边坡工程中自动化安全监测研究
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关键技术
GNSS系统
边坡发生滑坡时最为直观的表现即为地表土体的位移，因此地表位移监测在边坡滑坡监测中具有重要地位。地表位移常用采用GNSS变形监测系统进行监测，GNSS是基于GPS/北斗高精度卫星3维定位技术，广泛应用于地表位移和沉降监测领域。GNSS变形监测系统具有自动化，无人值守，全天候、不间断的实时三维高精度测量，其无需通视，量程大，可进行大范围监测。
当结构出现异常信息时，系统自动进行预报警，通过短信方式将信息及时转达给相关管理人员，并提示后台及时对结构当前状态进行安全评估。
本系统可在边坡工程中推广使用。
总结
通过本次边坡自动化系统的实际应用，总结出自动化安全监测系统的以下特点：
能够实现远程自动化监控，无需人员多次进入施工现场;
系统实现无线传输，无需长距离布设线缆、光缆;
实现测试数据信息化管理，相关人员可以通过不同权限登入以太网或者利用手机取得现场结构安全数据及安全评估信息;
通过传感器得到丰富的荷载效应等数据，通过系统分析，并与计算结果进行对比，可以得出结构的实际状态变化发展趋势，了解双结构的安全状况;
边坡自动化安全监测系统简述
系统组成
边坡自动化在线监测系统架构如下图所示，其主要由感知层、数据采集层、传输通信层、应用层组成。
感知层主要完成待监测物理量的信号转换，其由多种类型智能传感器构成，主要有表面位移传感器、位移传感器、应变传感器、压力传感器、倾斜传感器力传感器等。
数据采集层主要负责数据采集，将感知层转换后的电信号转换成数字信号，以方便数据远距离传输。
差分定位原理
多传感器监测技术
本监测系统的核心是以形变监测为主，同时还需要建立以固定测斜仪。水位计、倾斜仪、锚索计等多传感器监测手段为辅的立体监测手段。该监测系统由多传感器、数据采集装置供电防雷系统、数据传输装置以及数据处理中心组成。各种传感器采用数据线与数据采集和传输单元进行发射和接收，再通过无线网络将监测得到的位移、水位、锚索应力传输到数据处理中心,保证了数据传输的实时和准确。
工程应用
工程概况
某边坡位于杭州市余杭区某景区内，该边坡为人工开挖山体形成的土质边坡，边坡高度为15米，宽度为30米，坡度为900，采用灌注桩支护，坡顶是景区唯一的交通道路，坡面距建筑物仅有2米，安全风险较大，急需对该边坡进行自动化监测预警工作。
监测点布设与数据采集
考虑到边坡支护结构稳定是本次监测的重点，计划在该区域设置14个监测点（2个表面位移监测、2个深层位移监测、2个水位监测、2个倾角监测、6个锚索应力监测）。
边坡 工程中 自动化安全监测研究
因传统边坡工程安全监测的精度低、时效性差、劳动强度大等问题，现提出一种边坡工程自动化安全监测系统，针对边坡工程进行全自动化和智能化监测，该系统真正做到监测数据精准、实时、高效、稳定、可靠。
目前边坡监测以人工监测为主，监测工作量大，易受天气、人员、现场条件等因素的影响，易引入人为测量误差，而且人工监测的各项技术参数不能实时监测，汇总分析滞后，难以及时掌握工程中存在的问题与风险，这些都影响到工程的安全生产和管理水平。边坡自动化在线监测，综合利用智能传感技术同时结合物联网、云计算、大数据等新技术,避免了人为测量误差影响,系统不受恶劣天气的影响,可以提供不间断的数据，支持实时多终端查看，真正做到监测数据精准、实时、高效、稳定、可靠，及时高效的为施工建设和安全生产提供支撑与保障。
数据分析
通过对GNSS实时差分监测到多传感器监测(GNSS监测站、固定杆式、测斜仪、倾斜仪、水位计、锚索计)的监测成果以及监测曲线图分析后得出,沿着滑坡底向上为X方向,该方向变化不明显,最大值仅为0.06mm;平行于滑坡底为Y方向，该方向几乎没有变形，说明本边坡体总体上趋于稳定状态。
