［關(guān)鍵詞］公路邊坡；北斗衛(wèi)星；定位技術(shù)；智能監(jiān)測(cè)；預(yù)警；綜合平臺(tái)

公路是指經(jīng)交通運(yùn)輸主管部門驗(yàn)收認(rèn)定的城間、城鄉(xiāng)間、鄉(xiāng)間能行駛汽車的公共道路，包括已經(jīng)建成的由交通運(yùn)輸主管部門認(rèn)定的公路，還應(yīng)包括按照國家公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并經(jīng)國家行政管理部門批準(zhǔn)立項(xiàng)由交通運(yùn)輸主管部門組織正在建設(shè)的公路。截至2021年年底，全國公路總里程達(dá)到528×104 km，高速公路達(dá)到16.9×104 km，農(nóng)村公路達(dá)到446.6×104 km。我國公路建設(shè)處在高速發(fā)展階段，部分公路已縱深發(fā)展延伸至地質(zhì)條件復(fù)雜的山區(qū)，公路的安全成為公路建設(shè)需要關(guān)注的極其重要的一部分。公路的建設(shè)往往緊鄰邊坡，邊坡的穩(wěn)定對(duì)公路安全建設(shè)有著重要意義，如何有效監(jiān)測(cè)公路邊坡穩(wěn)定性，同時(shí)做出預(yù)警提示成為廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)。由于我國公路線長(zhǎng)，分布區(qū)域廣泛，所處地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，加之長(zhǎng)期復(fù)雜的自然環(huán)境變化影響，對(duì)公路邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)提出了更高更嚴(yán)格的要求。為對(duì)公路邊坡進(jìn)行長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)、全區(qū)域、動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的蓬勃發(fā)展，北斗衛(wèi)星定位技術(shù)公路邊坡智能監(jiān)測(cè)預(yù)警進(jìn)入人們的視野，及時(shí)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)滑坡成為可能。

交通運(yùn)輸部組織開展了新一代國家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點(diǎn)工程，重點(diǎn)實(shí)施傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施與數(shù)字化平臺(tái)建設(shè)，高精度電子導(dǎo)航地圖，數(shù)字化應(yīng)用三維實(shí)景技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)公路設(shè)施數(shù)字化采集、整理、分析與應(yīng)用，逐步實(shí)現(xiàn)公路設(shè)施資產(chǎn)動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)；選取橋梁、涵洞、隧道、邊坡等，建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施智能監(jiān)測(cè)傳感網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)交通基礎(chǔ)設(shè)施安全狀態(tài)綜合感知、分析及預(yù)測(cè)預(yù)警功能。

1. 項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)

基于北斗衛(wèi)星定位技術(shù)監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)綜合平臺(tái)建設(shè)主要由四個(gè)模塊組成：災(zāi)害識(shí)別模塊、北斗邊坡智能監(jiān)測(cè)預(yù)警模塊、判據(jù)模型、預(yù)警邊坡處理模塊（圖1）。

1.1 地質(zhì)災(zāi)害識(shí)別模塊

滑坡地質(zhì)災(zāi)害極容易給人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。特別是進(jìn)入21 世紀(jì)，人類生產(chǎn)生活以及頻繁的工程建設(shè)和氣候變暖帶來的極端天氣，導(dǎo)致地質(zhì)滑坡災(zāi)害頻頻發(fā)生，教訓(xùn)深刻。在這一歷史背景下，國家政策和社會(huì)需求加快了滑坡災(zāi)害的研究進(jìn)程。對(duì)于滑坡的研究不再限制于單一學(xué)科，多學(xué)科交叉融合為滑坡識(shí)別與治理提供了強(qiáng)有力的理論支撐[1]。本系統(tǒng)災(zāi)害識(shí)別主要采用inSAR技術(shù)和公路巡檢的病害信息進(jìn)行識(shí)別，對(duì)識(shí)別出的有變形邊坡進(jìn)行滑坡勘查，查明滑坡的規(guī)模、滑面的位置、滑坡成因、誘因等信息。

