第四讲：滑坡监测预警
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J12 J04 J02 长江水位(m)
2007年12月27日 2008年1月24日 2008年2月23日 2008年3月27日 2008年4月25日 2008年5月25日 2008年6月28日 2008年7月17日 2008年8月20日 2008年9月24日 2008年10月5日 2008年10月26日 2008年11月12日 2008年12月2日 2008年12月13日 2008年12月18日 2008年12月26日 2009年1月17日 2009年2月3日 2009年2月14日 2009年2月22日 2009年3月14日 2009年3月31日 2009年4月21日 2009年4月29日 2009年5月17日 2009年5月30日 2009年6月13日 2009年6月19日
0 50 100 150 200 250 300 350
400
450
500
累积位移（mm）
• （2） 地表裂缝位错监测 • 采用伸缩仪、位错计或千分卡直接量测， 了解地裂缝伸缩变化和位错情况。 • 测量精度0.1～1.0MM。 • （3）地下水动态监测 • 采用自动水压计监测地下水动水压力、流 量与流速。 • 定期进行地下水水质监测。
• 组成：单台/多台测量机器人+有线传输系统+ 中央控制计算机+监控及数据分析软件=高精度 全自动有线变形监测系统
② 高精度全自动有线变形监测系统
永久固定观测房 1
专项调制解调器 RS232 19.2Kb E288MX 音频端口
+12V +12V 逆变器 在线 UPS —220V
光纤传输 系统
有 线 传 输
信号采集器1# 探头1# 信号处理+采集单元1# 无线传输终端1#
……
无线百度文库输基站 信号采集器8#
探头8#
信号处理+采集单元8#
无线传输终端8#
主
机
硬件系统框图 硬件系统框图 硬件包括：主机（PC机）、探头+信号采集器（8套）、 无线传输器（一对八）。
主界面
硬件控制
数据库
稳定性预测预报
参数设置
通信控制
年月日
马家沟1#滑坡全站仪监测点位移量-时间关系曲线图 140 120 100 80 60 40 20 0
J12 J13 1# 4# 5# 6# 7# 9# 10# 11#
位移量(毫米)
9 -2 2 -1 08
8 -2 1 09
7 -2 2 09
9 -2 3 09
年月日
8 -2 4 09
8 -2 5 09
5、滑坡预报
• 滑坡预报是一个世界难题，六十年代日本 学者Saito的开创性工作以来，已有不少新 的进展，但是其主要的学术思想一直影响 至今，并被不断扩展而应用于火山喷发、 地震等自然地质灾害的发生时间的预报。 目前仅限于临滑前的短期预报。
• 项目已于2007年6月通过国家引进国际先进 农业科学技术项目协调领导小组办公室组 织的验收。 • 项目在开发和研究过程中，已产生了较好 的经济效益，如将该设备及开发的相应系 统应用于金沙江溪洛渡水电站施工期安全 监测项目取得了200多万元的经济效益，与 常规安全监测方法相比，成本减少近50%。
结 构
• 由三个逻辑层组成：
硬件
核心软件 应用程序
自动识别系统
自动目标识别和照准系统（称为ATR系统，
英文Automatic Target Recognition的缩写）是 TCA2003的最主要的特征之一。
分为三个过程：目标搜索过程、目标照准过
程和测量过程。
自动照准：内置ATR系统可以驱动全站仪转向棱镜并自动 精确照准与跟踪目标、自动调焦和识别，迅速快捷
1、滑坡主要专业监测内容
• 滑坡监测内容一般包括：地表大地变形监 测、地表裂缝位错监测、地面倾斜监测、 建筑物变形监测、滑坡裂缝多点位移监测 、滑坡深部位移监测、地下水监测、孔隙 水压力监测、滑坡地应力监测等。
• 对于Ⅰ级滑坡防治工程，应建立地表与深 部相结合的综合立体监测网。
2、常用的方法与精度要求
软件结构
有线通讯 信息传输 模块 有线通讯 控制模块
无线通讯
数据采集模块
PCMCIA存储卡
无线通讯
监测数据处 理模块
监测点坐标（x,y,h）
图形、报表、 分析结果输出
监测数据库 管理模块
数据分析、预 报模块
监测方案
