鄔凱， 梁苗， 楊雪蓮

(四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院有限公司， 四川 成都 610041)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過智能傳感器與無線通信網(wǎng)絡(luò)、因特網(wǎng)的互連互通，實現(xiàn)物與物、人與物之間智能化傳感、高效存儲和信息處理，是傳感網(wǎng)與無線通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)“三網(wǎng)”融合的產(chǎn)物。物聯(lián)網(wǎng)為公路邊坡工程的科學管理提供了全方位、全天候的信息采集、傳輸、處理、管理、決策和信息發(fā)布的平臺，在公路防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域中具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

喬輝、周平根等提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的架構(gòu)和功能設(shè)計，指出了系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和研究方向；杜金星等基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立了白龍江流域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，系統(tǒng)監(jiān)測變量主要為降雨量；黃河等開發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)的地質(zhì)災(zāi)害群測群防系統(tǒng)，主要實現(xiàn)了變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測與智能報警；孫光林等針對礦山領(lǐng)域傾斜順層巖質(zhì)邊坡監(jiān)測預(yù)警難題，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的恒阻大變形錨索監(jiān)測系統(tǒng)；撒文奇等開發(fā)了大型地下洞室群施工期安全實時評價與動態(tài)預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)了地下工程施工過程的動態(tài)安全預(yù)警及指揮調(diào)度。以上研究推動了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。但通過總結(jié)可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究多集中在重大地質(zhì)災(zāi)害點、礦山邊坡、水電地下洞室群等大型單體工程的監(jiān)測預(yù)警上，對點狀分布、數(shù)量眾多的公路邊坡開展基于物聯(lián)網(wǎng)的全過程評價、監(jiān)測、管理及決策方面的應(yīng)用極少。該文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)框架，通過公路沿線邊坡現(xiàn)場調(diào)查，對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行標準化和穩(wěn)定性量化評價，建立公路邊坡信息數(shù)據(jù)庫和長期健康動態(tài)評價體系；然后集成應(yīng)用多種新型監(jiān)測設(shè)備及混合組網(wǎng)無線通信技術(shù)，建立公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害遠程監(jiān)測系統(tǒng)；最終集成開發(fā)融邊坡工程健康信息管理、邊坡遠程監(jiān)測信息管理、邊坡地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急決策管理為一體的信息管理與決策支持系統(tǒng)，實現(xiàn)公路邊坡工程建庫、感知、傳輸、分析、應(yīng)用的無縫對接，為公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)提供了新的技術(shù)支持。

1 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)是一個通過信息技術(shù)將各種物體連接形成網(wǎng)絡(luò)以幫助人們獲取這些物體信息的載體。傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層3個層次?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的公路邊坡監(jiān)測管理與決策支持系統(tǒng)，從架構(gòu)上可劃分為“建、感、傳、知、用”5個層次，如圖1所示?！敖ā睘榛A(chǔ)層，即通過現(xiàn)場調(diào)查，數(shù)據(jù)標準化等建立邊坡工程基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫，對邊坡進行穩(wěn)定性評價，形成公路邊坡健康檔案，為監(jiān)測點的布設(shè)和應(yīng)急決策提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持；“感”為感知層，即監(jiān)測數(shù)據(jù)信息采集，主要通過公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害遠程監(jiān)測系統(tǒng)中的各種智能傳感器等設(shè)備對邊坡變形發(fā)展信息進行感知；“傳”為傳輸層，即對傳感器取得的邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)進行傳輸，包括GPRS網(wǎng)絡(luò)和無線傳感網(wǎng)等通訊手段；“知”為數(shù)據(jù)處理層即地質(zhì)災(zāi)害在線監(jiān)測平臺，對智能采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行存儲、挖掘和分析；“用”為應(yīng)用層即預(yù)警決策支持系統(tǒng)，該層是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和用戶的接口，實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)分析結(jié)果的應(yīng)用。數(shù)據(jù)處理層和應(yīng)用層也是整個公路邊坡監(jiān)測管理與決策支持系統(tǒng)的核心部分。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的公路邊坡監(jiān)測管理與決策支持系統(tǒng)具體實現(xiàn)方案

