地質災害監(jiān)測預警示范系統(tǒng)中滑坡遠程監(jiān)控子系統(tǒng)的研究

劉聰

摘 要：在建筑工程施工過程中，人為及自然因素造成的地質災害隱患越發(fā)增加，特別是一些露天邊坡容易受到風化和水蝕的影響，因此在地質災害突發(fā)或者預警階段，需要采用地質災害預警監(jiān)控。文章結合工程實踐情況，分析地質災害監(jiān)測預警示范系統(tǒng)中滑坡遠程監(jiān)控子系統(tǒng)在地質災害治理中的應用，為廣大地質技術人員提供參考。

關鍵詞：地質災害監(jiān)測；預警；滑坡遠程監(jiān)控

中圖分類號：P642.22 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）17-0151-02

1 地質災害監(jiān)測預警示范系統(tǒng)的內容

地質災害是指源于自然以及人為的地質作用對生存環(huán)境造成的災難性破壞。地質災害主要有地面塌陷、泥石流、滑坡、地層崩塌以及地層裂縫等。在地質災害研究中，關于滑坡、泥石流類災害的研究是行業(yè)研究的重點。地質災害監(jiān)測預警示范系統(tǒng)是基于遙感技術RS、地理信息系統(tǒng)GIS和全球定位系統(tǒng)GPS以及相應的地質災害監(jiān)測技術，劃定一定的地質災害預警方位，用以監(jiān)測該范圍內的特定地質災害在變現(xiàn)象，并將監(jiān)測結果、破壞信息以及誘發(fā)因素等以信息平臺的模式進行發(fā)布。在這個地質災害監(jiān)測預警示范系統(tǒng)中，使用人員可以通過對監(jiān)測數據進行系統(tǒng)分析，并且根據現(xiàn)場搜集的地質變形因素和相關因素進行規(guī)整分析，進而對地質災害情況的穩(wěn)定性狀態(tài)和變化趨勢做出預判，從而達到揭示地質災害時間和空間的分布規(guī)律，為地質災害治理及決策奠定基礎。

地質災害監(jiān)測預警示范系統(tǒng)中主要使用的專業(yè)設備有：位移傳感器、雨量計、視頻監(jiān)測網絡、地理信息系統(tǒng)動態(tài)記錄等。地質災害監(jiān)測預警示范系統(tǒng)可以和地理信息測繪系統(tǒng)緊密結合，兩者相互配合，充分補充在地質勘察中發(fā)現(xiàn)的不良地質情況，進而對不良地質情況中的地質災害實施預警和監(jiān)控，同時采用系統(tǒng)中的資源分析調配，采用構建地質災害模型的方式來對地質災害進行預演。地質災害監(jiān)測預警師范系統(tǒng)還可以對已經發(fā)生的地質災害實施連續(xù)、實時、動態(tài)的監(jiān)測和檢測，及時獲取和記錄全面準確的數據，并且采用信息系統(tǒng)自動化集成技術進行分析，協(xié)助相關的地質災害處理和決策部門針對地質災害情況進行高效協(xié)調處置，進而節(jié)約地質災害救援時間，避免地質災害影響的擴大，盡最大可能減少人民群眾的生命財產損失。

2 滑坡遠程監(jiān)控的要素及子系統(tǒng)配置

滑坡遠程監(jiān)控作為地質災害監(jiān)測預警示范系統(tǒng)的有效組成部分，其監(jiān)控內容較為專業(yè)且單一，需要配備的專業(yè)儀器及系統(tǒng)配置相對較為簡單且使用便捷，主要針對滑坡這一單項地質災害專門配置，具有高效、簡潔、明晰的優(yōu)勢。

滑坡遠程監(jiān)控子系統(tǒng)的設備配置主要包括：

①智能型電子測斜儀：主要測量XY兩個維度，測量范圍為±30°，自帶溫度補償以及相應的數據輸出端口。

②高智能裂縫寬度儀：量程200 mm，分辨率0.01 mm，自帶溫度補償以及相應的數據輸出端口。

③智能型雨量計：分辨力0.1 mm；降雨強度測量范圍0.01～8 mm/min；測量誤差：±0.2 mm；輸出信號RS-485接口；雨量計本機存儲記錄容量大于1.5 a。

