在實現邊坡監(jiān)測自動化方面已具備了條件,能夠廣泛應用于危險邊坡和擋土墻的安全監(jiān)測/預警領域。

自動化監(jiān)測從運行成本來講,也大大的低于以往的人工監(jiān)測。采用邊坡自動化監(jiān)測系統(tǒng)進行監(jiān)測,在監(jiān)測系統(tǒng)安裝調試完成后,只需要一個幾人組成的團隊就能實時監(jiān)控全區(qū)域范圍的監(jiān)測數據并對數據進行初步處理,這大大的提高了危險邊坡監(jiān)測的數據時效性。而隨著微電子技術的飛躍發(fā)展,和無線通訊技術的日臻完善,電子設備的造價也隨之降低。因此自動化監(jiān)測相較于以往的人工監(jiān)測來說,也能節(jié)省大量的運營成本。

6 結論

隨著數字化、網絡化科技的發(fā)展,自動化監(jiān)測已成為現實。而自動化監(jiān)測的硬件、軟件質量方面已達到一定水平,為自動化監(jiān)測的廣泛應用提供了基礎。根據象崗山兩年半的監(jiān)測數據及結果來看,數據基本準確。邊坡地質災害自動化監(jiān)測必定具有廣闊的應用前景。

自動化監(jiān)測的優(yōu)點有:數據精準、穩(wěn)定、可靠;可以長期全天候而又實時地進行數據采集;可以節(jié)省大量的人力、物力。但是,采集技術尚未成熟。因為目前邊坡監(jiān)測應用的大多是離散式的傳感器,無法采集到邊坡大部分的重要部位數據信息。

[1] 胡厚田,韓會增,呂小平,等.邊坡地質災害的預測預報[M].成都:西南交通大學出版社, 2001.

[2] 魏永幸,楊建國.邊坡地質災害防治技術研究[J].地質災害與環(huán)境保護,2000,11(3):230-233.

[3] 張順斌,陳濤,晏萍,等.實時自動監(jiān)測系統(tǒng)在庫區(qū)某滑坡監(jiān)測中的應用[J].地下空間與工程學報,2010,6(2):1714-1719.

[4] 杜建軍.基于GPS技術的滑坡自動監(jiān)測系統(tǒng)[D].重慶:重慶大學,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

歐樹召(1981-),男,湖南郴州人,工程師,研究方向為地質災害,電話:13016001949。