基于物聯(lián)網(wǎng)的公路邊坡監(jiān)測管理與決策支持系統(tǒng)以邊坡工程基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫和邊坡監(jiān)測信息數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，主要由邊坡長期穩(wěn)定性評價模塊、邊坡遠程監(jiān)測系統(tǒng)、邊坡在線監(jiān)測分析與管理模塊、邊坡地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急處治決策模塊組成，利用先進的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將各模塊無縫銜接，使系統(tǒng)各模塊之間高效、協(xié)同工作。

2 公路邊坡工程信息數(shù)據(jù)庫

針對山區(qū)公路邊坡沿線點狀分布，基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)量大的特點，為便于公路邊坡長期健康管理，需利用互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，對大量公路沿線邊坡基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)進行標準化，并選取量化評價模型開展邊坡穩(wěn)定性動態(tài)評價，由此形成邊坡工程基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫。

傳統(tǒng)公路邊坡穩(wěn)定性評價影響因素主要包含3類，即邊坡地形地貌、坡體結(jié)構(gòu)特征、邊坡環(huán)境條件。以上3類因素基本屬于靜態(tài)因素，一般不隨時間發(fā)生變化。由于公路邊坡長期穩(wěn)定性具有逐步劣化特征，因此還需將邊坡動態(tài)變形特征作為長期穩(wěn)定性評價的重要特征因素。以四川典型山區(qū)公路為例，將邊坡分為巖土二元結(jié)構(gòu)和巖質(zhì)邊坡兩類。針對巖土二元結(jié)構(gòu)邊坡，采用邊坡坡高、坡比、坡面形態(tài)、變形特征、土體地質(zhì)成因、土體厚度、巖土分界面傾角、人類工程活動、地下水特征、降雨量、地震烈度等特征因素作為量化評價基礎(chǔ)指標。巖質(zhì)邊坡量化評價基礎(chǔ)指標包括坡高、坡比、變形特征、巖性組合關(guān)系、巖層產(chǎn)狀與路線關(guān)系、巖石風化程度、節(jié)理發(fā)育程度、地下水特征、降雨量、地震烈度等因素。在現(xiàn)場調(diào)查獲取邊坡特征信息后，即可錄入平臺數(shù)據(jù)庫，形成邊坡工程地質(zhì)基礎(chǔ)信息庫。然后對每個基礎(chǔ)指標分4個量級進行打分，指標權(quán)重系數(shù)及分值根據(jù)公路邊坡變形失穩(wěn)調(diào)查結(jié)果和專家經(jīng)驗取得，每項分類指標得分合計為該邊坡的量化評價總分。根據(jù)量化評價得分，可將公路邊坡動態(tài)穩(wěn)定性分為穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、欠穩(wěn)定、不穩(wěn)定4個等級。

針對邊坡穩(wěn)定性不同的量化評價等級，管理部門可采用日常巡查、專項監(jiān)測和應(yīng)急處治等分級管理應(yīng)對措施。在初次評估的基礎(chǔ)上，公路建成3年內(nèi)每年進行一次復(fù)查，之后每兩年進行一次復(fù)查，通過日常養(yǎng)護巡查和變形監(jiān)測，不斷更新邊坡變形狀態(tài)，由此形成公路邊坡長期健康檔案。

3 新型智能變形監(jiān)測技術(shù)

在公路邊坡穩(wěn)定性評價分級的基礎(chǔ)上，可以選擇重點邊坡監(jiān)測其變形發(fā)展情況，長期動態(tài)掌握其穩(wěn)定狀態(tài)。邊坡變形的演化發(fā)展是邊坡巖土體失穩(wěn)破壞前兆的最直觀體現(xiàn)，也是監(jiān)測預(yù)警的主要指標和依據(jù)。通過地表位移監(jiān)測可以掌握坡體裂縫的發(fā)展情況和位移方向、位移速率等宏觀變形指標，深部位移監(jiān)測可以掌握邊坡深部不同位置的巖土體深部位移量及速率，可確定潛在滑面位置及滑動方向。對于點狀分布、數(shù)量較多的公路邊坡，兩者均是重要的監(jiān)測變量，可選擇經(jīng)濟、節(jié)能的新型智能儀器進行監(jiān)測。