④多數據采集傳輸儀，采集儀主要針對單類型地質災害進行多數據采集，采用傳感器數據通過無線傳輸網絡進行監(jiān)測數據的傳輸及預警，并且繪制預警曲線，使用者可以進行實時查詢，并且設置預警警告。此類數據采集儀可以針對滑坡、泥石流、巖石崩塌等單類型地質災害進行多數據監(jiān)測和遠程警示，但是對于綜合性的地質災害則需要進行調試，目前效果仍未盡如人意。

在建筑工程施工過程中，由于邊坡的受力處于不穩(wěn)定狀態(tài)，特別是在暴雨水浸情況下極易發(fā)生巖體移動和滑坡，形成地質災害。為防止這類地質災害的發(fā)生，目前較為常用的方法是對這類存在地質災害隱患的邊坡進行遠程監(jiān)控以及遠程警示，并且根據監(jiān)測的結果進行匯總和分析，繪制預警曲線，并根據預設情況出相應的地質災害治理方案。目前的滑坡遠程監(jiān)測主要以調查巖體移動量、移動速度為主要手段，監(jiān)測地質災害時的地層演變信息和誘變因素，根據滑坡監(jiān)測的數據結果，結合巖體力學和水文地質學科的調查分析，匯總出不良地質巖體移動方向的預設型資料，進而分析得出巖體移動的規(guī)律，設置數理模型來預判定不良地質移動巖體閆滑動面移動的位移、邊線以及不良巖體的形狀、大小以及滑動傾角等數據，從而判定巖體移動帶來的影響，形成地質災害的穩(wěn)定性評價報告和監(jiān)測預測報告。在穩(wěn)定性評價報告和監(jiān)測預測報告的基礎上，才能形成地質災害治理的綜合意見，才能對移動的滑坡巖體采取相應的地質災害防治措施，減少人民群眾的財產損失。

3 滑坡遠程監(jiān)控預警示范系統(tǒng)應用方法

滑坡遠程監(jiān)控是在處置不良地質情況中用于預測及分析滑坡情況的方法，集合了監(jiān)測儀器、監(jiān)測數據搜集分析，并且結合地質災害形成機理、地理信息處理技術和預測預報等技術為一體的一門綜合性技術?；卤O(jiān)測一般可以分為幾種監(jiān)測方法實施，常規(guī)型的監(jiān)測方式是采用位移監(jiān)測法，目前的滑坡遠程監(jiān)控儀器已經可以進行毫米級的監(jiān)測。而在部分重點工程中，如果采用高精度的位移監(jiān)測方法，剔除了影像影響，則可以達到0.1 mm的監(jiān)測精度。目前國際上較為流行的是光纖應變分析技術之布里淵散射光時域反射技術，又稱BOTDR技術，這項技術此前主要應用于大型的建筑物及構筑物的安全監(jiān)測和健康診斷，且在電力、通訊領域應用較為廣泛，是應變監(jiān)測和監(jiān)控的主要手段。在我國，首先由三峽水庫區(qū)中巫山滑坡監(jiān)測中應用BOTDR技術。與傳統(tǒng)的滑坡監(jiān)測技術相比，BOTDR技術具有綜合行、實時性、高精度和長距離的特點。由于采用了合理的點位布置方式，不僅可以長期使用，而且可以直接控制多個施工階段以及后期使用過程，可以非常方便的對各類邊坡的不同部位進行監(jiān)測。而且由于這種技術才用了多種復合方式，使用多種有效監(jiān)測方法進行對比校核修正，實現(xiàn)了錯誤數據剔除，使得數據更接近于真實，更為可靠。而且由于其實現(xiàn)了空中、地表、以及深達不良地質災害體內部深部的立體化監(jiān)測網絡，建立了相應的數據模型，也增強了數據應用能力，加強了數據綜合判別能力，同時也就促進了地質專業(yè)人員數據分析的精度，也相應提高了對地質災害評價和預判能力。

在滑坡遠程監(jiān)控預警示范系統(tǒng)中，基于ESRI Arc GIS平臺，以Microsoft.Net 2.0為開發(fā)平臺，選用C語言，Web服務器采用IIS，在線數據通信部分在.Net平臺使用C/S與B/S相結合的模式開發(fā)方式；系統(tǒng)的后臺數據庫選用Microsoft SQL Server 2005 Express或Oracle 10 G數據庫，可以實現(xiàn)滑坡監(jiān)控BOTDR技術的綜合管理，同時開發(fā)了多個應用平臺和管理權限，可以滿足不同應用領域的技術要求。

