CN219626119U - 一种高速公路边坡监测预警*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种高速公路边坡监测预警***，其特征在于,包括：与监测预警云平台通过数据传输装置连接的GNSS地表监测装置，深部位移监测装置和环境监测装置，GNSS地表监测装置实时监测边坡地表位移变量，深部位移监测装置采集边坡内部深部土层的位移值，环境监测装置收集降雨量和土壤湿度及空气温湿度变化数据，监测预警***通过数据传输装置将各项数据汇总到监测预警云平台，监测预警云平台接收各项数据并进行储存和显示，与预设阈值对比进行预警,本新型能全面准确获得边坡各项监测数据，有效提高边坡监测精度，降低检测误差和可能出现的误报，及时反馈边坡实时状况，发送预警信息并保证高速交通安全。

Description

一种高速公路边坡监测预警***

技术领域

本实用新型涉及一种高速公路边坡监测预警***，属于交通安全监测技术领域。

背景技术

近年来，越来越多的公路、铁路以及其他基础工程在黄土高原地区展开建设。受到黄土高原地区特有的工程地质环境的影响，由于黄土自身的疏松多孔的结构及其节理裂隙的广泛发育，加之黄土地区的降雨愈发频繁，黄土边坡的稳定性问题成为了保证工程安全建设运营的重中之中。加强对黄土地区边坡的监测，尽早捕获边坡危害发生的前兆信号，对滑坡的发展趋势做出预测和预报，对预防灾害的发生或减少灾害的损失有重要的现实意义。

很多工程在建设过程中进行了大规模的边坡开挖造地，造成了大量边坡原有地貌发生了改变，形成了数量巨大的黄土边坡。考虑到黄土地区的复杂地质结构，单一监测方案无法满足监测要求，需要建立一套全面，立体，准确，能够合理利用多个检测设备相互补充的监测***，同时结合测量大数据，实现自动化，智能化监测预警的监测***。依此实现边坡的动态化监测，为边坡工程的施工和后续稳定运营及时提供反馈信息。

目前常见的边坡监测技术可分为几大类：

传统人工监测：应用传统测量仪器(经纬仪、水准仪、全站仪等)，配合适当的大地测量方法(前方交会、测距法、小角法等)对边坡进行表面变形监测，是监测滑坡变形中最传统的技术手段。

摄影监测：通过光学摄影机获取的像片，获取近距离目标影像信息，经过处理图片和分析像素，能够获取被摄物体的形状、大小、位置，从而确定其三维空间数据。

合成孔径干涉雷达监测：利用雷达向目标区域发射微波，然后接收目标反射的回波，得到同一目标区域成像的SAR复图像对，SAR复图像对共轭相乘可以得到干涉图，根据干涉图的相位值，得出两次成像中微波的路程差，从而计算出目标地区的地形、地貌以及表面的微小变化。

GNSS(全球导航卫星***)监测技术：利用GPS/BDS/GLONASS/GALILEO等卫星测量基准站和监测点之间的相对定位,得到各监测点不同时期的位置信息，然后利用数据软件对位置信息进行处理分析，剔除各种环境影响误差因子，并与首期结果对比得到各监测点在不同时期的的位移信息。

传统的边坡GNSS监测技术能够对边坡的表面位移进行监测，但是其无法对边坡内部土体结构的土层错动进行监测。此外，GNSS定位***还存在着高延迟，低精度，解算时间长等一系列的问题，这就会导致监测***准确性和及时性无法得到保障。

其他边坡监测技术例如的合成孔径干涉雷达，摄影测量等技术由于对监测环境的要求较高，在降雨等恶劣天气的影响下，测量精度往往不高，而这些恶劣的天气恰恰极易引发黄土边坡发生滑坡，垮塌等边坡危害。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本实用新型提供一种高速公路边坡监测预警***。

一种高速公路边坡监测预警***，其特征在于,包括：与监测预警云平台通过数据传输装置连接的GNSS地表监测装置、深部位移监测装置和环境监测装置，所述GNSS地表监测装置实时监测边坡地表位移变量，所述深部位移监测装置采集边坡内部深部土层的位移值，所述环境监测装置收集降雨量和土壤湿度及空气温湿度变化数据，所述监测预警***通过数据传输装置将各项数据汇总到监测预警云平台，所述监测预警云平台接收各项数据并进行储存和显示，各项数据与预设阈值对比进行预警；还包括太阳能供电***，所述太阳能供电***为所述GNSS地表监测装置，所述深部位移监测装置，所述环境监测装置以及所述数据传输装置供电。

进一步地，所述的高速公路边坡监测预警***，其特征在于,所述GNSS地表监测装置由立杆、太阳能板、GNSS接收机组成，所述GNSS接收机接收北斗原始观测数据，计算所在位置坐标，得出边坡实际位移变量，并将数据上传至监测预警云平台。