3.1 地表位移監(jiān)測

該系統(tǒng)選用的地表位移監(jiān)測設(shè)備主要為磁感觸發(fā)式位移計，該位移計經(jīng)濟節(jié)能、精度較高。磁感觸發(fā)式位移計在邊坡周邊的相對穩(wěn)定點與邊坡監(jiān)測點之間通過拉索布線，當兩點相對位置發(fā)生變化，即鋼索每拉開1 mm時，可主動觸發(fā)信號，從而得到監(jiān)測點的相對變形量。位移計采用低耗能的磁感式觸發(fā)電路，在邊坡位移沒有發(fā)生變化時，位移計呈休眠狀態(tài)，基本不耗電。位移計和無線傳訊器均由鋰電池供電，可以使用2年，無需外接電源，后期維護更換較方便且經(jīng)濟節(jié)能，適用于運營期長期監(jiān)測。該設(shè)備適用于地形條件較好，有明顯變形及裂縫特征的邊坡變形監(jiān)測。

3.2 深部位移監(jiān)測

傳統(tǒng)的深部位移監(jiān)測設(shè)備主要為活動式測斜儀和固定式測斜儀，但兩種測斜設(shè)備都存在一定的弊端?；顒邮綔y斜儀主要靠人工監(jiān)測，存在工作效率較低、數(shù)據(jù)連續(xù)差等問題。固定式測斜儀為傳統(tǒng)深部位移自動監(jiān)測設(shè)備，其在每個鉆孔內(nèi)可安裝傳感器數(shù)量有限，最多為7～8個，設(shè)備安裝后可能捕捉不到潛在滑面等關(guān)鍵信息，且難以無線組網(wǎng)。兩種設(shè)備監(jiān)測量程相對較小，隨著深部變形的不斷增大，活動測斜儀難以放入監(jiān)測管，固定式測斜儀可能超出監(jiān)測量程。

4 無線傳感網(wǎng)絡(luò)及傳輸技術(shù)

在諸多新興自動化監(jiān)測體系中，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在近年來應(yīng)用最為廣泛。公路邊坡遠程監(jiān)測系統(tǒng)是在現(xiàn)場安裝智能傳感器的基礎(chǔ)上，通過建立無線傳感網(wǎng)與外部遠程無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的連接，對多源采集的信息以集中方式進行批量傳輸。無線傳感網(wǎng)中常使用的技術(shù)包括WiFi、433 MHz射頻、Zigbee等方式，它們都屬于短距離無線通信技術(shù)。射頻是指可以輻射到空間的電磁頻率，433 MHz射頻的特點是組網(wǎng)簡單、傳輸速率較低等，適合傳感器網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)簡單、數(shù)據(jù)傳輸量不大的無線傳感器組網(wǎng)。該系統(tǒng)中的磁感觸發(fā)式位移計和智能測斜繩無線組網(wǎng)選用的均是433 MHz通信技術(shù)，但根據(jù)傳感器類型的差異所采用的模塊不同，地表位移計采用的是結(jié)構(gòu)較為簡單、傳輸數(shù)據(jù)量較低的FSK射頻模塊。智能測斜繩由于傳感器較多，數(shù)據(jù)量較大采用的是LoRa模塊。兩個模塊均采用太陽能供電，后期維護管理成本較低，適用于運營期長期監(jiān)測。

4.1 基于FSK射頻模塊的磁感觸發(fā)式位移計無線組網(wǎng)

FSK(Frequency-Shift Keying)是無線通信中常用的一種調(diào)制方式，主要優(yōu)勢是信號傳輸抗噪聲與抗衰減的能力較好，在中低速數(shù)據(jù)傳輸中應(yīng)用廣泛。磁感觸發(fā)式位移計采用的是基于433 MHz的FSK射頻模塊。磁感觸發(fā)式位移計配接了基于FSK射頻的無線通信模塊，由發(fā)射器和接收器組成。發(fā)射器與接收器之間可以在500 m內(nèi)進行短距離無線數(shù)據(jù)通信。接收器可以同時接收8組磁感觸發(fā)式位移計的發(fā)射信號，收到數(shù)據(jù)后再以RS-232標準通信格式傳給數(shù)據(jù)采集設(shè)備。

