北斗高精度远程自动化监测预警系统的应用

■文/图｜汉中市公路局 龚建利

近期，汉中市公路局在国道210线汉中西檀段高边坡应急治理工程中应用了北斗高精度远程自动化监测预警系统，为高边坡地质灾害治理监测探索了新方法、新路径。

北斗高精度远程自动化监测是一种全新的监测方法，其最大优点是测量绝对位移，量程没有限制，监测仪器性能稳定，基本不需要维护，全天候运行，数据自动传到电脑和手机，可实时掌握变形动态，与人工监测相比具有明显技术优势，被广泛应用于公路工程安全监测全过程中。国道210线陕西省汉中市西乡檀木坝段（以下简称“西檀段”）高边坡灾毁应急治理工程前期、施工和后期中的监测就应用了北斗高精度远程自动化监测预警系统。

表1 主要监测仪器一览

北斗高精度远程自动化监测预警系统

北斗高精度远程自动化监测预警系统采用高精度北斗RTK监测、GNSS监测站、拉线式位移计监测、锚杆拉力计、自动雨量监测、视频监控等技术，实现远程自动化监测。监测数据通过GPRS传输到监测云平台，可通过电脑、手机终端登录查看监测数据，获得预警信息，实时掌握变形动态，并可自动以短信方式发送预警信息。

GNSS监测站中的位移一体机用于监测三维位置坐标的动态，变化在误差范围内（精度0.1毫米），若其均值保持不变，则认为边坡未发生变形。拉线式位移计和深部位移均监测相对位移，根据变形趋势和累计变形量评定稳定性。钢筋计主要监测锚杆拉力，拉力值发生突然增大或减小则反映边坡应力迅速调整，预示着边坡不稳定。相反，拉力值保持基本不变，说明边坡稳定。

位移监测具有精度高、易实施等优势，是多种因素作用的结果，能综合反映边坡稳定性状态。利用位移量预警边坡稳定状态时，其思路是利用边坡变形曲线的形态和趋势分析边坡变形发展阶段，并结合边坡演化规律预警边坡稳定性。

由于采用了智能化远程监测系统，获得的数据精度和可靠性可大为增加。同时可实现全天候、连续监测，监测频率远远优于人工监测，正常条件下监测频率为每小时1次。如遇变形加速等特殊情况时，可远程设置监测频率为每10分钟1次。北斗高精度远程自动化监测预警系统可根据预警模型计算结果设置阈值自动分级报警，预警时提供对策建议。

设计安装方案

西檀段高边坡应急治理工程高度168米，宽约170米，厚度10米至30米，卸载土石方总量约为43万立方米，防治工程的安全等级为一级，该滑坡性质属于软岩蠕滑拉裂型滑坡。由于滑坡体规模大，又处于高位，一旦滑动必然造成国道210线中断，可能阻塞泾洋河道，威胁西镇高速公路高架桥梁安全，而且该公路平均每15分钟就有一趟客运班线大巴车通过，通行风险极大。为了保障司乘的通行安全，避免或减少滑坡对国道210线司乘的危害，减少不必要的经济损失，安装北斗高精度自动化监测预警系统提前预警十分必要。

施工期间监测设备布设图

根据《公路滑坡防治设计规范》（JTG/T 3334-2018）的要求，西檀段安装的北斗高精度远程自动化监测预警系统对地表位移、深部位移、地下水动态、支挡结构物位移和预应力锚索应力均做了监测，符合规范的要求，同时也宜收集降雨量资料或建立观测站。通过前期对地质条件的分析，结合治理工程设计，施工阶段及运营阶段监测主要包括：地表位移、深部位移、雨量、结构倾斜、锚杆应力、视频监控。

根据滑坡结构及变形破坏特征、治理初步设计方案，布设3个监测断面，重点监测两个主断面的相对位移，两排钢管桩的桩顶位移，锚杆拉力，深部位移，降雨量等，监测采用目前最先进的高精度北斗RTK等自动化传感器，实现24小时在线监测、无线传输的方法。前端传感器采集到的数据通过数据采集仪，利用GPRS无线传输技术将数据传输到云平台实现数据的储存与共享，经过预警系统软件分析数据并自动发出预警，实现无人值守、实时监控的安全动态监测。

北斗高精度远程自动化监测预警系统充分考虑施工前期、施工中和运营期边坡稳定性，采用可靠监测设备，选择具有代表性的监测剖面和监测站点，从而使监测数据能为动态预警提供科学保障；系统正常运行后应易于管理、易于操作，对操作维护人员的技术水平及能力要求不高，方便更新或维修；利用最优布控方式做到既节省项目成本、后期维护投入的人力及物力少，又能最大限度的发挥出实际监测的效果。

表2 监测内容及指标

监测信息预警反馈

北斗高精度远程自动化监测预警系统，可依据边坡监测预警模型分析结果发布预警，设置四级预警体系，分别是红色预警、橙色预警、黄色预警和蓝色预警。西檀段自2020年6月15日上线运行北斗高精度远程自动化监测预警系统，通过数据分析表明边坡处于基本稳定状态，维持了交通通行，保障了施工及城市间交通。2020年8月14日，该系统发出一次黄色预警，经现场调查，边坡上部裂缝加宽加长，危险性增加，但整体仍基本稳定，仍保持公路畅通。之后于11月8日再次发出黄色预警，与现场变化情况相符。

2021年4月25日，北斗高精度远程自动化监测预警系统自动发出橙色预警短信。因判断滑坡整体稳定，橙色预警主要针对次级滑体，主要威胁坡脚施工及通行安全，对上部施工没有影响。预警后施工单位派专门安全员在坡脚施工处观察瞭望。5月4日，BDS-2绝对位移监测表明位移持续逐步加速，水平累计位移曲线攀升，截至5月4日10时累计位移1369.38毫米，超过预先设定的红色预警阈值，北斗高精度远程自动化监测预警系统于10时55分自动发出红色预警。发出红色预警后，相关单位紧急封闭交通，加强现场管理，为保证施工安全暂停了边坡下方反压平台施工，加强监测。同时，组织设计、施工、监理等参加专题会议，研究评估现状及制定对策。发出红色预警后第5天，5月9日约5时30分）发生滑塌。

西檀段实景图

西檀段灾毁重建应急治理工程将北斗高精度远程自动化监测预警系统应用于公路交通安全保障和工程施工安全管理，由于准确可靠的超前预警，保障了国道210线西镇段13个月的交通安全，产生了巨大社会效益；为西镇高速公路建设保障了运输通道，减少了施工便道建设投资至少1000余万元，创造了巨大经济效益；在2021年5月4日提前5天发出红色预警，由于封闭交通、撤离施工人员，避免了重大伤亡和财产损失；根据GNSS监测结果，自2021年6月以来数据平稳，波动一般不超过5毫米，均值稳定，表明边坡整体处于稳定状态。因此，北斗高精度远程自动化监测预警系统能够很好地掌握施工过程中边坡稳定动态、反馈优化设计，达到了理想治理效果，为交通安全、施工安全提供了智能化信息化服务，社会效益和经济效益显著，在公路、铁路、水利等高边坡或滑坡风险管理中值得推广应用。

四级预警体系及响应措施一览表