GNSS监测数据图
传输通信层负责采集层与云平台之间通信及数据传输，数据传输方式主要有有线传输和无线传输。有线传输通过光纤、网线经网关将数据发送到云平台及云平台数据下发;无线传输主要通过GPRS/3G/4G/5G将数据传输到云平台及云平台数据下发。
应用层负责数据信息化管理,如控制指令下发和数据接收、多传感器数据融合分析、结果展示、预警等。预警信息通过短信或邮件及时发送到相关管理人员，并提示后台及时对结构当前状态进行安全评估。
序号
测量项目
传感器类型
1
表面位移监测
GNSS
2
深层位移监测
导轮式固定测斜仪
3
地下水位监测
水位计
4
挡土墙变பைடு நூலகம்（倾斜）
倾斜仪
5
锚索应力
锚索计
经过试运行,本系统各项指标均符合设计要求,且供电、传输稳定,采集的数据有效可靠。本次监测周期为180天,监测频率设置为1小时采集一次数据,累计4320次。现场所有设备采集返回的数据进行整理并根据时间排序展示在系统中。系统会对数据进行自诊断，判断其有效性，主要实现方法是通过对比同组别的与历史数据，查看其是否是单一突变值。对有效的数据，系统将分类进行整理分析。同时对数据设置分级控制，根据监测控制指标的不同范围将预警分为三级来进行监测过程管理，将监测数据与三级预警值进行比较，确定边坡的监测预警级别。
边坡地表位移监测GNSS工程案例
GNSS系统通过卫星与卫星之间、卫星与地面接收站之间互相发送卫星信号，相互通信计算实现位置的定位。在实际应用中通常采用差分定位技术，即在用户卫星接收机附近设置一个已知精确三维空间坐标的基准站，基准站和用户卫星接收机同时接受卫星导航信号，基准站将测得的空间定位信息和已知的精确空间三维坐标进行比较，计算得到准确的修正值，然后将修正数据通过数据链广播给覆盖区域内的用户卫星接收机，用以提高用户的定位精度。
GNSS系统
边坡发生滑坡时最为直观的表现即为地表土体的位移，因此地表位移监测在边坡滑坡监测中具有重要地位。地表位移常用采用GNSS变形监测系统进行监测，GNSS是基于GPS/北斗高精度卫星3维定位技术，广泛应用于地表位移和沉降监测领域。GNSS变形监测系统具有自动化，无人值守，全天候、不间断的实时三维高精度测量，其无需通视，量程大，可进行大范围监测。
当结构出现异常信息时，系统自动进行预报警，通过短信方式将信息及时转达给相关管理人员，并提示后台及时对结构当前状态进行安全评估。
本系统可在边坡工程中推广使用。
总结
通过本次边坡自动化系统的实际应用，总结出自动化安全监测系统的以下特点：
能够实现远程自动化监控，无需人员多次进入施工现场;
系统实现无线传输，无需长距离布设线缆、光缆;
实现测试数据信息化管理，相关人员可以通过不同权限登入以太网或者利用手机取得现场结构安全数据及安全评估信息;
通过传感器得到丰富的荷载效应等数据，通过系统分析，并与计算结果进行对比，可以得出结构的实际状态变化发展趋势，了解双结构的安全状况;
边坡自动化安全监测系统简述
系统组成
边坡自动化在线监测系统架构如下图所示，其主要由感知层、数据采集层、传输通信层、应用层组成。
感知层主要完成待监测物理量的信号转换，其由多种类型智能传感器构成，主要有表面位移传感器、位移传感器、应变传感器、压力传感器、倾斜传感器力传感器等。
数据采集层主要负责数据采集，将感知层转换后的电信号转换成数字信号，以方便数据远距离传输。
差分定位原理
多传感器监测技术
