摘" 要： 我國是世界上地質(zhì)災(zāi)害類型最多、地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一，而雨量監(jiān)測(cè)和形變監(jiān)測(cè)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著越來越重要的作用，因此確保地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的長期運(yùn)行以及在降雨期間的穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要。文中基于STM32微控制器、LORA模塊、4G模塊設(shè)計(jì)了一款物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板，并結(jié)合壓電式雨量傳感器、拉繩位移傳感器研制了雨量智能監(jiān)測(cè)儀、裂縫位移智能監(jiān)測(cè)儀；結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板和弱反射光柵陣列傳感技術(shù)構(gòu)建了基于物聯(lián)網(wǎng)的弱反射光柵地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地質(zhì)災(zāi)害體的定時(shí)監(jiān)測(cè)和降雨期間的自動(dòng)監(jiān)測(cè)；最后將雨量智能監(jiān)測(cè)儀、裂縫位移智能監(jiān)測(cè)儀和弱反射光柵地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于桐梓縣大河鎮(zhèn)新場(chǎng)火車站新場(chǎng)滑坡、崩塌的監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)中。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，弱反射光柵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)得傳感光纜41#弱反射光柵傳感段的位移變化達(dá)5 mm，在其附近的位移監(jiān)測(cè)儀也測(cè)到有位移變化，可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的定時(shí)監(jiān)測(cè)和降雨期間的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞： 弱反射光柵； 地質(zhì)災(zāi)害； 物聯(lián)網(wǎng)； 雨量監(jiān)測(cè)； 位移監(jiān)測(cè)； 光纖傳感； 光柵傳感器； 滑坡監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)： TN29?34" " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A" " " " " " " " " " " " "文章編號(hào)： 1004?373X（2025）01?0144?07

Design and application of geological disaster monitoring system"based on IoT and weak?reflection fiber grating array

ZHANG Xiaofei1， 2， Lü Zhonghu1， 2， MENG Qingjia1， 2， WANG Chenhui1， 2

（1. Center for Hydrogeology and Environmental Geology Survey， CGS， Tianjin 300304， China;

2. Technology Innovation Center for Geological Environment Monitoring， MNR， Baoding 071051， China）

Abstract： China is one of the countries with the most types of and the most serious geological disasters in the world. Rainfall monitoring and deformation monitoring play an increasingly important role in geological disaster monitoring， so it is particularly important to ensure the long?term operation of the geological disaster monitoring system and its stable operation during rainfall. In view of the above， this paper designs an IoT data acquisition control board on the basis of the microcontroller STM32， LORA module and 4G module， and develops a rainfall intelligent monitor and a crack displacement intelligent monitor by combining piezoelectric rain sensor and drawstring displacement sensor. A weak?reflection fiber grating geological disaster monitoring system is constructed in combination with the IoT data acquisition control board and weak?reflection fiber grating array sensing technology， so as to realize the regular monitoring of geological disaster body and the automatic monitoring during rainfall. Finally， the rainfall intelligent monitor， the crack displacement intelligent monitor and the weak?reflection fiber grating geological disaster monitoring system are applied to the monitoring experiment of the landslide and collapse of Xinchang Railway Station in Dahe Town， Tongzi County. The monitoring data show that the displacement changes of the No. 41 weak?reflection fiber grating sensing section is up to 5 mm measured by the weak?reflection fiber grating monitoring system， and the displacement monitor nearby also detected the displacement changes. Therefore， the system can effectively realize the regular monitoring of geological disasters and automatic monitoring during rainfall.