4.2 基于LoRa模塊的智能測斜繩無線組網(wǎng)

LoRa是一種新型的物聯(lián)網(wǎng)無線傳輸技術(shù)，屬于低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)中的一種。LoRa技術(shù)除具有LPWAN技術(shù)的遠距離、低功耗、低帶寬、低成本、覆蓋容量大等特點外，還包含搭建網(wǎng)絡(luò)靈活、易于建設(shè)和部署速度快等特點。與傳統(tǒng)的WiFi、ZigBee、藍牙等無線通信技術(shù)相比，LoRa技術(shù)在無線通信距離方面具有明顯的優(yōu)勢，具有長距離、低功耗、廣域覆蓋等優(yōu)點，已在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

智能測斜繩安裝在鉆孔的剛性套管內(nèi)，通過數(shù)據(jù)采集模塊采集每段的數(shù)據(jù)，采集模塊外接LoRa天線，通過LoRa技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綀鰠^(qū)指定的遠程傳輸終端，遠程傳輸終端接有LoRa接收天線，接收數(shù)據(jù)后再通過GPRS/4G等方式傳輸?shù)竭h程監(jiān)控中心，從而形成新型深部位移遠程自動監(jiān)測系統(tǒng)。

4.3 基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的遠程無線傳輸技術(shù)

GPRS是全球移動通信系統(tǒng)(GSM)支持的一種數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，具有網(wǎng)絡(luò)接入方便、實時高效傳輸和費用較低等優(yōu)點。如圖2所示，針對山區(qū)公路邊坡遠程無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，通常采用GPRS網(wǎng)絡(luò)或4G服務(wù)，建立無線傳感網(wǎng)終端與遠程監(jiān)測中心服務(wù)器的連接，實現(xiàn)海量邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠程無線傳輸功能。該系統(tǒng)的遠程數(shù)據(jù)傳輸即采用GPRS/4G技術(shù)，磁感觸發(fā)式位移計、智能測斜繩等通過無線傳感組網(wǎng)進行短距離無線傳輸后，再通過數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)進行遠程無線傳輸。

圖2 GPRS遠程數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)原理

5 系統(tǒng)開發(fā)

5.1 系統(tǒng)平臺開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)平臺采用基于Java的Spring MVC框架進行設(shè)計，它是一種請求驅(qū)動類型的輕量級Web框架，該架構(gòu)模式包含模型、視圖和控制器3個組件。模型對象主要包含數(shù)據(jù)庫，是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；視圖對象通過圖表等多種形式顯示與用戶交互的海量數(shù)據(jù)；控制器對象是介于模型與系統(tǒng)之間的橋梁，它可以分發(fā)和處理用戶的請求，選擇合適的視圖將數(shù)據(jù)返回展示給用戶。該系統(tǒng)不但能在監(jiān)測中心本地進行開發(fā)管理，而且還可以進行遠程登錄查詢，給管理部門的決策帶來便利。

5.2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

如圖3所示，系統(tǒng)首先以邊坡工程信息、邊坡監(jiān)測信息和應(yīng)急搶險決策信息為基礎(chǔ)建立邊坡地質(zhì)災(zāi)害基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫，然后開發(fā)完成公路邊坡信息管理與評價、邊坡監(jiān)測信息管理、防災(zāi)減災(zāi)決策支持管理三大功能模塊。

圖3 軟件系統(tǒng)總體架構(gòu)

公路邊坡信息管理與評價模塊包含高速公路項目管理、邊坡工程地質(zhì)信息管理、巖質(zhì)邊坡量化評價、巖土二元邊坡量化評價功能。可以通過選擇高速公路項目、工點名稱、坡高、變形特征等條件，查詢公路巖質(zhì)邊坡量化信息。在用戶輸入邊坡量化信息后，系統(tǒng)可以自動對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性進行評價分級。