• 针对滑坡的变形监测特点，设计了三套测 量机器人监测方案。
① 高精度半自动变形监测方案 ② 高精度全自动有线变形监测方案
数据接收
监测数据
地质模型
破裂面追踪 专家系统
滑动面追踪与稳定性预测预报系统软件框图
系统软件框图
信号采集器8# ⑤ ④③
② ① 探头8#
信号采集器1# 监测房 ③ ④⑤ ⑥ ⑦ 监测孔 ② ① 探头1#
滑 坡
主机
① 传感器 ② 信号转换 ③ 信号处理
④ 信号采集 ⑤⑥ 无线传输 ⑦ 主机
硬件系统现场布置示意图
滑坡监测预警
苏爱军
中国地质大学(武汉) 2013年7月22日
监测预警
• 滑坡监测分为专业监测和群测群防。
• 专业监测：由专业监测单位采用仪器设备 进行与滑坡稳定性相关参数的定量监测；
• 群测群防：组织非专业技术人员，对滑坡 区及其影响区进行巡查、了解地表变形破 坏情况，地表水、泉水流量变化，配合简 易变形监测等。
• （1） 地表大地变形监测： • 采用经纬仪、全站仪、GPS等测量仪器了解 滑坡体水平位移、垂直位移以及变化速率。 • 为达到精度要求，上述方法均要配合进行二 等以上高精度的水准测量。 • 上述点位误差要求不超过±2.6～5.4MM，水 准测量每公里中误差小于±1.0～1.5MM。对 于土质滑坡，精度可适当降低，但要求水准 测量每公里中误差不超过±3.0MM。
• 应用于三峡库区湖北省秭归县高切坡专业 监测工程，合同额达456万元。
• 应用于彭水水电站库区龚滩滑坡与乌龟堡 滑坡安全监测，合同额达350万元。 • 目前该系统正应用于乌江白马行电枢纽羊 角滑坡群监测
4、滑坡面破裂追踪声发射实时 监测预报系统的研制
• 利用源定位技术，研制一套多通道声发射 监测仪（8通道），开发相应的声源定位与 破裂面追踪软件，根据源点的时、空展布 规律，可以追踪滑坡破裂面，实现滑坡稳 定性的预测预报。
马家沟1#滑坡防治工程布置
马家沟1#滑坡GPS监测点累积位移量-时间关系曲线图
位移量（毫米）
500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
J01 J02 J03 J04 J05 J12 J13
9 9 9 9 0 0 7 9 9 9 8 9 9 9 8 0202-1 -1 2468246821 1 1 1 4 6 8 8 8 8 9 07 07 07 07 07 07 08 08 09 09 00 00 00 00 00 0 0 0 0 0 0 20 20 20 20 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
• （6）抗滑桩受力和滑带承重阻滑受力监测
• 采用压力盒监测滑坡体传递给支挡工程的压 力。
• 压力传感器依据结构和测量原理区分，类型 繁多，使用中应考虑传感器的量程与精度、 稳定性、抗震及抗冲击性能、密封性等因素 。。
• 目前 监测数据的采集与传输均已基本实现了 自动化。
• 数据处理在计算机上进行，包括建立监测数据 库、数据和图形处理系统、趋势预报模型、险 情预警系统等。
7 -2 6 09
累积位移(mm)
100 150 200 250 300 350 400 450 500 50 0
2007年2月7日 2007年3月25日 2007年4月12日 2007年5月29日
J13 J05 J03 J01
2007年6月26日 2007年7月26日 2007年9月12日 2007年10月9日 2007年11月3日 2007年12月5日
130 135 140 145 150 155 160 165 170 时间
175
库水位(m)
100
150
200
250
300
350
月降雨量（mm）
50
0
2007年2月 2007年3月 2007年4月 2007年5月 2007年6月 2007年7月 2007年8月 2007年9月 2007年10月
J03 J05 J13 J02 降雨量（mm） J04 J12 J01
• （4）滑坡深部位移监测
• 采用钻孔倾斜仪、光纤监测滑坡深部，特 别是滑带的位移情况。
• 目前有人工监测和自动监测两种钻孔倾斜 仪设备。 • 系统总精度不超过±5MM/15M。
• （5）锚索预应力监测
