山区公路滑坡实时远程监测与预警系统

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1、山区公路滑坡实时远程监测与预警系统　　摘要：利用精度为1mm的拉索式位移计和精度为0.1mm的雨量计测量公路边坡的表面位移和降雨量，并将测量数据通过GPRS系统传送到远程计算机，以实现公路滑坡的实时远程监控和预警。同时采用太阳能供电设备为整个系统提供电力。该系统具有经济、节能、自动化、高效等优点。　　关键词：公路滑坡；实时远程监控；预警　　引言　　中国山区面积是全国面积的69%。公路滑坡是山区最常见的自然灾害。公路滑坡造成交通堵塞，人员伤亡，经济损失和环境破坏。随着无线通信技术的发展，远程监控和预警系统被开发并应用于水电站，采矿和隧道。但在公路工程中并不常用。实际上，公路边

2、坡的特点是沿路分布，区间长，规模小，数量多并且缺乏统计数据。这就导致了监控成本高，预警困难。目前，常用的检测方法依旧是手动操作，不能够在糟糕的环境和气候条件中获取数据。尽管GPS可以实现远程监控，但精度只有3-5mm。　　本文介绍一种远程监测和预警系统，硬件系统是由位移计，网格雨量计，数据采集和传输单元，太阳能供电设备集成。本文介绍的实时远程监测和预警系统具有低成本，节能，自动化程度高，高效的优点。　　1监测系统介绍　　该系统主要包括位移计、雨量计、数据采集和传输单元。数据传输主要基于GPRS系统实现。GPRS是一种基于全球移动通信系统的无线分组交换服务系统。它可以提供点对

3、点，广域无线互联网协议连接。在GSM覆盖的任何地方，GPRS可用于提供强大的便捷的数据传输方案。　　数据收集器从触发式位移计和网格雨量计采集数据，并输送数据到GPRS模块，该模块负责将数据包转换并传输至GPRS无线基站。通过数据接收软件，监测和控制中心的服务器可以从互联网实时接收数据，并且储存数据到数据库，以供数据管理、查询、分析和网络共享。　　1.1拉索式位移计　　拉索式位移计是用来测量待测点与相对固定点之间的相对位移。测量精度为1mm，测量范围为400mm。当拉索超过1mm，将触发脉冲信号并发送到发射机。短距离无线通信功能可以在数米距离不用电缆。通常对于一个滑坡而言，若

4、干位移计需要监测不同位置的位移。为了方便联网工作，在发射器和接收器之间设立短距离的无线通信装置。接收器可以同时从8个发射器接收无线信号，然后发送到具有标准通信接口RS-232的收集器。　　1.2网格式雨量计　　高精度的网格式位移传感器被用于网格式雨量计，可以将分辨率和测量精度分别提高到0.01mm和0.1mm。在水容器中两个电动阀门可以自动控制雨量的进入和排出。并且这种设计可以防止雨量的流失，即使在暴雨天气下。这种雨量流失常发生在虹吸和桶状雨量器。　　1.3数据采集和传输单元　　数据采集和传输单元是由数据采集器，GPS模块和太阳能供应设备组成。数据采集器从不同的传感器收集数

5、据，并将数据转换成相同的格式然后发送到GPRS模块。接通电源后将准备好的域名录在GPRS模块并与域名系统服务器联系，并找到监控中心的IP地址，然后无线通信就可以建立了。　　在阳光充足的天气，太阳能电池板可以为蓄电池充电，为整个系统提供电力。在没有阳光的阴天，蓄电池可以支持系统持续工作大约20天。　　2监测预警方法　　2.1位移预测　　系统提供平滑模型进行监控数据预处理，灰色动态模型和Verhulst反函数模型做短期预测，利用最小二乘拟合模型和神经网络模型做中长期预测。　　当数据达到预先设定的临界值时，?O测点将闪烁四种颜色：蓝色、橙色、黄色和红色，分别对应着四种预警级别。同

6、时，预警的短消息会自动发送到目标手机。　　2.2位移预警方法　　对于大多数山区公路滑坡，由于缺乏计算参数，比如力学参数，渗透系数和水土特征曲线，将给稳定性分析计算造成困难。本文提出一种简化的方法。首先，边坡机械参数的不同组合E、C、？准（变形模量、内摩擦角、粘聚力）被设计在合适的范围内。然后运用有限元分析软件PLAXIS对边坡进行强度折减分析和塑性分析。最后根据计算结果，建立边坡安全系数与表面位移的关系，然后可以提出相应的位移预警临界值。　　3实际工程应用　　实时远程监测和预警系统已经应用于陕西省汉中市G210杨家河段滑坡监测中。2015年6月1日，在该路段边坡上安装了7个

7、拉索触发式位移计和一个网格式雨量计来监控位移和降雨量。　　根据上文提到的位移预警方法，通过数值计算不同参数组合，建立了表面位移和安全系数的关系。如图1。A、B、C、D点是曲线的转折点，并且可以作为预警点。从六月一日到现在，最大的监测位移是2mm，这就意味着滑坡是低风险。　　2015年6月末，该地区遭到暴雨袭击。该系统监测到位移和降雨量数据。虽然每天的最大降雨量达到80mm，最大有效降雨量达到110mm，位移没有任何改变，这就意味着边坡在暴雨下是稳定的。　　4结束语　　本文提出的实施远程监测和预警系统在山区公路边坡地