廣東省海洋地質(zhì)調(diào)查院 廣東 廣州 510080

引言

邊坡因其高差較大，支護結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或變形的危害性較大，因此常常作為工程的監(jiān)測重點。然而傳統(tǒng)的人工監(jiān)測費時費力，對于暴雨等突發(fā)狀況也不能及時快速地獲取實時的監(jiān)測數(shù)據(jù)，暴露出不少缺陷。隨著自動化技術(shù)的進展，運用各種傳感器，物聯(lián)網(wǎng)等手段建立起來的自動化變形監(jiān)測發(fā)展迅猛，本文主要介紹露天邊坡自動化變形監(jiān)測相關(guān)技術(shù)。

1 監(jiān)測項目及布設(shè)位置

邊坡監(jiān)測的主要監(jiān)測內(nèi)容為邊坡表面位移、邊坡豎向位移、深層水平位移、雨量等項目。其中邊坡表面位移區(qū)別于傳統(tǒng)的全站儀設(shè)臨時站點觀測，使用實時的GNSS衛(wèi)星定位接收機進行監(jiān)測，表面位移監(jiān)測點一般布設(shè)在坡頂及每級平臺上，沿豎向布置，布設(shè)在每段邊坡的最高、最陡處。邊坡豎向位移區(qū)別于傳統(tǒng)的水準沉降觀測，使用靜力水準儀進行監(jiān)測，豎向位移監(jiān)測點一般布設(shè)在坡頂及每級平臺、擋土墻頂部，布設(shè)間距視重要性確定，一般為10m，非重點區(qū)域可放寬至50m。深層水平位移一般布設(shè)在坡腳下方基坑支護樁內(nèi)、邊坡一級平臺、擋土墻頂部，間距為30～50m左右。雨量監(jiān)測使一體式雨量監(jiān)測站布置，一般沿邊坡平臺布置[1]。

2 監(jiān)測實施

2.1 邊坡表面位移監(jiān)測

使用GNSS技術(shù)對邊坡進行表面監(jiān)測，需要埋設(shè)基準點和監(jiān)測點，其中基準點的埋設(shè)需要在場區(qū)南側(cè)、東側(cè)、北側(cè)開闊處各設(shè)置一個GNSS基準站，進行數(shù)據(jù)完整性測試、周跳測試、監(jiān)測站時鐘測試、多路徑測試等工作，通過測試后與各條邊上的GNSS監(jiān)測點組建變形監(jiān)測網(wǎng)，監(jiān)測點的埋設(shè)和基準點相同。

數(shù)據(jù)處理過程為，主機上保存的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)無線傳輸上傳到遠程服務(wù)器，服務(wù)器上的解算軟件具有GNSS位移監(jiān)測高精度解算功能模塊，可對接收的原始星歷等測量數(shù)據(jù)進行靜態(tài)高精度解算，從而獲取測點的累計變化量。

2.2 邊坡豎向位移監(jiān)測

使用靜力水準儀對邊坡豎向位移進行監(jiān)測，靜力水準儀是測量兩點間或多點間相對高程變化的精密儀器。兩個靜力水準儀之間用通水管、通氣管相連，當坡面基巖遇水軟化，在重力作用下，有向下崩滑的趨勢，帶動對應(yīng)點處靜力水準儀產(chǎn)生豎直向下的位移，在線監(jiān)測系統(tǒng)可自動記錄各靜力水準儀的沉降量。

靜力水準儀可實現(xiàn)自動化測試。配合總線采集模塊和安裝采集模塊的密封箱，即可組成最小的自動化測試系統(tǒng)。總線采集模塊可自動采集靜力水準儀的測試數(shù)據(jù)，并儲存在采集模塊內(nèi)電子硬盤中，也可隨時下載測試數(shù)據(jù)，進行實時測量。

2.3 深層水平位移監(jiān)測

在測斜管中沿一定的豎向間距埋設(shè)多只固定式測斜儀，組成深部位移監(jiān)測系統(tǒng)。根據(jù)每個測斜儀測得傾角與測斜儀埋設(shè)間距計算得到邊坡內(nèi)部不同深度相對于管底的偏斜量，通過每期觀測值與初始值的變化量，計算出每期樁體或墻體不同深度處的位移量。

2.4 雨量監(jiān)測

通過布設(shè)一個雨量監(jiān)測站實時監(jiān)控邊坡區(qū)內(nèi)的雨量情況。含太陽能板、電池、保護罩等，用于雨量監(jiān)測。主要采集內(nèi)容為：設(shè)備編號、雨量值、采集時間、上傳時間、傳輸方式、原始采集值、電池電壓等[2]。

3 集成系統(tǒng)及通訊、供電支持

3.1 集成系統(tǒng)支持

集成系統(tǒng)主要包括深層水平位移監(jiān)測站和邊坡豎向位移監(jiān)測站。深層水平位移監(jiān)測站，主要完成測斜儀數(shù)據(jù)的采集，通過對多只傾斜儀的采集，更準確地監(jiān)測建筑物的變形情況。邊坡豎向位移監(jiān)測站，主要完成靜力水準儀數(shù)據(jù)的采集通常采用一體化模塊化自動測量單元采集數(shù)據(jù)，通過有線或無線通信與計算機連接，從而實現(xiàn)自動化觀測。

3.2 通訊、供電方案

無線通信系統(tǒng)主要指將各監(jiān)測點采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元的通信系統(tǒng)。系統(tǒng)各監(jiān)控點均在野外，環(huán)境比較惡劣，所以不能采用傳統(tǒng)的有線方式進行傳輸，只能采取無線傳輸。根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇GPRS或4G的方式傳輸，各實時監(jiān)測點將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄嚯x用戶最近的通信網(wǎng)絡(luò)，并通過Internet得到傳回的實時數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測儀器數(shù)據(jù)采集傳輸，保證監(jiān)測成果實時上傳。

室外設(shè)備統(tǒng)一采用太陽能供電。通過調(diào)整太陽板功率和蓄電池容量，來保證陰雨天氣下的不間斷供電時間。監(jiān)控中心涉及設(shè)備用電較多，需提供多個電源接口，應(yīng)采取中央統(tǒng)一供電，多級劃分的方式，保證對用電系統(tǒng)的統(tǒng)一管理和安排。在遭遇突發(fā)狀況下可立即將整個監(jiān)測系統(tǒng)的供電切換到備用電源供電系統(tǒng)，保證監(jiān)測系統(tǒng)連續(xù)運行[3]。

4 軟件支持

監(jiān)測生產(chǎn)管理系統(tǒng)應(yīng)是界面友好、運行穩(wěn)定的Web端監(jiān)測生產(chǎn)管理平臺，平臺整合項目綜合管理、人員、設(shè)備、數(shù)據(jù)分層管理，自動接入位移、沉降、降雨、水位、測斜等多類型設(shè)備數(shù)據(jù)，統(tǒng)一計算分析，自動判讀預警，適用于各類監(jiān)測生產(chǎn)項目。

5 結(jié)束語

本文首先介紹了邊坡自動化監(jiān)測常用的監(jiān)測儀器以及儀器的布設(shè)位置，隨后著重介紹了具體的監(jiān)測實施步驟，包括儀器埋設(shè)方法和數(shù)據(jù)接收處理相關(guān)過程，此外，還介紹了采用的相關(guān)集成系統(tǒng)和通信、供電設(shè)施等，最后介紹了數(shù)據(jù)處理所需的軟件要實現(xiàn)的功能等信息，為邊坡自動化監(jiān)測提供了一些參考。