邊坡監(jiān)測信息管理模塊包含觸發(fā)式地表位移監(jiān)測信息管理、深部位移監(jiān)測信息管理、降雨量監(jiān)測信息管理功能?？梢酝ㄟ^選擇高速公路名稱，測點名稱，起始時間和截止時間來查詢監(jiān)測位移值，查詢結(jié)果以表格形式列出，可以對位移值數(shù)據(jù)進行編輯和刪除。通過選擇測點名稱和日期來查詢某天位移監(jiān)測曲線和多天位移監(jiān)測曲線。

防災(zāi)減災(zāi)決策支持管理模塊包含監(jiān)測預(yù)警指標查詢、應(yīng)急響應(yīng)技術(shù)程序查詢、應(yīng)急搶險技術(shù)支持和預(yù)警信息發(fā)布功能。用戶可查看各監(jiān)測預(yù)警指標及邊坡地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)技術(shù)程序，按程序開展邊坡地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急搶險工作。在應(yīng)急搶險技術(shù)界面中，可查看邊坡地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急搶險技術(shù)，包括設(shè)計施工要點、施工圖片示意及通用圖。在預(yù)警信息發(fā)布界面中，可設(shè)置每個高速公路監(jiān)測項目的預(yù)警指標，通過短信息向預(yù)定的聯(lián)系人發(fā)送預(yù)警信息。邊坡地質(zhì)災(zāi)害信息數(shù)據(jù)庫和三大功能模塊無縫銜接，共同構(gòu)成了邊坡地質(zhì)災(zāi)害信息管理與決策支持平臺。

6 工程應(yīng)用

針對四川典型紅層地區(qū)運營期高速公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)需要，現(xiàn)場調(diào)查了某高速公路全線10 m高度以上的所有邊坡，累計398個。對各個邊坡特征因素和目前變形特征進行了詳細的調(diào)查，建立了紅層地區(qū)巖土二元結(jié)構(gòu)邊坡和巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性量化評價體系。將該邊坡特征要素和照片等作為邊坡基礎(chǔ)信息錄入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，通過量化評價進行穩(wěn)定性分級。在定期現(xiàn)場核查變形情況后，可對量化信息進行修正，以形成邊坡穩(wěn)定健康動態(tài)評價。系統(tǒng)根據(jù)目前的邊坡特征信息進行了量化評價，結(jié)果如圖4、5所示。

圖4 巖土二元結(jié)構(gòu)邊坡穩(wěn)定性量化評價結(jié)果

由圖4、5可知：全線共9處巖土二元結(jié)構(gòu)邊坡，其中不穩(wěn)定邊坡4處；全線巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定狀況以基本穩(wěn)定和穩(wěn)定為主，其中不穩(wěn)定邊坡11處。根據(jù)邊坡穩(wěn)定性動態(tài)評價分級結(jié)果，近2年累計對20余處邊坡進行了處治加固，同時有針對性地對邊坡開展日常巡查和常規(guī)監(jiān)測，實現(xiàn)邊坡長期穩(wěn)定性的動態(tài)管理。

圖5 巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性量化評價結(jié)果

根據(jù)公路邊坡穩(wěn)定性評價結(jié)果，對部分邊坡安裝了遠程監(jiān)測系統(tǒng)。某巖土二元結(jié)構(gòu)高邊坡地形條件較好，邊坡周界范圍小于500 m，便于進行短距離的FSK射頻模塊組網(wǎng)。如圖6所示，在該邊坡安裝了6臺磁感觸發(fā)式地表位移計和1臺雨量計，位移計進行短距離無線組網(wǎng)后再采用4G進行遠程無線傳輸。通過監(jiān)測管理與決策支持系統(tǒng)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行管理和預(yù)警，由此實現(xiàn)了傳感網(wǎng)、4G網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)的融合。如圖7所示，以主斷面5#位移計監(jiān)測數(shù)據(jù)分析為例，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查情況，在整個監(jiān)測周期內(nèi)，監(jiān)測點無明顯的變形跡象，邊坡在完善的排水系統(tǒng)和支擋結(jié)構(gòu)作用下已經(jīng)受住強降雨、2013年蘆山地震等不利工況的檢驗，坡體整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖6 地表位移遠程監(jiān)測系統(tǒng)平面布置圖