1.2 北斗邊坡智能監(jiān)測(cè)預(yù)警模塊

北斗邊坡智能監(jiān)測(cè)預(yù)警模塊由四個(gè)子系統(tǒng)組成：前端數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)（數(shù)據(jù)通信）、數(shù)據(jù)處理分析及管理子系統(tǒng)（控制中心），輔助子系統(tǒng)[2]。四部分的子系統(tǒng)形成一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)整體，前端數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)負(fù)責(zé)跟蹤GNSS 衛(wèi)星以及各類監(jiān)測(cè)傳感器并實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)[3]，數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至分析控制中心，分析控制中心軟件對(duì)數(shù)據(jù)處理并分析，精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)邊坡的位移情況，提取監(jiān)測(cè)的異常數(shù)據(jù)，預(yù)警系統(tǒng)立馬啟動(dòng)預(yù)警反應(yīng)。

1.3 公路邊坡判據(jù)模型

滑坡究其原因是一種非常復(fù)雜的地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)這種復(fù)雜的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行定量定性的分析、預(yù)防和預(yù)測(cè)是一項(xiàng)非常困難的任務(wù)[4]?；聻?zāi)害能否精準(zhǔn)確預(yù)測(cè)關(guān)鍵點(diǎn)在于能否正確判斷和分析滑坡在發(fā)育過程中各類內(nèi)在或外在影響和誘發(fā)因素，從而精準(zhǔn)地獲得穩(wěn)定性變化規(guī)律與演化規(guī)則[5]。本預(yù)測(cè)預(yù)警平臺(tái)從地質(zhì)環(huán)境領(lǐng)域的滑坡時(shí)間穩(wěn)定性和空間易發(fā)性問題出發(fā)，組建統(tǒng)一的滑坡多種結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，通過深入交叉融合多元化數(shù)據(jù)處理和分析，改進(jìn)傳統(tǒng)模型的預(yù)測(cè)精度，并設(shè)計(jì)配套的數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，為滑坡的變形科學(xué)、精準(zhǔn)預(yù)測(cè)和快速預(yù)警提供了新型解決方案，并為分析和評(píng)估滑坡因素提供了翔實(shí)的數(shù)據(jù)，具有十分重要的意義。

1.4 預(yù)警邊坡處理模塊

在邊坡判據(jù)模塊發(fā)出預(yù)警后，第一時(shí)間由責(zé)任巡檢人員到邊坡現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)出的形變預(yù)警信息是否屬實(shí)，排除監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)；核實(shí)后由水工環(huán)地質(zhì)專家對(duì)邊坡進(jìn)行綜合勘查，對(duì)滑坡進(jìn)行評(píng)估，并提出滑坡處置方案。

人類頻繁的大規(guī)?；顒?dòng)，對(duì)自然生態(tài)環(huán)境造成了破壞，導(dǎo)致滑坡災(zāi)害頻頻發(fā)生。本綜合平臺(tái)災(zāi)害識(shí)別主要采用inSAR技術(shù)和無人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)以及集成公路巡檢的病害信息進(jìn)行識(shí)別，判別出有形變的邊坡，然后對(duì)邊坡勘察，以勘察報(bào)告為依據(jù)設(shè)置智能監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，做到精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)、科學(xué)布置。

監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)系統(tǒng)工作界面（圖2）與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集后形成的監(jiān)測(cè)曲線圖（圖3），可以直觀地反映邊坡的數(shù)值，然后進(jìn)行監(jiān)測(cè)表格的導(dǎo)出，精準(zhǔn)反映邊坡變化，為公路的防災(zāi)、減災(zāi)，安全運(yùn)營保駕護(hù)航。

2. 平臺(tái)軟件建設(shè)及判據(jù)模型

隨著時(shí)代的發(fā)展和科技進(jìn)步，一些先進(jìn)的技術(shù)手段不斷投入應(yīng)用，滑坡的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)平臺(tái)研究也迅速發(fā)展起來。舉例來說，互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展和Web技術(shù)的日臻成熟，人機(jī)交互、數(shù)據(jù)的傳遞、信息的共享和發(fā)布越來越依靠網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，這也為解決滑坡地質(zhì)災(zāi)害問題提供了新的契機(jī)，將Web技術(shù)應(yīng)用于滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)是未來發(fā)展的一個(gè)重要方面，應(yīng)用前景廣泛。

