高速公路边坡实时监测预警系统建设研究与工程应用

杨隽 吕伟 左华平

（1.江西省赣南公路勘察设计院有限公司，江西 赣州 341001；2.江西通慧科技集团股份有限公司，江西 南昌 330100）

本文结合研究路段边坡实时监测实践，应用IntelliJ IDEA开发环境和mysql server数据库为基础，利用JAVA语言开发出了边坡地质灾害实时监测预警系统，实现了对现场数据采集、解析、数据分析、监测成果输出等功能，为边坡的运营期安全状况监测提供了样本。

一、系统功能需求

边坡实时监测预警系统主要是通过5G传输技术、智能传感设备、云计算等技术远程实时采集并分析数据，为边坡运维期的安全状况进行评估。监测项目主要包括GNSS表面位移监测、雨量监测、倾斜监测、深层水平位移等，能够通过阈值设置的方式直观地显示边坡工程的稳定性，并在失稳前，提前预警并及时将信号发送给管理方。

二、系统架构

边坡实时监测预警系统由数据采集系统、设备管理系统、数据处理系统、图形绘制系统、预警预报系统、工程资料在线查询等模块组成。预警监测系统总体框架如图1所示。

图1 系统总体框架

（一）数据采集系统

边坡现场实时监测项较多，不同传感器数据采集系统通过DTU无线采集或者网关采集，采集后数据实时传输到云服务器，用于后续的数据处理。

（二）数据处理系统

数据对于边坡的稳定性评估至关重要，在数据处理模块嵌入毛刺过滤算法，可以提高边坡稳定性评估数据的可靠性。通过拉依达准则除去不符合整个时间序列中的异常数据，使得数据更加平滑，为后续边坡稳定性稳定评估奠定基础。

（三）预警预报系统

建立边坡预警系统的目的是当边坡外界条件发生变化时，边坡处于失稳或即将失稳的状态，系统能自动根据处理的实时监测数据提前发出预警信息，最大可能避免不必要的人员和财产损失。目前该系统已经嵌入了预警预报系统，当数据超阈值，系统会自动推送邮件、电话和短信告警。

三、工程应用

（一）工程概况和测点布置

东坑隧道左线出口右侧边坡为6级高边坡，根据边坡监测的需要，共布置一个雨量监测、两个角度倾斜监测、两个表面位移监测、两个深层位移监测孔，一个视频监控。图2为边坡监测现场布点图。

图2 边坡监测现场布点图

（二）边坡雨量监测

边坡采用压电式雨量计，通过对单个雨滴重量进行测算，从而计算该地区降雨量。

（三）表面位移监测

借助我国自主研发的北斗高精度定位技术，通过安装在野外的GNSS监测站能实时获取监测点的坐标，从而形成对滑坡体的毫米级变形监测。通过系统的数据处理、图形绘制模块得到整个边坡的位移变形情况。图3为位移-时间监测趋势图。

通过对图3分析可知，GNSS表面位移监测在水平方向的监测数值在-4mm～4mm之间波动，竖直方向的监测数值在-7mm～6mm之间波动，监测数据趋势图未出现明显的变化趋势，可认为边坡目前是稳定的，没有滑动的风险。

图3 位移-时间监测趋势图

（四）深层水平位移监测

通过测量边坡孔内双轴测斜管轴线与铅垂线的夹角变化，从而计算土层在各点不同垂直方向的水平位移；由测斜管底部测点开始逐段累加，可得到任一深度的水平实际位移。利用深层水平累计位移趋势图可找出潜在的滑动面及位移变化情况。图4为深层水平累计位移监测趋势图。

图4 深层X/Y方向水平累计位移监测趋势图

通过对图4分析可知，深层水平位移监测在X水平方向的累计位移变化在-0.4mm～0.4mm之间波动，在Y水平方向的累计位移变化在0mm～-5mm之间波动（负号表示坡体潜在滑动方向），深度-1.5m的累计位移存在较明显趋势变化，但由于累计位移数值较小，后续需要持续观察，由此可以认为边坡目前是稳定的。

（五）倾斜监测

在实际的运营监测中，对边坡的倾斜角度监测具有重要的现实意义，通过角度的位移变化可以判断边坡是否存在潜在的滑动风险。图5为角度-时间监测趋势图。

图5 角度-时间监测趋势图

通过对图5 分析可知，边坡倾斜监测在X 水平方向的角度在-0.4°～0.1°之间波动，在Y水平方向的角度在-0.4°～0.1°之间波动，监测数据趋势图未出现明显的趋势变化，可认为边坡目前是稳定的，没有滑动的风险。

四、结语

根据边坡的运维监测应用得出，该系统在数据采集、设备管理、图形绘制方面能很好地进行运用，为边坡的安全监测提供了坚定的软件基础。根据边坡地形、地质条件和其他因素，布置雨量监测、角度倾斜监测、GNSS表面位移监测、深层水平位移监测等监测项，有效监测了边坡在运营期的安全状况。