边坡灾害监测预警物联网系统及工程应用

王威

摘 要 随着经济社会的不断发展，物联网技术也在不断发展进步，应用领域在不断扩大。边坡灾害监测预警是新时期物联网应用的一个重要的方面。文章从道路边坡安全问题出发，结合物联网核心技术，探讨建立基于光纤光栅传感器的完整公路边坡安全监测方法的技术可行性。通过该技术在公路边坡防护中的应用，可以实现公路边坡安全事故的预警，保证公路的安全运行，对新时期的物联网系统及工程应用有很强的现实意义。

关键词 边坡灾害；监测预警；物聯网系统；工程应用

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）222-0142-02

物联网是互联网技术发展到一定程度的产物，其最基本的作用模式就是“互联网+实物”，也就是可以实时的对实物进行监控和管理。目前，物联网的应用领域正在不断的扩大，尤其是在物流领域和检测领域。边坡灾害在众多自然灾害中的发生频率比较高，并且由于灾害发生的地理位置比较偏僻，在现实的检测和预警中具有一定操作难度，而物联网可以很好的解决这一难题。

1 物联网的发展现状

物联网是互联网发展到一定程度的产物，而真正地提出了物联网概念是在1999年。物联网实际上是通过传感器、射频识别技术、全球定位系统技术来实现实物的管理，具体包括声音、光、热、电、力学、化学、生物、位置、及其它客观需要的信息的采集，然后再通过数据处理，实现互动的物体或过程的实时监控。物联网技术的实现一定需要互联网的接入，只有互联网参与其中才能实现智能产品和过程的感知、识别和管理。

总而言之，物联网是计算机、互联网、世界信息产业的第三次浪潮，在电网配备、各种传感器、道路、桥梁、建筑、铁路、隧道、石油和天然气管道、水坝、供水系统、灾害检测中均有很强的应用。毫无疑问，物联网技术将给人民的日常生活带来巨大的变化，但是有多少技术应用尚未探索，本文主要从边坡灾害监测预警的角度切入，就边坡灾害监测预警物联网系统及工程应用展开详细研究。

2 以物联网为基础的边坡安全监测技术

近几年，随着经济社会的不断发展，相应的人们对与道路建设安全性要求也在不断的提高，但是在现实的道路边坡管理中，边坡安全问题仍有十分突出。在专业领域，主要有两类危险型的边坡，一种是坡度为30°～60°且高度大于30m的岩质边坡，另一种是坡度大于60°且高度大于20m的高陡坡。在具体应用领域，可以根据边坡的变形特性和机理，将边坡变形分为滑坡、塌方、拼凑、倾倒几种情况，相应的不同情况也会采用不同的物联网边坡安全监测技术来进行监测和预警。

2.1 光纤方面

“光纤布拉格光栅传感器技术”是物联网技术在边坡安全监测技术中比较重要的组成部分，亦是边坡安全监测技术中使用的最基本传感器技术，近年来已经得到了广泛的应用，被誉为20世纪测试领域的一项重大发明。光纤布拉格光栅传感器技术发展迅速，已成为许多领域的前沿研究和应用方向，其作用原理主要是采用通信单模光纤作为传感介质，从而可以根据不同的封装测量位移，压力、应变等各种物理量，可以实现远程联网操作，易与光纤通信系统集成，并且具有耐腐蚀、小漂移、高灵敏度、长寿命的特点。

在现实操作中，会根据不同地质条件的不同，采用不同光纤传感技术，常见的有预应力锚索传感、喷锚网防护传感、钢丝网加固传感、植树绿化传感等。现实中最常见的使用方法就是将物联网控制技术跟高陡斜坡的稳定性和后期维护安全风险状态处理相结合，然后将高陡边坡的安全隐患进行实时传感处理，常见的传感监测有温度，降雨、地面应力等，从而很好的解决边坡灾害隐蔽、长期变化、累积、突变的让特点，对边坡灾害进行实时的安全监测和预警，达到早期预防灾害的目的。

2.2 安全监测预警技术

安全监测预警技术主要是对鱼边坡灾害的一种预防措施，其技术的着重点落在电量传感器的稳定性控制上，并且常常和智能感知材料技术配合使用。智能感知材料技术近年来快速发展，为边坡稳定性监测提供了一种新方法，特别是对光纤布拉格光栅传感器技术，对光合波的设备维护、信号解调、光纤跳线处理、传输电缆维护、光开关解调和系统软件升级均有性能上的帮助。通过安全监测预警技术，可以很好的监控边坡的稳定性，及时的收集处理滑坡预警信息，降低边坡坍塌等地质灾害发生的可能性。