本监测系统的核心是以形变监测为主，同时还需要建立以固定测斜仪。水位计、倾斜仪、锚索计等多传感器监测手段为辅的立体监测手段。该监测系统由多传感器、数据采集装置供电防雷系统、数据传输装置以及数据处理中心组成。各种传感器采用数据线与数据采集和传输单元进行发射和接收，再通过无线网络将监测得到的位移、水位、锚索应力传输到数据处理中心,保证了数据传输的实时和准确。
工程应用
工程概况
某边坡位于杭州市余杭区某景区内，该边坡为人工开挖山体形成的土质边坡，边坡高度为15米，宽度为30米，坡度为900，采用灌注桩支护，坡顶是景区唯一的交通道路，坡面距建筑物仅有2米，安全风险较大，急需对该边坡进行自动化监测预警工作。
监测点布设与数据采集
考虑到边坡支护结构稳定是本次监测的重点，计划在该区域设置14个监测点（2个表面位移监测、2个深层位移监测、2个水位监测、2个倾角监测、6个锚索应力监测）。
边坡 工程中 自动化安全监测研究
因传统边坡工程安全监测的精度低、时效性差、劳动强度大等问题，现提出一种边坡工程自动化安全监测系统，针对边坡工程进行全自动化和智能化监测，该系统真正做到监测数据精准、实时、高效、稳定、可靠。
目前边坡监测以人工监测为主，监测工作量大，易受天气、人员、现场条件等因素的影响，易引入人为测量误差，而且人工监测的各项技术参数不能实时监测，汇总分析滞后，难以及时掌握工程中存在的问题与风险，这些都影响到工程的安全生产和管理水平。边坡自动化在线监测，综合利用智能传感技术同时结合物联网、云计算、大数据等新技术,避免了人为测量误差影响,系统不受恶劣天气的影响,可以提供不间断的数据，支持实时多终端查看，真正做到监测数据精准、实时、高效、稳定、可靠，及时高效的为施工建设和安全生产提供支撑与保障。
数据分析
通过对GNSS实时差分监测到多传感器监测(GNSS监测站、固定杆式、测斜仪、倾斜仪、水位计、锚索计)的监测成果以及监测曲线图分析后得出,沿着滑坡底向上为X方向,该方向变化不明显,最大值仅为0.06mm;平行于滑坡底为Y方向，该方向几乎没有变形，说明本边坡体总体上趋于稳定状态。
GNSS监测数据图
传输通信层负责采集层与云平台之间通信及数据传输，数据传输方式主要有有线传输和无线传输。有线传输通过光纤、网线经网关将数据发送到云平台及云平台数据下发;无线传输主要通过GPRS/3G/4G/5G将数据传输到云平台及云平台数据下发。
应用层负责数据信息化管理,如控制指令下发和数据接收、多传感器数据融合分析、结果展示、预警等。预警信息通过短信或邮件及时发送到相关管理人员，并提示后台及时对结构当前状态进行安全评估。
序号
测量项目
传感器类型
1
表面位移监测
GNSS
2
深层位移监测
导轮式固定测斜仪
3
地下水位监测
水位计
4
挡土墙变பைடு நூலகம்（倾斜）
倾斜仪
5
锚索应力
锚索计
经过试运行,本系统各项指标均符合设计要求,且供电、传输稳定,采集的数据有效可靠。本次监测周期为180天,监测频率设置为1小时采集一次数据,累计4320次。现场所有设备采集返回的数据进行整理并根据时间排序展示在系统中。系统会对数据进行自诊断，判断其有效性，主要实现方法是通过对比同组别的与历史数据，查看其是否是单一突变值。对有效的数据，系统将分类进行整理分析。同时对数据设置分级控制，根据监测控制指标的不同范围将预警分为三级来进行监测过程管理，将监测数据与三级预警值进行比较，确定边坡的监测预警级别。
边坡地表位移监测GNSS工程案例
GNSS系统通过卫星与卫星之间、卫星与地面接收站之间互相发送卫星信号，相互通信计算实现位置的定位。在实际应用中通常采用差分定位技术，即在用户卫星接收机附近设置一个已知精确三维空间坐标的基准站，基准站和用户卫星接收机同时接受卫星导航信号，基准站将测得的空间定位信息和已知的精确空间三维坐标进行比较，计算得到准确的修正值，然后将修正数据通过数据链广播给覆盖区域内的用户卫星接收机，用以提高用户的定位精度。