圖7 5#位移計監(jiān)測值與日降雨量關(guān)系曲線

某公路邊坡所處斜坡坡面陡峻，坡表植被茂密。自然斜坡順南東方向呈順層坡體結(jié)構(gòu)，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造活動強烈，斜坡基巖出露處可見巖層倒轉(zhuǎn)和斷層破碎帶。受不利的地形地質(zhì)條件影響，2018年2月28日以來，該路段邊坡山體和路基出現(xiàn)明顯變形跡象，隨后對該路段進行了應(yīng)急搶險處治，邊坡?lián)岆U處治工程于7月基本完工。為準確掌握場地變形情況，指導(dǎo)加固處治和管制通行工作，在場地內(nèi)共布置了8個深部位移監(jiān)測孔，通過LoRa技術(shù)將深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程傳輸終端，遠程傳輸終端接有LoRa接收天線，接收數(shù)據(jù)后再通過GPRS/4G等方式傳輸?shù)竭h程監(jiān)控中心，通過互聯(lián)網(wǎng)可以實時管理監(jiān)測數(shù)據(jù)并進行決策支持分析，由此形成了基于物聯(lián)網(wǎng)的深部位移監(jiān)測系統(tǒng)。

以典型監(jiān)測點深部位移數(shù)據(jù)分析為例，如圖8所示，2018年3—8月，山體深部變形速率較大，局部變形較劇烈，位移速率呈非線性變化，平均日變形速率為3.0～7.0 mm/d。2018年8—12月，應(yīng)急搶險處治工程實施完成后，變形速率逐步減緩，以蠕動變形為主，局部變形面未發(fā)生持續(xù)性累加變形，平均日位移速率為0～0.5 mm/d。應(yīng)急處治工程的實施對山體變形有一定約束作用。

圖8 深部位移監(jiān)測孔位移-深度曲線

7 結(jié)論

針對公路邊坡動態(tài)穩(wěn)定性評價、長期監(jiān)測及應(yīng)急決策，選擇數(shù)據(jù)庫技術(shù)與自動監(jiān)測方法、現(xiàn)代遠程傳輸技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，建立了基于物聯(lián)網(wǎng)的公路邊坡監(jiān)測管理與決策支持系統(tǒng)，得到如下結(jié)論：

(1) 根據(jù)山區(qū)公路邊坡穩(wěn)定性長期劣化的特點，建立了公路邊坡動態(tài)穩(wěn)定性量化評價方法。以典型山區(qū)運營期高速公路為例，詳細調(diào)查收集了398個邊坡基礎(chǔ)信息，開展了邊坡穩(wěn)定性評價?；诨ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)，建立了邊坡工程量化評價信息數(shù)據(jù)庫，為公路邊坡長期健康評估提供了在線平臺。

(2) 系統(tǒng)集成了觸發(fā)式地表位移計、智能測斜繩等高智能傳感器，地表位移和深部位移監(jiān)測精度高且連續(xù)性好?；贔SK射頻技術(shù)和LoRa技術(shù)，實現(xiàn)了地表位移監(jiān)測和深部位移監(jiān)測的無線傳感混合組網(wǎng)即時通信技術(shù)，解決了傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)在復(fù)雜山區(qū)布線困難的問題。通過GPRS網(wǎng)絡(luò)建立了公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害遠程監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)成功安裝運用在多條山區(qū)高速公路上。

(3) 開發(fā)了邊坡地質(zhì)災(zāi)害信息管理與決策支持平臺，實現(xiàn)了公路邊坡工程健康信息建庫、監(jiān)測感知、無線遠程傳輸、數(shù)據(jù)分析、決策應(yīng)用的無縫對接和功能集成，克服了傳統(tǒng)監(jiān)測管理系統(tǒng)功能單一的局限性，便于運營期高速公路邊坡長期安全動態(tài)管理和監(jiān)測預(yù)警，提高了山區(qū)公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)信息化水平。