Keywords： weak?reflection fiber grating; geological disaster; IoT; rainfall monitoring; displacement monitoring; fiber optic sensing; grating sensor; landslide monitoring

0" 引" 言

我國由于地域廣闊、地質(zhì)較為復(fù)雜，因此成為世界上地質(zhì)災(zāi)害類型最多、地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。降雨是導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害失穩(wěn)的諸多外界因素中最重要的影響因素之一，尤其對(duì)滑坡、崩塌之類的斜坡地質(zhì)災(zāi)害的形成起決定性作用[1]。雨量監(jiān)測(cè)和形變監(jiān)測(cè)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著越來越重要的作用，因此確保地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的長期運(yùn)行以及在降雨期間的穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要。

在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，受限于傳感光纜和BOTDR解調(diào)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的BOTDR監(jiān)測(cè)方案成本較高[2]；傳統(tǒng)光纖布拉格光柵（傳統(tǒng)FBG）廣泛應(yīng)用于煤礦安全監(jiān)測(cè)[3]、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)[4]、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)[5]等領(lǐng)域，但傳統(tǒng)FBG反射率較高，在傳感系統(tǒng)的復(fù)用數(shù)量上受到限制，無法滿足復(fù)雜、大規(guī)模監(jiān)測(cè)的需求。弱反射光柵陣列傳感技術(shù)采用在線刻寫技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一根光纖中高密度刻寫多個(gè)同波長的弱反射光柵，極大地提高了有效傳感單元的密度[6]，可以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的密集準(zhǔn)分布式監(jiān)測(cè)，但是由于其功耗較高，在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中難以實(shí)現(xiàn)全天不間斷的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，難以確保降雨期間的自動(dòng)運(yùn)行。

本文基于STM32微控制器、LORA模塊、4G模塊設(shè)計(jì)了一款物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板，并結(jié)合壓電式雨量傳感器、拉繩位移傳感器研制了雨量智能監(jiān)測(cè)儀和裂縫位移智能監(jiān)測(cè)儀，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板和弱反射光柵陣列傳感技術(shù)構(gòu)建了基于物聯(lián)網(wǎng)的弱反射光柵地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地質(zhì)災(zāi)害體的定時(shí)監(jiān)測(cè)和降雨期間的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，增強(qiáng)了弱反射光柵地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的野外適應(yīng)性。

1" 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示，基于物聯(lián)網(wǎng)和弱反射光柵陣列的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由雨量智能監(jiān)測(cè)儀、裂縫位移智能監(jiān)測(cè)儀和弱反射光柵陣列地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成。

雨量智能監(jiān)測(cè)儀和裂縫位移智能監(jiān)測(cè)儀通過物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板自適應(yīng)采集雨量傳感器和拉繩位移傳感器的輸出，并將數(shù)據(jù)通過4G發(fā)送到云平臺(tái)，如果采集到的雨量或位移值超過閾值，通過LORA模塊實(shí)現(xiàn)儀器之間的互聯(lián)并發(fā)出預(yù)警信息；弱反射光柵監(jiān)測(cè)解調(diào)儀在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板的控制下定時(shí)工作，同時(shí)響應(yīng)LORA模塊或4G模塊的命令實(shí)現(xiàn)降雨期間的自動(dòng)工作，完成對(duì)地質(zhì)災(zāi)害體的定時(shí)監(jiān)測(cè)以及降雨期間的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

2" 雨量/裂縫位移智能監(jiān)測(cè)儀的研制

雨量/裂縫位移智能監(jiān)測(cè)儀采取模塊化、組合式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合壓電式雨量傳感器、拉繩位移傳感器，在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板中內(nèi)嵌以智能觸發(fā)感知、加密策略為主的嵌入式低功耗自適應(yīng)數(shù)據(jù)采集算法和智能互聯(lián)等技術(shù)，形成儀器?儀器、儀器?平臺(tái)之間的智能聯(lián)動(dòng)與自預(yù)警，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的全過程全天候?qū)崟r(shí)智能監(jiān)測(cè)預(yù)警。

2.1" 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板的硬件設(shè)計(jì)

依據(jù)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的實(shí)際需求，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板不僅要采集壓電式雨量傳感器和位移傳感器的輸出信號(hào)，同時(shí)需要控制繼電器的通斷和聲光報(bào)警模塊的啟停，以及通過LORA模塊在各采集板之間互聯(lián)互通，通過4G模塊向云平臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù)和接收云平臺(tái)下發(fā)的指令，設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板的硬件框圖[7?10]如圖2所示。

