滑坡監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)范文

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《地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)雜志》2015年第一期

1監(jiān)測系統(tǒng)工作原理和構(gòu)成

監(jiān)測系統(tǒng)主要是由數(shù)據(jù)采集模塊、傳輸模塊、管理模塊組成。

1．1采集模塊采集模塊由監(jiān)測樁和靶標(biāo)樁組成。為準(zhǔn)確反映滑坡的變化情況，需要確保系統(tǒng)跨越滑坡邊界，在跨越邊界兩端布設(shè)一組激光測距監(jiān)測裝置。通過固定在監(jiān)測樁上的激光測距儀測量滑坡坡體與滑坡體外靶標(biāo)樁之間的距離變化，得出滑坡的滑動位移數(shù)據(jù)，從而判斷滑坡的變化程度和發(fā)展趨勢。

1．2傳輸模塊傳輸模塊基于開發(fā)的手機(jī)APP軟件，監(jiān)測員使用手機(jī)客戶端通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與至縣級地質(zhì)災(zāi)害服務(wù)器通信，實(shí)現(xiàn)實(shí)時報(bào)送。為確保監(jiān)測員應(yīng)盡的責(zé)任義務(wù)，利用手機(jī)自帶AGPS功能進(jìn)行定位，數(shù)據(jù)發(fā)送地點(diǎn)必須位于滑坡坐標(biāo)范圍1km內(nèi)，否則手機(jī)將自動報(bào)警提醒。

1．3管理模塊管理模塊由縣級地質(zhì)災(zāi)害服務(wù)器和開發(fā)的管理軟件組成，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送、接收、分析、報(bào)警和管理等多項(xiàng)功能。

2監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)

為驗(yàn)證該套系統(tǒng)的有效性，技術(shù)人員在鎮(zhèn)安縣開展群測群防實(shí)驗(yàn)區(qū)建設(shè)。實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)采用鎮(zhèn)安縣群測群防監(jiān)測系統(tǒng)為主，規(guī)范群測群防監(jiān)測工作的操作方法，架設(shè)縣級地質(zhì)災(zāi)害服務(wù)器，并要求群測群防員的手機(jī)安裝群測群防手機(jī)客戶端。

2．1采集模塊建設(shè)采集模塊的樁體均采用農(nóng)村極易見到的建筑用PVC管道，內(nèi)部加有螺紋鋼筋以提高強(qiáng)度，放置在40cm×40cm×40cm的基坑內(nèi)，灌注混凝土固定。將建筑用激光測距儀通過萬向節(jié)固定在滑坡上的樁體，設(shè)為監(jiān)測樁。在滑坡區(qū)域外設(shè)置噴有靶標(biāo)的反射板的靶標(biāo)樁（圖2）。通過不斷測量監(jiān)測樁和靶標(biāo)樁之間的絕對距離，獲取滑坡的地表位移變化量，從而反饋坡體的滑動情況。所選取的激光測距儀精確度可達(dá)到0．02mm，足以滿足群測群防監(jiān)測的需求。

2．2傳輸模塊建設(shè)開通監(jiān)測員的手機(jī)GPRS功能，并安裝專用信息客戶端，并調(diào)試其與服務(wù)器的通訊，保證信息可以及時有效傳送至服務(wù)器。

2．3管理模塊建設(shè)架設(shè)縣級地質(zhì)災(zāi)害服務(wù)器，錄入各監(jiān)測點(diǎn)的原始屬性和監(jiān)測員信息。

2．4對照系統(tǒng)建設(shè)為獲得更多對照數(shù)據(jù)，每個點(diǎn)位同時采用埋樁法、裂縫伸縮儀、裂縫報(bào)警器、雨量計(jì)和宏觀巡查的常規(guī)監(jiān)測方法。監(jiān)測系統(tǒng)為主，傳統(tǒng)方法為輔，新舊結(jié)合，便于對照參考。

2．5監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行流程監(jiān)測員定期使用采集模塊開展監(jiān)測工作，并將采集到監(jiān)測數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將所在上所屬的監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)（位移、雨量等）直接上報(bào)至地質(zhì)災(zāi)害服務(wù)器，服務(wù)器將自動啟動統(tǒng)計(jì)分析功能，當(dāng)變化量大于基于經(jīng)驗(yàn)值所設(shè)置的閾值時，將啟動自動報(bào)警，以盡快撤離受威脅人員。同時短信通知專業(yè)技術(shù)人員趕赴現(xiàn)場，開展地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急排險。專業(yè)技術(shù)人員也可通過服務(wù)器發(fā)送信息至監(jiān)測員的手機(jī)客戶端，與監(jiān)測員互動，實(shí)現(xiàn)信息雙向互通。同時服務(wù)器可呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)所有監(jiān)測點(diǎn)的屬性和變化情況，便于地質(zhì)災(zāi)害主管部門開展管理。

3監(jiān)測實(shí)例

以實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)的鎮(zhèn)安縣二中滑坡監(jiān)測點(diǎn)所發(fā)回的數(shù)據(jù)分析為例。