进一步地，所述的高速公路边坡监测预警***，其特征在于,深部位移监测装置由深部监测立杆、深部监测太阳能板、深部数据传输终端、测斜管、固定式测斜仪组成，所述固定式测斜仪放置于测斜管内，通过测量测斜管的倾角变化计算内部深部土层的位移值，并由所述深部数据传输终端将位移变化量上传至监测预警云平台。

进一步地，所述的高速公路边坡监测预警***，其特征在于,环境监测装置由环境监测立杆、环境监测太阳能板、环境数据传输终端、雨量计、空气温湿度传感器、土壤湿度传感器组成，所述土壤湿度传感器测量土壤湿度，所述空气温湿度传感器监测空气温湿度变化，所述雨量计监测环境降雨量，并通过所述环境数据传输终端将收集到的数据上传至监测预警云平台。

进一步地，所述的高速公路边坡监测预警***，其特征在于：所述数据传输装置通过SIM卡，将监测数据通过4G或5G网络发送至监测预警云平台。

进一步地，所述的高速公路边坡监测预警***，其特征在于：所述监测预警云平台进行监测数据的储存和展示，并根据用户设置的预警阈值对高速公路边坡进行监测预警。

进一步地，所述的高速公路边坡监测预警***，其特征在于：所述雨量计监测到边坡所在区域发生降雨时，所述监测预警云平台提高监测数据采集频率；所述雨量计的监测值停止变化时，所述监测预警云平台将监测数据采集频率恢复正常。

本实用新型的优点是:通过设置GNSS地表监测装置，深部位移监测装置和环境监测装置，对边坡地表位移，深部土***移，降雨量，土壤湿度和空气温湿度等相关数据进行了全面监测，构建了一套立体完善的高速公路边坡监测***，能够全面准确的获得边坡各项监测数据，有效提高了边坡监测的精度，降低了检测过程中的误差和预警可能出现的误报。通过使用云平台技术，实现了监测数据的云端储存和可视化，能够实时准确反应边坡现状；通过自动化数据处理，及时发送预警信息，实现了高速公路边坡监测预警信息化和智能化，为高速公路安全施工和长期稳定运营提供保障。

附图说明

图1为本实用新型的监测仪器布置示意图。

图2为本实用新型的***结构示意图。

图3为本实用新型的预警处理示意图。

图4为本实用新型的GNSS地表监测装置结构示意图。

图5为本实用新型的深部位移监测装置结构示意图。

图6为本实用新型的环境监测装置结构示意图。

附图标记：1-潜在滑动面；2-深部位移监测装置；3-GNSS基准仪；4-GNSS地表监测装置；5-环境监测装置；41-立杆；42-太阳能板；43-GNSS接收机；21-深部监测立杆，22-深部监测太阳能板22；23-深部数据传输终端；24-测斜管；25-固定式测斜仪；51-环境监测立杆；52-环境监测太阳能板；53-环境数据传输终端；54-雨量计；55-空气温湿度传感器；56-土壤湿度传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1所示，在潜在滑动面1上，监测预警***中各个监测装置的布置如下：

1)GNSS基准仪3的基准点布设在无外界扰动的密实土体上，且避免布设在边坡土体可能的变形影响区域内，保证基准点的稳固可靠。监测点的GNSS地表监测装置4应尽量保证与基准点的通视，以提高监测精度，宜布设成放射形在监测的边坡段和滑坡区域，至少应在边坡中部以及两侧边缘布设3条监测线，监测线间的距离根据现场实际情况确定，应相对均匀覆盖整个边坡，各个监测点的间隔一般以50m-100m为宜，每条监测线上不应少于3个监测点。

2)深部位移监测装置2应该选择较危险的滑动面布设，滑动面上最少需布置三个深部位移监测装置，布置方向沿边坡潜在的滑动方向或已发生的滑动方向布设监测线，每个监测点的间隔宜为10m～30m，最大水平间距不应大于100m，最大垂直间距不应大于50m，依此形成完整的监测剖面。深部位移监测装置的安装深度需深入危险滑动面4m以下，以保证监测仪器的数据精确性。

3)环境监测装置5布置在空旷地带，防止树木或是其他建筑物对其遮挡，从而影响雨量计的计量以及空气温湿度传感器的精准度。

如图2所示，本新型的高速公路边坡监测预警***，该***包括：与监测预警云平台通过数据传输装置连接的GNSS地表监测装置，深部位移监测装置和环境监测装置，所述GNSS地表监测装置实时监测边坡地表位移变量，所述深部位移监测装置采集边坡内部深部土层的位移值，所述环境监测装置收集降雨量和土壤湿度及空气温湿度变化数据，所述监测预警***通过数据传输装置将各项数据汇总到监测预警云平台，所述监测预警云平台接收各项数据并进行储存和显示，各项数据与预设阈值对比进行预警。

