高速公路边坡远程监测预警系统的探讨

张路欣

(中原工学院，河南郑州　451191)

高速公路边坡远程监测预警系统的探讨

张路欣

(中原工学院，河南郑州451191)

摘要:以边坡医院为例，介绍了基于物联网的监测系统，阐述了远程监测预警系统的基本架构及特点，指出该系统能够更好的应对持续强降雨、地震等因素作用下，高速公路边坡可能发生的坍塌、滑坡等突发地质灾害的风险，并及早做出预警。

关键词:边坡，物联网，监测预警，医院

边坡岩土体由初始变形到最终破坏性滑坡的失稳破坏过程是一个从渐变到突变的动态演变过程。应用适当的监测手段，实时掌握其变形运动特征及相关影响指标的定量演化过程，准确捕捉灾害前兆特征信息，就可以有根据地判断灾害险情的发生，做到提前预防，科学决策。因此，公路边坡监测已逐渐发展成为评价公路高边坡安全稳定性、实施灾害预警的前提保障。

通过建立边坡远程监测、风险评价与灾害预警系统，能及时、准确地掌握边坡的现状及预测边坡的稳定发展趋势，能通过仿真模型分析实现预警、报警功能;能实时采集边坡相关的技术数据，给边坡的灾害防治工作起到指导作用。

1　高速公路边坡的特点

公路边坡是一个多因素耦合的、高度非线性的、跨越连续—非连续的复杂动态演化系统。影响公路边坡安全稳定性的因素众多，包括地形地貌条件、坡体结构特征、岩土力学性质、岩体质量指标、风化破碎程度、构造裂面发育状态等内部因素，以及水文地质条件，地震及气象条件、人为活动等外部环境因素。

同时，公路边坡系统又是一个具有随机性、模糊性、灰色性与未知性的不确定性系统，定性信息与定量信息共存。首先，边坡内部结构面、岩土力学参数等变量在空间上都表现出很强的随机性;其次，植被、地下水等因素对边坡稳定性的作用规律目前尚未完全掌握，必须采用定性或半定量的模糊处理方式进行描述;边坡体是经过地质历史长期演化形成的产物，其演化历史过程不可能认识清楚，导致边坡当前状态必然是灰色的，部分信息已知而部分信息未知;边坡环境变化、气象条件都是未来事件，尽管可以预估，但本质上是未知的。

2　基于物联网的监测系统

物联网( Internet of Things)是通过射频识别( RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。监测预警系统见图1。从技术架构上来看物联网可分为三层:感知层、网络层和应用层。1)感知层。在边坡上安装各类传感器及相关设备，用来获取边坡监测点的地层位移、地下水位、水压、锚杆压力、倾角、雨量等相关信息。2)网络层。通过敷设在边坡上的采集及发射装置，利用GSM/GPRS/CDMA，共同构建覆盖整条高速公路病害边坡的传输层，实现物联网数据的交互、整合。3)应用层。应用层实现远程监测和控制，数据上报和信息共享功能，取得的数据，同分析、评价、预警等系统相结合，实现实时监测、动态分析和及时预警。

图1　监测预警系统

随着传感器技术、计算机技术和通信技术的飞速发展，各国开始致力于构建基于物联网(传感网)技术的地质灾害远程自动化监测系统。该系统由现场布设的各类分布式传感器、数据采集发射设备、传感器数据通讯网络和监控中心的数据处理软件构成，以实现对地质灾害的全面感知和可靠传输。

3　边坡医院

边坡医院是仿照现实中医院的组织结构与运行模式建立起来的边坡远程监测预警系统，主要服务于各类高速公路病害边坡的监测数据管理、稳定性分析评价和失稳预警预报等相应的工作。

边坡医院系统总体架构包括内外两大主界面和纵横两条主线。边坡医院科室及人员配置见图2。

图2　边坡医院科室及人员配置

3.1两大主界面

内部界面主要是面向医院员工，每个科室都有各自的主界面，每个员工都有各自不同的任务和权限，彼此以网页方式开展业务和互动。外部界面主要是面向边坡所属单位，每个单位都有自己的探视大厅，每个边坡都有自己的探视室，系统通过网页与微信的方式和所属单位相关负责人互动，为所属单位提供关于边坡的详尽信息，以及关于治理的意见和建议，使所属单位能够及时做出合理决策。

3.2两条主线

纵线以科室设置与人员配置为主线，主要包括一线科室、二线科室和探视大厅。一线科室包括挂号科、护理科、监测科、诊断科和外联科五个科室;二线科室包括人事科、后勤科和档案室三个科室。

科室员工分为五类:护士、巡视员、医生、后勤人员和院长，其中护士在一线科室工作，巡查人员在监测科工作，医生在诊断科工作，后勤人员在后勤科和档案室工作，院长可以兼管所有岗位。

横线以数据的推送与展现为主线，数据主要包括基础数据和监测数据。基础数据包括业主信息和边坡信息。

业主资料由挂号科录入，边坡信息由护理科录入。监测数据又包括传感器数据(物理)和测点数据(逻辑)，经处理之后形成测点数据，然后推送到监测科，监测科对其数据进行判断、标识和加工，然后由诊断科根据边坡信息和监测科的数据，选择相应的模型或方法，对边坡进行稳定性评价及风险评估，数据经过外联科审核和发布，通过探视大厅提供给用户，后勤科对传感器及其设备进行管理，最终所有数据由档案室负责整理归档，以备后期查询。信息流程见图3。

图3　信息流程图

4　结语

采用传统测量设备、定期人工现场观测的监测方法不仅劳动强度大、运行成本高，而且效率低，时效性差，决策部门和专家难以及时了解地质灾害现场的动态监测结果，难以做到“早发现、早治理、早预防”。因此，采用自动化、远程化、高精度的边坡监测技术及设备已逐渐成为高速公路边坡管理的必然选择。

参考文献:

［1］袁清国，于忠阳，魏民.物联网技术在煤矿的应用研究［J］.山东煤炭科技，2011( 5) :138-139.

［2］王鲁琦.谈基于物联网技术的山体滑坡监测预警系统［J］.山西建筑，2015，41( 10) :57-59.

［3］周平根，李昂，张艳玲，等.基于物联网技术的地质灾害监测预警系统的结构和功能［J］.工程地质学报，2013( 4) :46.

［4］曹诗咏.基于无线传感器网络的滑坡监测研究［D］.成都:西南石油大学，2009.

Inquiry on long-distance monitoring and warning system of highway slope

Zhang Luxin
( Zhongyuan College of Industry，Zhengzhou 451191，China)

Abstract:Taking the slope hospital as an example，the paper introduces basic framework and features of long-distance monitoring and warning system on the basis of the Internet of Things，and points out that can better handle with possible collapse and landslide and other sudden geological disasters and makes earning warning under the action of continuous dewatering and earthquake and so on.

Key words:slope，Internet of Things，monitoring and warning，hospital

作者简介:张路欣(1988-)，男，在读硕士

收稿日期:2015-11-21

文章编号:1009-6825( 2016) 04-0138-02

中图分类号:U416.14

文献标识码:A