3．1監(jiān)測點(diǎn)建設(shè)概況鎮(zhèn)安縣二中滑坡監(jiān)測系統(tǒng)于2012年9月7日安裝完成，共安裝6處監(jiān)測點(diǎn)，分別為3組監(jiān)測樁、2處傳統(tǒng)埋樁法觀測點(diǎn)和1處簡易雨量觀測點(diǎn)。點(diǎn)位布置（圖3）。圖中JG為激光測距監(jiān)測點(diǎn)，DL為傳統(tǒng)埋樁法監(jiān)測點(diǎn)，YL為雨量計(jì)監(jiān)測點(diǎn)。該處地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)所設(shè)置的監(jiān)測點(diǎn)位中，JG01點(diǎn)位在2013年5月因修建設(shè)施遭到破壞，其他監(jiān)測點(diǎn)均運(yùn)行正常。汛期（5月～10月）平均每月觀測4次，其他月份平均每月觀測1次，可滿足監(jiān)測頻次要求。

3．2監(jiān)測數(shù)據(jù)分析圖4為各監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)位移與時間的過程曲線。2013年6月～7月期間，滑坡體前緣激光測距儀JG02測值發(fā)生了突變，位移量達(dá)25．816mm，超過系統(tǒng)所設(shè)置的20mm閾值。接到數(shù)據(jù)后，服務(wù)器自動觸發(fā)報(bào)警，技術(shù)人員立即趕赴現(xiàn)場，撤離警告，同時密切關(guān)注其他監(jiān)測點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)各監(jiān)測點(diǎn)測值也發(fā)生了不同程度的位移突變，但突變量大小不一。結(jié)合監(jiān)測點(diǎn)上所設(shè)置的簡易雨量計(jì)數(shù)據(jù)分析，原因?yàn)檫@期間降雨量較大，其中2013年5月31日當(dāng)日降雨量達(dá)200mm，分析其原因?yàn)橛晁环矫鏉櫥瑒用妫硪环矫骒o水壓力作為滑動推力，加速滑坡的變形［5］。此后JG02號測點(diǎn)在2013年7月位移量發(fā)生了縮小往復(fù)，這可能與秦巴山區(qū)膨脹土特性有關(guān)。JG04號監(jiān)測點(diǎn)位于滑坡后緣，該測點(diǎn)的位移量較小，累計(jì)位移量為9．574mm，分析認(rèn)為該滑坡為牽引式，后緣變化量不明顯，因此變化量較其他部位較小［5］。DL03和DL05的變形量也較大，同時期裂縫拉裂寬度同步加大，與激光測距監(jiān)測系統(tǒng)變化一致。但其他月份均出現(xiàn)不同程度的往復(fù)，可能是監(jiān)測時的人為誤差造成，導(dǎo)致曲線出現(xiàn)波動。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，鎮(zhèn)安縣二中滑坡位移量與降雨量有密切的關(guān)系，該滑坡在強(qiáng)降雨期最大位移量可以達(dá)到3mm／d左右，參考以往同類型滑坡的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，符合本地區(qū)滑坡變化的誘因和規(guī)律。各監(jiān)測點(diǎn)在2013年6月～10月波動大，其時間段符合汛期強(qiáng)降雨造成的雨水入滲誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害蠕動的規(guī)律。

4效果評測

基于對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，技術(shù)人員對監(jiān)測員走訪并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，相比傳統(tǒng)監(jiān)測方法，鎮(zhèn)安縣群測群防系統(tǒng)具有諸多優(yōu)勢。（1）對監(jiān)測員的技能要求低，無需專業(yè)培訓(xùn)即可較為熟練的利用所配置的監(jiān)測儀器進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)傳輸工作，適應(yīng)基層群測群防員的選擇范圍。（2）監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備獲取便利，維護(hù)方便，且成本較低。除手機(jī)APP軟件和后臺管理軟件為專業(yè)開發(fā)外，其他所需設(shè)備均可以在絕大多數(shù)的市場采購。數(shù)據(jù)采集端中價格最高的激光測距儀價格僅為數(shù)百元，其余所使用的PVC管道、混凝土等建材在山區(qū)很常見，使得后期的運(yùn)行維護(hù)工作方便快捷。（3）數(shù)據(jù)傳輸迅速快捷，可在第一時間避讓撤離。利用GPRS網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸，服務(wù)器自動分析判別，并發(fā)出警報(bào)，解決了農(nóng)村特別是山區(qū)監(jiān)測點(diǎn)，傳統(tǒng)方法的監(jiān)測資料匯交難，預(yù)警慢的問題。（4）數(shù)據(jù)質(zhì)量好，精度高。傳統(tǒng)埋樁法監(jiān)測點(diǎn)因監(jiān)測工具限制和監(jiān)測員個人原因，會導(dǎo)致某個時間段的監(jiān)測數(shù)值波動，且精度較低，僅為mm甚至cm級，容易導(dǎo)致誤判。而該監(jiān)測系統(tǒng)采集端所使用的激光測距儀誤差為0．02mm，極大的提高了數(shù)據(jù)精度，并避免了監(jiān)測員的人為誤差。經(jīng)地方基層地質(zhì)災(zāi)害管理部門使用一年后的反饋，鎮(zhèn)安縣群測群防監(jiān)測系統(tǒng)曾成功預(yù)報(bào)數(shù)起災(zāi)情和險情，基于該監(jiān)測系統(tǒng)的低成本、高精度、易維護(hù)的特點(diǎn)，地質(zhì)災(zāi)害管理部門愿意并有能力承擔(dān)監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)。

5結(jié)語

本次監(jiān)測方法的示范研究，在短時間內(nèi)取得相當(dāng)?shù)某尚В瑸榈刭|(zhì)災(zāi)害群測群防工作提供了新方法。激光測距監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，很大程度上契合基層地質(zhì)災(zāi)害防治工作投入小、收效快、效果好的需求，具有一定的推廣意義。

作者：張新宇 高帥 單位：陜西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站