崩塌滑坡实时专业监测技术

滑坡监测方法~

根据不同的监测内容可选择采用大地测量法、全球定位系统（GPS）测量、近景摄影测量、测斜法、测缝法、简易监测法等，见表3.1。根据《崩塌、滑坡、泥石流监测规范》（DZ/T 0221—2006），滑坡变形监测的主要内容和常用方法较多，应根据不同类型滑坡的特点，本着少而精的原则选用。

表3.1 滑坡变形监测主要内容和常用方法


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（据《崩塌、滑坡、泥石流监测规范》（DZ/T 0221—2006））

目前常用的滑坡崩塌简易监测方法主要有埋桩法、埋钉法、上漆法、贴片法等。
（1）埋桩法。适合于对滑坡体上的裂缝进行观测。在斜坡上横跨裂缝两侧埋桩，用钢卷尺测量桩之间的距离，可以了解滑坡变形滑动过程。

埋桩法

（2）埋钉法。在建筑物裂缝两侧各钉一颗钉子，通过测量两颗钉子之间的距离变化来判断滑坡的变形滑动。这种方法对于临灾前兆的判断是非常有效的。

埋钉法

（3）上漆法。在建筑物裂缝的两侧用油漆各画上一道标记，通过测量两侧标记之间的距离来判断裂缝是否在扩大。

上漆法

（4）贴片法。在横跨建筑物裂缝处粘贴水泥砂浆片或纸片，如果纸片被拉断，说明滑坡发生了明显变形，须严加防范。

贴片法

一、内容概述

1.成果简介

实时监测（Real-Time Monitoring，RTM）就是远程连续即时观测，实时监测技术即实现实时监测所依赖的技术集合。RTM最主要的特点是实时性，即远程的管理层（或公众）能够在第一时间获取灾害体的所有监测信息，快速分析并做出科学决策。这些信息的获取过程是自动的，无须人工干预。显而易见，实时监测技术可以最大限度地解放劳动力，减小观测误差，降低运营成本。由于RTM具有全程自动化的特点，因此可以轻易做到连续、跟踪观测，将数据的采集周期设置得很短，如1h，或者更短，这对于跟踪崩塌、滑坡等突发性地质灾害的变形过程，提高预警时效性，避免重大伤亡具有重要的意义。同时，密集连续的多元监测数据能够为灾害体变形机理认识、力学机制分析及防治对策研究提供大量有价值的信息，从而支撑重大科学问题研究。

2003～2005年，中国地质调查局水文地质环境地质调查中心在三峡库区巫山县新城建立了国土资源部地质灾害实时监测预警示范站（简称“巫山示范站”），解决了实时监测系统建设中数据自动采集、远程无线传输、网络实时发布等系列关键技术问题，搭建了具移植性、扩展性的实时监测系统平台，对数个滑坡实施了长期实时监测。在不断改正完善后，实时专业监测技术逐步成熟，具备了向其他领域和区域推广的条件。

2.基本原理

如图1所示，实时监测系统由监测网点、数据采集系统、数据传输系统、数据处理与发布系统以单链结构组成。

图1 实时监测系统架构

数据采集系统用于收集和临时储存各类监测数据，由与监测仪器配套的采集仪或通用型数据采集设备来实现。其前端连接各种监测仪器，后端可通过标准接口，直接下载监测数据，或通过数据传输系统与远程控制中心通信。数据采集系统在接受监控中心的控制指令后，调节采集参数，定时采集并及时向监控中心发送数据，其角色相当于一个“中转站”。为了保证数据安全，采集系统要对原始数据进行备份。

数据传输系统用于完成数据采集仪—监控中心—管理层（公众）之间的数据“搬运”任务。实际上，监控中心—管理层（公众）之间通常利用国际互联网，通过发布系统来实现（图1），所以狭义上的数据传输指数据采集仪—监控中心之间（即灾害体至监控中心）的数据传递。按照灾害体和监控中心空间距离的长短，数据传输分为近距离数据传输（一般低于1km）和远程数据传输两种类型。按传输介质，数据传输分为有线传输和无线传输两种方式。常用的远程数据传输方法如图2所示。有线传输由于要架设通信线缆，线网零乱，易损难修，在距离较长时信号的衰减还可能导致传输失败，弊端甚多，因而逐渐被无线传输方式取代。远程无线传输的最大优势在于不受空间距离限制，依托现代无线通信技术，监控中心可以设立在全球任何地点，系统可以做到无限扩展，信息可以得到集中处理、公布，从国家层面来说，这种优势所带来的意义是巨大的。数据传输的可靠性取决于无线网络的信号强度、速度和控制程序的容错能力。实践证实，在无线网络覆盖、信号强度良好的情况下，传输的错误率和稳定性是能够符合要求的。

图2 常用远程数据传输方法

监测数据在监控中心服务器上集中处理，包括原始数据转换计算、数据库录入、二次加工、综合分析评价等，利用数据伺服处理程序来实现。为保证信息能够得到即时处理并快速反馈出去，需要建立相应的监测信息管理分析系统和网络实时发布系统。底层数据库是信息管理分析系统的基础支撑，用于管理监测台站、监测钻孔、监测点等基础信息和各种类型的监测数据，以B/S架构为信息发布系统实时提供源数据；监测信息发布系统以WEB主页的方式为管理层（或公众）提供灾害体的全部信息，其中最核心的是实时监测数据、曲线等动态信息。

需要特别指出的是，实时监测技术的目的是提高监测的时效性，而非有效性。合理有效的监测网始终是监测系统的核心，其有效性取决于设计者对滑坡的研究与认识程度。崩滑灾害常用的监测方法包括变形监测、压（应）力监测、地下水动态监测、影响因素监测和宏观地质观测，需视灾害体地质条件有针对性地进行监测方法组合和监测网络布设。