在新时期的安全监测预警技术也随着物联网技术的不断进步而有所进步，现阶段的安全监测预警技术基本上已经实现了实时监控，相应的传感器传感信息的传输效率也有了明显的提高，但是安全监测预警技术仍旧有很大的发展中间，尤其是在数据储存容量方面。现阶段很多的安全监测预警技术的传输监控点数量偏少，很多边坡的安全监控上存在一些监测的盲区，从而会遗漏一些监控点，在现实生活中要有意识的加强和改进。

3 边坡灾害监测预警物联网系统及工程应用

目前，我国在边坡灾害的安全监测预警方面开展较少，在一些复杂的地质构造中，很容易发生崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害。在这种情况下，边坡安全监测预警就显得尤为重要。

3.1 深部位移监测

深部位移监测技术是利用监测结构内部变形来进行的，是边坡灾害对边坡结构干扰程度的直接体现。深部位移监测技术的操作原理并不复杂，首先，内位移监测通过冲压变形区，嵌入专门的内位移监测设备，实时采集内位移数据，然后将数据发送到服务器，从而完成内位移监测。之后，再将内位移监测固定式测斜仪通过钻探的方式，将测头送入连杆埋入坝体内，当坝体内位移变化时，测头将会倾斜，从而信号电缆插入地面，测得外位移监测情况。需要注意的是，每台内位移监测仪均由一组内倾仪进行内位移监测的，监测点的选择需要结合地质勘探报告和场地地形条件，而铅垂线段测量变形则需要在规定位置上进行安装，固定测斜仪则需要沿井底方向安装。

3.2 相对位移监测

边坡灾害的造成情况比较复杂，相应的影响因素也比较多变，像监测滑坡、崩塌变形裂缝、崩塌滑动均可能导致边坡灾害的发生。为了对边批灾害的严重程度进行有效的测量和控制，相对位移监测技术应运而生。相对位移监测主要由伸缩杆组成的，具有安装简单、使用方便、不耗电等优点，而且可以实现待机过程的实时监控。在相对位移监测过程中，只需要将控制系统软件打开，监控数据便可由前端集成软件完成。

在测量变形时，结构的振动会引起位移计的位移，万向连接轴部分会被传递给二次机械负放大机构，负放大的振动位移再传递给弦，成为振动弦的应力变化。通过激励振动弦电磁线圈，然后再通过电缆传输到读出装置，从而测量出振动频率、频率信号及待测结构的位移。

3.3 降雨量监测

边坡灾害与降雨量、降雨历时、降雨模式有着密切的联系。换句话说，降雨类型的规模和时间、连续的强降雨类型和当地暴雨诱发地质灾害类型都有自己的特点，而降雨量监测站可以通过变形监测点的设置来加强变形点的实时监控，从而有利于边坡灾害的安全形势分析，为灾害预警提供可靠的参数。降雨量监测实际上是参考了物联网技术的作用模式，用的雨量监测站系统由一个雨量计和PVC列码头（或镀锌钢支架，视情况而定）构成，充当于物联网技术的传感器。通过降雨量监测，可以实现降雨量的智能数据采集，并且可以实现长期存储和远程传输。

4 新时期加强边坡灾害监测预警物联网系统及工程应用的合理化建议

科学技术是第一生产能力，一定要加强边坡灾害监测预警物联网系统及工程应用方面的科技创新，从而从根本上保证技术应用的先进性。在科技创新研发与现实应用的衔接过程中，一定要讲究实事求是，做到理论联系实际，注重技术在现实操作中的时效性研究。另外，也要有意识的加强边坡灾害监测预警物联网系统及工程应用方面的人才队伍建设，为边坡灾害监测预警水平的提高提供充足的人才基础。一定要加强人才的培养，完善人才的专业培养方案，不断挖掘人才的潜在价值，将人才在边坡灾害监测预警方面的专业性尽可能大的提高，从而加速边坡灾害监测预警的发展速度。

5 结论

边坡灾害监测预警水平的提高并不是可以一蹴而就的，其中牵扯到的物联网系统和工程应用的提高也是需要一步一个脚印踏实前行的。最后，谨以本文祝边坡灾害监测预警物联网系统及工程应用相关方面工作开展顺利。

参考文献

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