• 采用锚索测力计监测锚索预应力动态变化 和锚索的长期工作性能，为工程实施提供 依据。 • 主要设备有轮幅式压力传感器、钢弦式压 力盒、应变式压力盒、液压式压力盒进行 监测。 • 长期监测的锚杆数不少于总数的5％。
2007年11月 2007年12月 2008年1月 2008年2月 2008年3月 2008年4月 2008年5月 2008年6月 2008年7月 2008年8月 2008年9月 2008年10月 2008年11月 2008年12月 2009年1月 2009年2月 2009年3月 2009年4月 2009年5月 2009年6月
自动照准精度高于人工观测精度 不需要用灯光照明和觇板 在肉眼无法看到目标的天气
• 测量机器人变形监测自动化系统由：
野外数据采集（硬件） 内业监测数据处理、分析与管理（软件）
两大部分组成。
外业组成
变形体
参考点1
参考点2
基 站 一
通讯电缆
无线通讯 控 制 站
通讯电缆
无线通讯
基 站 二
基准点
监测点
③ 高精度全自动无线变形监测方案
• ① 高精度半自动变形监测方案
组成：一台测量机器人+机载软件 =外业半自动化系统
① 高精度半自动变形监测方案
目标1 观测站1 +机载软件+ 目标2
记录卡
脱 机 传 输
目标3 观测站2 目标4
目标5 观测站3 目标6
PC终端 + 数据后处理软件
• ② 高精度全自动有线变形监测方案
③ 高精度全自动无线变形监测系统
• •
•
•
•
•
该系统具有以下特点： 1．在消化吸收引进的设备及软件的基础上，结合我国实际情况，就引进设备开发出了 集野外数据采集、数据处理、数据库管理与变形监测资料分析与预报于一体的变形监 测自动化系统，该监测系统在变形监测中可以实现无人值守及自动进行监测预报的功 能，与常规的监测方法比较，这是一套相对投资省、自动化程度高、可靠性强的监测 系统。 2．针对滑坡和水利工程的变形监测特点，设计并完成了两套测量机器人监测方案：高 精度半自动变形监测系统和高精度全自动有线变形监测系统。可根据不同地域条件、 不同需要选择切合实际的测量机器人监测方案； 3．建立了测量机器人变形监测数据库管理系统，对多目标、多周期、复杂背景多元监 测数据实现了系统、科学的管理； 4．创立了具有原创性的爆发型滑坡预报方法，并以其为基础和其它现行滑坡预报方法 为基础，开发了配套的滑坡预（测）报软件。利用多个已发生的滑坡快速滑动前的位 移监测数据，采用所开发的滑坡预（测）报软件进行了检验性的预报，各种方法的预 报结果与滑坡实际发生时间相差很小，相比较而言爆发型滑坡预报方法的准确率更高 。软件包含的预报方法较全面，界面友好，实用性强。 5．所开发的方案优化设计、自动识别、自动观测、自动记录、自动数据处理、资料分 析与预报的变形（位移）监测自动化软件系统，具有自动化程度高、数据采集与处理 方便灵活、快捷的特点。
• 测量机器人（Measuring Robot测量机器人 变形监测自动化系统）是
能进行自动搜索、跟踪、
识别和精确照准目标并获
取角度、距离等信息的智
能型电子全站仪。
TCA2003型测量机器人
技术参数
角度测量：0.5″ 距离测量：1mm+1ppm 测程：圆棱镜 2500m
360º棱镜 1300m 微型棱镜 900m 反射片 200m
3、测量机器人变形监测自动化系统
• 鉴于上述地表位移监测方法观测周期长，费 用高[如全球卫星定位系统（GPS）、常规大 地测量等]，一旦滑坡，人员及设备安全难以 保障的不利因素，2003年由水利部长江勘测 技术研究所承担，在引进瑞士徕卡公司的 TCA2003型自动测量型仪器（测量机器人） 的基础上，开发了具有自主知识产权的大坝 及滑坡变形监测自动化系统。
永久固定观测房 2
专项调制解调器 RS232 19.2Kb E288MX 音频端口
+12V +12V 逆变器 在线 UPS —220V
PC 终端 + 监控及数据后处理软件
• ③ 高精度全自动无线变形监测系统
• 组成：台/多台测量机器人+无线传输系统+中
央控制计算机+监控及数据分析软件=高精度
全自动无线变形监测系统