為了能實(shí)現(xiàn)與多種型號(hào)的雨量傳感器的對(duì)接，設(shè)計(jì)的雨量傳感器接口電平轉(zhuǎn)換電路如圖3所示，經(jīng)過電路轉(zhuǎn)化，雨量傳感器的輸出脈沖轉(zhuǎn)換成0～3.3 V之間的脈沖信號(hào)。位移傳感器輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過簡單的RC濾波電路后輸入STM32微控制器自帶的A/D。

為了降低功耗，STM32微控制器采用超低功耗STM32L071RBT6微控制器。使用GPIO PC14與雨量傳感器的輸出相連，PC15與位移傳感器的輸出連接，使用USART5（PD2、PC12）與4G傳輸模塊連接，使用USART4（PC11、PC10）與LORA通信模塊連接，使用內(nèi)部自帶的A/D測(cè)量供電電壓和電路板的溫度，使用GPIO（PB10、PB11、PB12、PB13）通過ULN2003驅(qū)動(dòng)LED報(bào)警燈和繼電器，使用PHILIPS公司生產(chǎn)的低功耗CMOS實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷芯片PCF8536計(jì)時(shí)操作，使用具有SPI接口的FLASH存儲(chǔ)芯片W25Q128用于各種參數(shù)的存儲(chǔ)。

為了實(shí)現(xiàn)語音報(bào)警，采用大功率數(shù)字功放TPA3116D2音頻放大模塊將EC600S?CN模塊輸出的音頻信號(hào)進(jìn)行功率放大后驅(qū)動(dòng)語音報(bào)警模塊[11]。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板供電采用太陽能電池板浮充鋰離子電池方式，為了使太陽能充電效率達(dá)到最佳，采用TI公司生產(chǎn)的太陽能充電管理集成電路BQ24650設(shè)計(jì)了充電控制模塊。

2.2" 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板的軟件設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板的采集控制軟件主要針對(duì)STM32微控制器進(jìn)行編程，具體實(shí)現(xiàn)采集板的初始化、狀態(tài)查詢，依據(jù)狀態(tài)標(biāo)志位執(zhí)行不同的操作。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板軟件流程圖如圖4所示。

物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板上電后以設(shè)定的默認(rèn)參數(shù)工作，在設(shè)定的定時(shí)時(shí)間采集傳感器的輸出、供電電壓、溫度等參數(shù)后上傳至云平臺(tái)，并按照設(shè)定的定時(shí)時(shí)間打開或關(guān)閉繼電器用以控制其他設(shè)備的供電；如果檢測(cè)到雨量傳感器的輸出脈沖，則統(tǒng)計(jì)降雨數(shù)據(jù)并和內(nèi)設(shè)的閾值進(jìn)行比較后通過LORA模塊喚醒其他設(shè)備、通過4G模塊上傳雨量；如果接收LORA模塊或4G模塊的指令，解析命令并打開或關(guān)閉繼電器用以控制其他設(shè)備的供電以及通過聲光報(bào)警模塊發(fā)出預(yù)警信息。

在中斷程序中，接收來自各中斷源的數(shù)據(jù)，并修改相應(yīng)的狀態(tài)標(biāo)志；主程序依據(jù)各狀態(tài)標(biāo)志進(jìn)入不同的工作模式，完成定時(shí)采集、智能互聯(lián)以及與云平臺(tái)的智能交互、遠(yuǎn)程升級(jí)等操作。

2.3" 雨量/裂縫位移智能監(jiān)測(cè)儀

采用一體化、模組化、裝配式的設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)生產(chǎn)了儀器外殼，配以壓電式雨量傳感器、拉繩位移傳感器、太陽能板、鋰電池、高音喇叭等模塊，研制的雨量智能監(jiān)測(cè)儀、裂縫位移智能監(jiān)測(cè)儀如圖5所示。