2.1 平臺(tái)軟件建設(shè)

平臺(tái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行自動(dòng)采集、實(shí)時(shí)傳輸智能處理和建立可感知、互聯(lián)互通、信息共享、智能化的功能，主要完成以下內(nèi)容的建設(shè)：

（1）數(shù)據(jù)采集及處理：前端由各類傳感器實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、北斗接收機(jī)硬件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，核心處理分析引擎對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變形體的位移情況。該功能包括前端數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)傳輸（數(shù)據(jù)通信）、數(shù)據(jù)處理共同形成一個(gè)有機(jī)整體。

（2）數(shù)據(jù)查詢功能：按時(shí)間間隔、時(shí)間段、空間、項(xiàng)目名稱、設(shè)備類型、設(shè)備狀態(tài)、數(shù)據(jù)狀態(tài)查詢。

（3）數(shù)據(jù)通道：數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出，報(bào)表生成、導(dǎo)出，報(bào)表定時(shí)導(dǎo)出，收件人編輯，報(bào)表展示（趨勢(shì)圖，比重圖、對(duì)比圖、地圖展示）。

（4）預(yù)警告知（短信）：發(fā)送群組管理，信息發(fā)送，發(fā)送頻率，信息屏蔽，信息優(yōu)先級(jí)，信息內(nèi)容編輯，短信發(fā)送狀態(tài)，個(gè)性化設(shè)置，費(fèi)用查詢，到期查詢。

（5）數(shù)據(jù)展示：以項(xiàng)目、設(shè)備為單位展示形變（位移、沉降）、裂縫、含水率、綜合分析結(jié)果，可以對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間維度空間維度的類比，同比，速度對(duì)比，速度對(duì)比，各類報(bào)表。其目的是快速發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，分析險(xiǎn)情原因，排除險(xiǎn)情誤報(bào)，預(yù)知風(fēng)險(xiǎn)趨勢(shì)。

2.2 平臺(tái)軟件總體設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)預(yù)警軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)采用B/S 與C/S 混合架構(gòu)。C/S 軟件系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集與解算。因?yàn)锽/S結(jié)構(gòu)對(duì)客戶端沒有特殊要求，對(duì)用戶數(shù)也沒有限制且具有良好的擴(kuò)充性，B/S結(jié)構(gòu)只需要支持網(wǎng)絡(luò)并具有瀏覽器功能即可。B/S模式客戶端不需安裝程序，只在服務(wù)器端安裝應(yīng)用程序，使用IE或其他瀏覽器即可直接使用，修改應(yīng)用程序客戶端不作任何改動(dòng)，只與服務(wù)器有關(guān)，操作簡(jiǎn)單，易學(xué)易會(huì)，維護(hù)簡(jiǎn)便。監(jiān)測(cè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)如圖4。

3. 效益分析

公路邊坡智能監(jiān)測(cè)預(yù)警綜合平臺(tái)是智能交通信息化發(fā)展的重要部分[6]，能提升交通基礎(chǔ)設(shè)施管理智能化水平和安全水平，能對(duì)公路邊坡的滑坡災(zāi)害提前預(yù)警，最大限度地減少人員傷亡，減少經(jīng)濟(jì)損失，改善和保護(hù)生態(tài)環(huán)境，還能為公路邊坡的治理養(yǎng)護(hù)提供依據(jù)[7]。實(shí)施效益包括經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益三方面。

3.1 經(jīng)濟(jì)效益方面

平臺(tái)的建設(shè)能夠提前預(yù)警公路邊坡滑坡等病害，避免病害突然發(fā)生，減少直接經(jīng)濟(jì)損失；平臺(tái)能為公路邊坡的養(yǎng)護(hù)治理提供形變依據(jù)，使邊坡的治理資金能投入到有形變的邊坡，做到精準(zhǔn)治理；系統(tǒng)能為治理后的邊坡提供形變依據(jù)，以便評(píng)估治理效果，治理后形變信息的反饋，有利于未來設(shè)計(jì)概念和施工技術(shù)的更新，減少不必要的防治建設(shè)投入，大大提高了防治工作效率，降低了作業(yè)成本；項(xiàng)目的實(shí)施提升交通基礎(chǔ)設(shè)施管理智能化水平，能減少公路人力巡檢的工作量，使巡檢更便利、更高效。