3.技术特点与技术指标

实时监测技术通过系列技术集成，使监测数据采集、传输、处理、发布等过程自动化，并相互配合、协同工作，具有如下主要技术特点：

1）全程自动化，无须人工值守。

2）信息滞后时间极短，一般小于1h，所见即所得，可连续跟踪监测。

3）无人工误差，错误率低。

4）可在全球任意地点实时查看监测数据，下达采集控制指令，远程遥测。

5）具移植性，系统可方便移植至其他行业开展实时监测。

6）具扩展性，实时监测系统平台可不断纳入新的监测站点。

7）运行成本低，省时省力。

二、应用范围及应用实例

1.应用范围

实时监测技术除应用于崩塌、滑坡等突发性地质灾害监测预警外，亦可用于火山、地震、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等地质灾害监测和早期预警。在大气环境、海洋环境、矿山环境、断裂构造活动、地下水动态及污染防控等领域均可移植应用。

实时监测技术在巫山示范站示范应用后，在雅安、哀牢山、华蓥山、延安等多个地质灾害预警示范区得到了不同程度的应用；在三峡库区望霞危岩、羊角危岩体应急监测中，充分利用中国地质调查局水文地质环境地质调查中心实时监测平台，做出了两次成功的预测预报，取得了良好的减灾效果，发挥了显著的技术及社会效益；在研究库水位波动对滑坡变形及稳定性影响等重要科学问题中实时监测系统平台亦发挥了重要的基础支撑作用。

2.应用实例

巫山示范站是我国首个地质灾害实时监测示范站，位于长江三峡库区腹地、长江左岸。该区地质构造极为复杂，地质灾害十分发育，是我国地质灾害危害最为严重的地区之一。通过论证对比，在该区27个较大滑坡（崩塌）中，选择了变形相对较为明显、危害较为严重的向家沟滑坡等4个滑坡，开展实时监测应用示范（图3）。2003年始建，2005年基本完成，运行至今。

图3 巫山示范站主要监测对象（滑坡）分布图

通过地质分析，确定监测的内容主要为滑坡的地表、深部（滑带）位移，孔隙水压力，含水量、降雨量，库水位等，同时收集工程活动信息，加强重点时期重点部位的宏观地质现象调查。为了体现示范站的先进性，测定滑坡蠕滑变形阶段的微小位移，选择了高精度、高可靠性、高稳定性（适用性）、高自动化程度的监测方法和监测仪器（表1）。除GPS因建设成本、人文环境等原因采取定期观测外，其余监测方法均为实时监测。

表1 巫山示范站监测方法

图4 示范站数据采集系统硬件连接方式示意图

固定式钻孔倾斜仪、TDR、孔隙水压力监测仪、自动雨量计等监测仪器均具备配套的数据采集仪。其中TDR的数据采集仪为一个工业控制机（PC），示范站充分利用了这一点，将其作为另几种采集仪的上位机，下载、存储、传输数据。通过多串口扩展，监测仪器、数据采集仪、GPRS-MODEM等按图4 所示的方法相连接。2009年后，改进为应用通用数据采集设备（Datalogger）统一采集传输，并将供电系统由原交流供电改进为太阳能供电（图5）。图6为通用数据采集设备传感器接入实物照片。

示范站监控中心目前位于河北省保定市中国地质调查局水文地质环境地质调查中心办公大楼，距滑坡距离1500 km，其间采用GPRS/CDMA网络无线传输监测数据。传输硬件为商业GPRS/CDMA-MODEM，传输控制软件自主编写完成。

图5 改进后的数据采集系统硬件连接方式示意图

图6 通用数据采集传输仪传感器接入实物照片

示范站信息处理与发布系统硬件由2台小型服务器和2台PC终端组成（图7），通过专线光纤接入Internet。其中数据库服务器（Database Server）用来存储、管理监测数据，WEB服务器（WEB Server）用来接收、处理监测数据并面向Internet发布监测信息，二者之间以1000M带宽的对等网连接，保证了数据的交换速度和对外安全。其连接方式如图8所示。

WEB服务器上重要的应用程序包括：传输控制程序，数据伺服处理及入库程序，基于GIS的巫山示范区地质灾害综合信息系统（含底层数据库系统，图9），主页程序（图10）等，均为自主开发。

巫山示范站于2005年建成后，逐步纳入了望霞危岩、羊角危岩及库水位波动对滑坡变形影响研究的5个典型滑坡的实时监测系统，采集各类监测数据近千万条，网站点击量33万人次，接待国内外考察团体20余次，取得了良好的示范效果。随着技术的不断改进，实时监测系统运行的稳定性显著增强，系统年故障率小于5次，能够满足对崩滑灾害实时监测的要求，具备了向其他领域和地域推广应用的条件。

图7 示范站信息处理与发布中心一角

图8 信息发布系统硬件设备连接方式示意图

图9 示范站底层数据库系统构成框图

图10 巫山示范站信息发布主页

三、推广转化方式

实时监测技术的本质是数据采集、传输、处理、分析和发布技术的集合，是为了提高崩滑灾害监测预警时效性的整体解决方案，因此，其推广转化方式主要为技术咨询、人员培训、现场服务等。为使该技术尽快发挥效益，还需加强宣传报道，并通过会议交流的方式进一步提升技术水平。

技术依托单位：中国地质调查局水文地质环境地质调查中心

联系人：高幼龙

通讯地址：河北省保定市七一中路1305号

邮政编码：071051

联系电话：0312-5908255，13503368925，13315272715

电子邮件：gemcgao@163.com

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