3" 弱反射光柵陣列傳感技術(shù)

3.1" 弱反射光柵陣列傳感原理

如圖6所示，在弱反射光柵陣列中，當(dāng)信號(hào)光入射到達(dá)弱反射光纖布拉格光柵時(shí)，與弱反射光柵中心波長一致的很小一部分光信號(hào)被光纖光柵反射回來，剩余的大部分光信號(hào)繼續(xù)向前傳輸直到下一個(gè)弱反射光纖布拉格光柵，繼續(xù)發(fā)生同樣的作用，接著繼續(xù)如此進(jìn)行下去，直到陣列中的最后一個(gè)弱反射光柵。最后只需要分析探測(cè)系統(tǒng)接收到的弱反射光柵中心波長的變化情況，就可以實(shí)現(xiàn)陣列中每個(gè)弱反射光柵的傳感功能。

由于弱反射光柵的反射率低于0.1%，與強(qiáng)光柵相比，弱反射光柵陣列中串接的弱反射光柵數(shù)量巨大，且由于刻寫工藝造成同一根光纖上的弱反射光柵的中心波長大致相同或?yàn)閹讉€(gè)固定值，因此無法僅用波分復(fù)用技術(shù)來區(qū)分各個(gè)弱反射光柵?；贠TDR原理，在弱反射光柵陣列的解調(diào)中一般通過時(shí)間域來確定每個(gè)弱反射光柵的位置[6]。

3.2" 弱反射光柵陣列監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖7所示，基于物聯(lián)網(wǎng)的弱反射光柵地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由弱反射光柵傳感光纜、弱反射光柵傳感器、弱光柵監(jiān)測(cè)解調(diào)儀、4G路由器、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板和太陽能供電系統(tǒng)組成[12?13]。

弱光柵監(jiān)測(cè)解調(diào)儀在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板的控制下定時(shí)啟動(dòng)和關(guān)閉，自動(dòng)采集解析弱反射光柵陣列中各弱反射光柵的波長變化，計(jì)算光纜傳感段上的位移和傳感器的傾角或位移變化，從而實(shí)現(xiàn)整根光纜上的分布式位移監(jiān)測(cè)和關(guān)鍵位置的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。弱光柵監(jiān)測(cè)解調(diào)儀將數(shù)據(jù)保存在本地硬盤的同時(shí)，通過4G模塊將數(shù)據(jù)傳輸至云平臺(tái)，完成對(duì)地質(zhì)災(zāi)害體的定時(shí)監(jiān)測(cè)。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板也可以通過LORA模塊響應(yīng)同一監(jiān)測(cè)場(chǎng)地的雨量智能監(jiān)測(cè)儀發(fā)出的命令而啟動(dòng)弱光柵監(jiān)測(cè)解調(diào)儀，實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害體降雨期間的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

3.3" 弱反射光柵傳感光纜

針對(duì)監(jiān)測(cè)需求，采用間距2 m的弱反射光柵光纖設(shè)計(jì)生產(chǎn)了外定點(diǎn)式弱反射光柵傳感光纜。如圖8所示，外定點(diǎn)式弱反射光柵傳感光纜內(nèi)置免剝皮刻寫的弱光纖光柵陣列，單纖上復(fù)用多個(gè)反射率在0.01%～1%的光柵傳感單元，經(jīng)過螺旋金屬鎧、金屬絲網(wǎng)編織層封裝后成纜；再人工剝除外定點(diǎn)處的護(hù)套，采用點(diǎn)膠方式將保護(hù)殼、螺旋鎧與光纖纖芯固化，構(gòu)成受力節(jié)點(diǎn)[13]。監(jiān)測(cè)時(shí)，通過固定夾具和膨脹螺絲將弱反射光柵傳感光纜的受力節(jié)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)體充分耦合，并使節(jié)點(diǎn)間的光纜傳感段有一定的預(yù)應(yīng)力。整根弱反射光柵傳感光纜按光柵間距被劃分為多個(gè)傳感段，每個(gè)傳感段含有一個(gè)弱反射光柵傳感單元并與監(jiān)測(cè)體充分耦合，監(jiān)測(cè)體的位移變化將轉(zhuǎn)化成光纜傳感段的應(yīng)變，光纜傳感段的應(yīng)變由弱反射光柵傳感單元的波長變化所體現(xiàn)，弱光柵監(jiān)測(cè)解調(diào)儀解析波長變化并計(jì)算出光纜傳感段上的位移。