在大型的長期地質災害治理項目中，采取多點位傳感器布置的方式進行信息采集，這樣的方式進行滑坡監(jiān)測，徹底改變了傳統(tǒng)的多點和線路布設的模式。采用網狀布設模式，結合地理信息處理系統(tǒng)，則可以在邊坡的每個單元都可以采集到多個信息，將這些收集到的不同信息進行系統(tǒng)集中處理之后，就能夠得到該地區(qū)的地質災害三維圖像數據。而隨著地球物理系統(tǒng)的全面運用以及地質勘察勘探方法中關于數據采集、信息處理和資料傳輸能力都由計算機來高速實現(xiàn)，高分辨率、大圖幅、大樣本技術的應用也得到了實現(xiàn)，進而將滑坡監(jiān)測技術推向二維和三維采集系統(tǒng)方向發(fā)展。由于有計算機參與，在數據收集上可以通過加大測試頻率次數進而時間長時間序列上的滑坡監(jiān)測。

4 滑坡遠程監(jiān)控現(xiàn)場布點及方案

在一般的滑坡監(jiān)測中，可以通過實地調查和分析來判定邊坡巖體不穩(wěn)定范圍的大小和形狀以及巖體移動的方向。在選擇相應的滑坡監(jiān)測方案前要對地質災害隱患進行實地的考察，選取最為適宜的監(jiān)測方案和監(jiān)測儀器。對于設備的集成度、自動控制模式、數據標準化程度和信息發(fā)布模式等，由滑坡監(jiān)測系統(tǒng)的自動化程度決定，針對大型的長期地質災害監(jiān)測，應建立相應的數據整理系統(tǒng)，優(yōu)選相應的監(jiān)測參數后，采用多參數數據組合、設備選型調整等方式進行系統(tǒng)優(yōu)化，以便應用于不同的地質災害規(guī)模、針對不同的地質危害程度以及不同的發(fā)展階段。

5 滑坡遠程監(jiān)控后期內業(yè)及管理

在滑坡監(jiān)測外業(yè)進行之時，應及時開展相應的內業(yè)工作，對觀測結果進行成果整理，根據收集到的滑坡數據計算和繪制滑坡曲線圖。對于較為簡單的滑坡監(jiān)測，采用手工數據整理以及繪圖就可以達到報告要求。但是針對大型長期項目監(jiān)測，則需要進行系統(tǒng)建立和數據錄入，采用計算機進行數據處理以及高速運算的優(yōu)勢，由系統(tǒng)出具相應的滑坡曲線圖?；镜膸r體移動范圍確認之后，就能夠在巖體移動變化較為活躍的區(qū)域，在增加一些分散的觀測點，通過對于移動觀測，了解到每個測點的移動量隨時間變化的情況，對初步的巖體移動區(qū)域劃定進行校核，同時針對位移點數據結合觀測線進行綜合分析。根據內業(yè)處理，就可以通過對多測點移動值大小以及方向的分布情況分析，總結出不良地質滑坡巖體移動的方向和趨勢。根據分布觀測點的水平位移和豎直位移，就可以求出觀測點移動總方向的請教，從移動的傾角及傾向就能判斷可能產生滑坡的空間位置。在數據模型監(jiān)測系統(tǒng)中，一旦發(fā)生移動曲線的突變情況，出現(xiàn)躍遷進入巖體臨滑突變階段，就能夠根據監(jiān)控結果及時向有關部門通報，采取相應的財產及人員轉移信息，避免人員及財產損失，并且為后續(xù)的不良地質情況處理提供相關的準確數據和信息。

6 結 語

伴隨著地球物理信息系統(tǒng)的建立以及計算機技術的普遍應用，針對不同的地質災害情況也衍生了不同類型的監(jiān)測技術和方法。根據項目實際情況，選用遠程監(jiān)控方式對滑坡進行監(jiān)控，既節(jié)省了大量的人力資源投入，也達到了長期監(jiān)控及時處理的目的，保證滑坡的監(jiān)測效果，滿足地質災害治理要求。

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