所述数据传输装置通过SIM卡，将监测数据通过4G或5G网络发送至监测预警云平台。

所述监测预警***还包括太阳能供电***，所述太阳能供电***为所述GNSS地表监测装置，所述深部位移监测装置，所述环境监测装置以及所述数据传输装置供电。

经由上述安装的各项监测装置，得到边坡地表位移变化量，深部位移变化量，土壤含水量变化量，降雨量以及空气温湿度等各项数值，并通过4G或5G网络汇总到监测预警云平台。云端监测预警平台及时接收和储存各个监测装置传输的数据，并允许用户通过网页随时查看。此外，云平台还依据环境监测装置采集的信息对整个监测***的信息采集频率做出改变，当雨量计监测到边坡所在区域发生降雨时，云平台会提高各个监测设备的数据采集频率，以便更加及时的对边坡稳定性做出判断。当雨量计的监测值停止变化时，云平台会将各个检测设备的采集频率恢复正常，避免密集的数据影响后续进行处理。

如图3所示，云平台的预警采用分级预警阈值控制，依据监测设备获得的边坡各项数据，分别设立不同的预警阈值。GNSS地表监测数据的预警阈值为时间位移曲线的切线角，时间位移曲线以各个监测点位的位移数据为纵轴，数据采集时间为横轴绘制而成，这条曲线的切线角即为上述GNSS地表监测数据的预警阈值；深部位移监测的预警阈值为深部位移变化量，既某一时刻某个监测点位的位移速率；雨量计的预警阈值为累积降雨量，既从本次降雨开始到结束的总降雨量。地表位移和深部位移作为边坡失稳预警的主要判据，降雨量和土壤含水量作为边坡失稳预警的辅助判据。

如图4所示，GNSS地表监测装置4由立杆41，太阳能板42，GNSS接收机43组成，所述GNSS接收机用于接收北斗原始观测数据，计算出所在位置坐标，得到边坡实际位移变量，并将收集到的数据上传至监测预警云平台。

如图5所示，深部位移监测装置2由深部监测立杆21，深部监测太阳能板22，深部数据传输终端23，测斜管24，固定式测斜仪25。

所述固定式测斜仪放置于测斜管内，通过测量测斜管的倾角变化计算内部深部土层的位移值，并通过数据传输终端23将位移变化量上传至监测预警云平台。

如图6所示，所述环境监测装置5由环境监测立杆51，环境监测太阳能板52，环境数据传输终端53，雨量计54，空气温湿度传感器55，土壤湿度传感器56组成，所述土壤湿度传感器测量土壤湿度，所述空气温湿度传感器监测空气温湿度变化，所述雨量计监测环境降雨量，并通过所述环境数据传输终端将收集到的数据上传至监测预警云平台。

如上，对本实用新型的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本实用新型的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。

Claims (7)

1.一种高速公路边坡监测预警***，其特征在于,包括：与监测预警云平台通过数据传输装置连接的GNSS地表监测装置、深部位移监测装置和环境监测装置，所述GNSS地表监测装置实时监测边坡地表位移变量，所述深部位移监测装置采集边坡内部深部土层的位移值，所述环境监测装置收集降雨量和土壤湿度及空气温湿度变化数据，所述监测预警***通过数据传输装置将各项数据汇总到监测预警云平台，所述监测预警云平台接收各项数据并进行储存和显示，各项数据与预设阈值对比进行预警；还包括太阳能供电***，所述太阳能供电***为所述GNSS地表监测装置、所述深部位移监测装置、所述环境监测装置以及所述数据传输装置供电。

2.根据权利要求1所述的高速公路边坡监测预警***，其特征在于,所述GNSS地表监测装置由立杆、太阳能板、GNSS接收机组成，所述GNSS接收机接收北斗原始观测数据，计算所在位置坐标，得出边坡实际位移变量，并将数据上传至监测预警云平台。

3.根据权利要求1所述的高速公路边坡监测预警***，其特征在于,所述深部位移监测装置由深部监测立杆、深部监测太阳能板、深部数据传输终端、测斜管、固定式测斜仪组成，所述固定式测斜仪放置于测斜管内，通过测量测斜管的倾角变化计算内部深部土层的位移值，并由所述深部数据传输终端将位移变化量上传至监测预警云平台。

4.根据权利要求1所述的高速公路边坡监测预警***，其特征在于,所述环境监测装置由环境监测立杆、环境监测太阳能板、环境数据传输终端、雨量计、空气温湿度传感器、土壤湿度传感器组成，所述土壤湿度传感器测量土壤湿度，所述空气温湿度传感器监测空气温湿度变化，所述雨量计监测环境降雨量，并通过所述环境数据传输终端将收集到的数据上传至监测预警云平台。

5.根据权利要求1-4之一所述的高速公路边坡监测预警***，其特征在于：所述数据传输装置通过SIM卡，将监测数据通过4G或5G网络发送至监测预警云平台。

6.根据权利要求1-4之一所述的高速公路边坡监测预警***，其特征在于：所述监测预警云平台进行监测数据的储存和展示，并根据用户设置的预警阈值对高速公路边坡进行监测预警。

7.根据权利要求4所述的高速公路边坡监测预警***，其特征在于：所述雨量计监测到边坡所在区域发生降雨时，所述监测预警云平台提高监测数据采集频率；所述雨量计的监测值停止变化时，所述监测预警云平台将监测数据采集频率恢复正常。