3.4" 弱反射光柵傳感器

弱反射光柵傾角傳感器主要由擺錘、弱反射光柵、外殼等組成。如圖9所示為弱反射光柵傾角傳感器的結(jié)構(gòu)圖，將弱反射光柵粘貼于結(jié)構(gòu)體中，當(dāng)擺錘傾斜時(shí)，拉伸弱反射光柵發(fā)生形變，導(dǎo)致弱反射光柵波長發(fā)生變化，通過解調(diào)儀采集波長信號(hào)，換算得到傾角值。

弱反射光柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)圖如圖10所示，傳感器由滑輪、拉簧、鋼絲繩等組成。將弱反射光柵FBG1粘貼于應(yīng)變材料上，當(dāng)鋼絲繩沿著滑輪拉動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)拉簧拉伸傳導(dǎo)至應(yīng)變材料，導(dǎo)致應(yīng)變材料發(fā)生形變，引起弱反射光柵波長發(fā)生變化，通過解調(diào)儀采集波長信號(hào)，換算得到位移值。

4" 野外應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

4.1" 野外應(yīng)用實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地介紹

選擇桐梓縣大河鎮(zhèn)新場(chǎng)火車站新場(chǎng)滑坡及崩塌作為雨量智能監(jiān)測(cè)儀、裂縫位移智能監(jiān)測(cè)儀和基于物聯(lián)網(wǎng)的弱反射光柵地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地。如圖11所示，鐵路之上為新場(chǎng)滑坡，滑體物質(zhì)為崩塌堆積體，鐵路之下為新場(chǎng)崩塌，為塊狀、層狀灰?guī)r巖體。

兩處高陡隱患地質(zhì)體的監(jiān)測(cè)布置如下。

新場(chǎng)滑坡：布設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板的雨量智能監(jiān)測(cè)儀。

新場(chǎng)崩塌：陡崖頂部布設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板的裂縫位移智能監(jiān)測(cè)儀，陡崖面崩塌源布設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)的弱反射光柵地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

4.2" 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布設(shè)

新場(chǎng)崩塌實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的裂縫位移智能監(jiān)測(cè)儀和弱反射光柵地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布設(shè)示意圖如圖12所示。共布設(shè)弱反射光柵傳感光纜230 m，弱反射光柵位移傳感器2只，弱反射光柵傾角傳感器1只，弱光柵監(jiān)測(cè)解調(diào)儀1套，布設(shè)裂縫位移智能監(jiān)測(cè)儀3套。

弱反射光柵傳感光纜在陡崖面的布設(shè)步驟為：采用膨脹螺絲和固定夾具將傳感光纜的受力節(jié)點(diǎn)固定在巖體上，拉直傳感光纜，確保受力節(jié)點(diǎn)之間的弱反射光柵傳感單元受到一定的預(yù)應(yīng)力后，將預(yù)拉狀態(tài)下的傳感光纜另一受力節(jié)點(diǎn)通過膨脹螺絲和固定夾具固定在巖體上，依次沿著設(shè)計(jì)的路線將整根傳感光纜布設(shè)在監(jiān)測(cè)巖體上，并使光纜尾纖回到監(jiān)測(cè)箱內(nèi)。

弱反射光柵傾角傳感器和位移傳感器均采用膨脹螺絲固定在巖體上，并確保弱反射光柵位移傳感器的拉繩拉出一段初始位移，再采用光纜將傾角傳感器和位移傳感器串接后接入監(jiān)測(cè)箱內(nèi)。