3.2 社會(huì)效益方面

公路邊坡智能監(jiān)測(cè)預(yù)警綜合平臺(tái)的社會(huì)效益主要體現(xiàn)在減少隱患公路邊坡的數(shù)量，能避免人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，減輕了人們對(duì)公路滑坡的精神負(fù)擔(dān)，同時(shí)在社會(huì)上造成了極大的影響。做好公路邊坡智能監(jiān)測(cè)預(yù)警綜合平臺(tái)，既能保護(hù)公路基礎(chǔ)設(shè)施，促進(jìn)公路系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展等，又可在社會(huì)樹立平安交通的良好形象。

3.3 環(huán)境效益方面

當(dāng)今社會(huì)土地資源十分寶貴，通過公路邊坡智能監(jiān)測(cè)預(yù)警綜合平臺(tái)，可以減少公路邊坡的地質(zhì)災(zāi)害對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的破壞，減少水土流失，減少自然災(zāi)害對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)傷害，保護(hù)山地丘陵區(qū)的水土、森林、植被資源，自然景觀和改善人居環(huán)境，促進(jìn)人與自然的和諧相處。

4. 結(jié)論

（1）基于北斗衛(wèi)星定位技術(shù)公路邊坡智能監(jiān)測(cè)預(yù)警綜合平臺(tái)應(yīng)用在公路邊坡監(jiān)測(cè)上是未來發(fā)展必然趨勢(shì)；

（2）基于北斗衛(wèi)星定位技術(shù)公路邊坡智能監(jiān)測(cè)預(yù)警綜合平臺(tái)是系統(tǒng)化、集成化平臺(tái)，與傳統(tǒng)測(cè)繪方式相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)收集、集成、分析、預(yù)判，從根本上提高了工作效率，大大增強(qiáng)了人類防災(zāi)減災(zāi)的能力；

（3）基于北斗衛(wèi)星定位技術(shù)公路邊坡智能監(jiān)測(cè)預(yù)警綜合平臺(tái)能夠減輕公路邊坡災(zāi)害對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)和自然生態(tài)環(huán)境的破壞，促進(jìn)人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展。

（4）基于北斗衛(wèi)星定位技術(shù)公路邊坡智能監(jiān)測(cè)預(yù)警綜合平臺(tái)是基于我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)進(jìn)一步研發(fā)的系統(tǒng)平臺(tái)，它的推廣，進(jìn)一步彰顯了我國獨(dú)立自主、科技創(chuàng)新能力，提升了我國綜合國力和國際競(jìng)爭(zhēng)力。

基于北斗衛(wèi)星定位技術(shù)公路邊坡智能監(jiān)測(cè)預(yù)警綜合平臺(tái)通過對(duì)公路橋梁、邊坡遠(yuǎn)程無人值守實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警的示范應(yīng)用，不斷完善位移監(jiān)測(cè)終端產(chǎn)品，并進(jìn)行規(guī)?；?，逐步在全國范圍內(nèi)的公路橋梁、邊坡領(lǐng)域大規(guī)模推廣。

北斗衛(wèi)星定位技術(shù)公路邊坡智能監(jiān)測(cè)預(yù)警綜合平臺(tái)的廣泛應(yīng)用進(jìn)而推廣、延伸至災(zāi)害監(jiān)測(cè)、礦山邊坡位移監(jiān)測(cè)、尾礦位移監(jiān)測(cè)、礦山采空區(qū)沉陷監(jiān)測(cè)、水庫大壩位移監(jiān)測(cè)、堤防渠道位移監(jiān)測(cè)、深基坑周邊影響區(qū)位移監(jiān)測(cè)、高層建筑及大型場(chǎng)館健康監(jiān)測(cè)、地震監(jiān)測(cè)、電力設(shè)施安全監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，應(yīng)用前景十分廣闊，將加快北斗衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的發(fā)展，有助于優(yōu)化北斗產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。