將物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板、弱光柵監(jiān)測(cè)解調(diào)儀、蓄電池、太陽能控制器、4G模塊布設(shè)于監(jiān)測(cè)箱內(nèi)；將弱反射光柵傳感光纜連接至監(jiān)測(cè)解調(diào)儀的CH1通道，將弱反射光柵傳感器的光纜連接至監(jiān)測(cè)解調(diào)儀的CH2通道，設(shè)置好物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板和監(jiān)測(cè)解調(diào)儀的相關(guān)參數(shù)后進(jìn)入自動(dòng)工作模式，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)每天的定時(shí)監(jiān)測(cè)和降雨期間的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

4.3" 監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析

弱反射光柵地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從2022年11月1日布設(shè)后穩(wěn)定運(yùn)行，以11月1日的數(shù)據(jù)作為初始數(shù)據(jù)，至2023年11月1日一年時(shí)間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。遍歷傳感光纜上的弱反射光柵的波長變化，按2 m間距計(jì)算，換算成位移變化繪制曲線如圖13所示。

從圖13可以看出，41#和47#弱反射光柵發(fā)生了非常明顯的拉伸變形，將41#和47#弱反射光柵的變形按時(shí)間繪制曲線如圖14所示。

從圖14可以得出，41#和47#弱反射光柵從2023年3月開始發(fā)生緩慢位移變化，41#弱反射光柵在2023年4月有4 mm的位移突變。

弱反射光柵位移傳感器和傾角傳感器的監(jiān)測(cè)曲線如圖15、圖16所示。

從圖15、圖16可以得出，其中一個(gè)位移傳感器產(chǎn)生了2.5 mm位移變化，傾角傳感器產(chǎn)生了2.5°的傾角變化。

相應(yīng)地，距離41#和47#弱反射光柵最近的裂縫位移智能監(jiān)測(cè)儀同樣在2023年3月監(jiān)測(cè)到位移變化，其監(jiān)測(cè)曲線如圖17所示。

5" 結(jié)" 論

本文基于STM32微控制器、LORA模塊、4G模塊設(shè)計(jì)了一款物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板，并以此為基礎(chǔ)研制了雨量智能監(jiān)測(cè)儀、裂縫位移智能監(jiān)測(cè)儀，各儀器之間可以通過LORA模塊互聯(lián)互通和遠(yuǎn)程喚醒。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集控制板、弱反射光柵陣列傳感技術(shù)，構(gòu)建了基于物聯(lián)網(wǎng)的弱反射光柵陣列地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地質(zhì)災(zāi)害體的定時(shí)監(jiān)測(cè)和由雨量監(jiān)測(cè)儀喚醒后的自動(dòng)監(jiān)測(cè)；將雨量智能監(jiān)測(cè)儀、裂縫位移智能監(jiān)測(cè)儀和弱反射光柵地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于桐梓縣大河鎮(zhèn)新場(chǎng)火車站新場(chǎng)滑坡、崩塌監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地質(zhì)災(zāi)害體區(qū)域上的分布式監(jiān)測(cè)和關(guān)鍵位置的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

注：本文通訊作者為呂中虎。

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基金項(xiàng)目：云南省科技計(jì)劃項(xiàng)目：烏蒙山區(qū)重大地質(zhì)災(zāi)害易災(zāi)機(jī)理和風(fēng)險(xiǎn)防控研究（202403AA080001）；地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目（DD20230442，DD20221813）

作者簡介：張曉飛（1981—），男，河北保定人，碩士研究生，高級(jí)工程師，主要從事地質(zhì)儀器和地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研發(fā)。

呂中虎（1985—），男，湖北漢川人，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榈刭|(zhì)儀器研發(fā)與應(yīng)用。

孟慶佳（1984—），女，河北石家莊人，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)。

王晨輝（1986—），男，河北石家莊人，碩士研究生，正高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)。