2007年12月27日 2008年1月24日 2008年2月23日 2008年3月27日 2008年4月25日 2008年5月25日 2008年6月28日 2008年7月17日 2008年8月20日 2008年9月24日 2008年10月5日 2008年10月26日 2008年11月12日 2008年12月2日 2008年12月13日 2008年12月18日 2008年12月26日 2009年1月17日 2009年2月3日 2009年2月14日 2009年2月22日 2009年3月14日 2009年3月31日 2009年4月21日 2009年4月29日 2009年5月17日 2009年5月30日 2009年6月13日 2009年6月19日
0 50 100 150 200 250 300 350
400
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累积位移（mm）
• （2） 地表裂缝位错监测 • 采用伸缩仪、位错计或千分卡直接量测， 了解地裂缝伸缩变化和位错情况。 • 测量精度0.1～1.0MM。 • （3）地下水动态监测 • 采用自动水压计监测地下水动水压力、流 量与流速。 • 定期进行地下水水质监测。
• 组成：单台/多台测量机器人+有线传输系统+ 中央控制计算机+监控及数据分析软件=高精度 全自动有线变形监测系统
② 高精度全自动有线变形监测系统
永久固定观测房 1
专项调制解调器 RS232 19.2Kb E288MX 音频端口
+12V +12V 逆变器 在线 UPS —220V
光纤传输 系统
有 线 传 输
信号采集器1# 探头1# 信号处理+采集单元1# 无线传输终端1#
……
无线百度文库输基站 信号采集器8#
探头8#
信号处理+采集单元8#
无线传输终端8#
主
机
硬件系统框图 硬件系统框图 硬件包括：主机（PC机）、探头+信号采集器（8套）、 无线传输器（一对八）。
主界面
硬件控制
数据库
稳定性预测预报
参数设置
通信控制
年月日
马家沟1#滑坡全站仪监测点位移量-时间关系曲线图 140 120 100 80 60 40 20 0
J12 J13 1# 4# 5# 6# 7# 9# 10# 11#
位移量(毫米)
9 -2 2 -1 08
8 -2 1 09
7 -2 2 09
9 -2 3 09
年月日
8 -2 4 09
8 -2 5 09
5、滑坡预报
• 滑坡预报是一个世界难题，六十年代日本 学者Saito的开创性工作以来，已有不少新 的进展，但是其主要的学术思想一直影响 至今，并被不断扩展而应用于火山喷发、 地震等自然地质灾害的发生时间的预报。 目前仅限于临滑前的短期预报。
• 项目已于2007年6月通过国家引进国际先进 农业科学技术项目协调领导小组办公室组 织的验收。 • 项目在开发和研究过程中，已产生了较好 的经济效益，如将该设备及开发的相应系 统应用于金沙江溪洛渡水电站施工期安全 监测项目取得了200多万元的经济效益，与 常规安全监测方法相比，成本减少近50%。
结 构
• 由三个逻辑层组成：
硬件
核心软件 应用程序
自动识别系统
自动目标识别和照准系统（称为ATR系统，
英文Automatic Target Recognition的缩写）是 TCA2003的最主要的特征之一。
分为三个过程：目标搜索过程、目标照准过
程和测量过程。
自动照准：内置ATR系统可以驱动全站仪转向棱镜并自动 精确照准与跟踪目标、自动调焦和识别，迅速快捷
1、滑坡主要专业监测内容
• 滑坡监测内容一般包括：地表大地变形监 测、地表裂缝位错监测、地面倾斜监测、 建筑物变形监测、滑坡裂缝多点位移监测 、滑坡深部位移监测、地下水监测、孔隙 水压力监测、滑坡地应力监测等。
• 对于Ⅰ级滑坡防治工程，应建立地表与深 部相结合的综合立体监测网。
2、常用的方法与精度要求
软件结构
有线通讯 信息传输 模块 有线通讯 控制模块
无线通讯
数据采集模块
PCMCIA存储卡
无线通讯
监测数据处 理模块
监测点坐标（x,y,h）
图形、报表、 分析结果输出
监测数据库 管理模块
数据分析、预 报模块
监测方案
• 针对滑坡的变形监测特点，设计了三套测 量机器人监测方案。
① 高精度半自动变形监测方案 ② 高精度全自动有线变形监测方案
数据接收
监测数据
地质模型
破裂面追踪 专家系统
滑动面追踪与稳定性预测预报系统软件框图
系统软件框图
信号采集器8# ⑤ ④③
② ① 探头8#
信号采集器1# 监测房 ③ ④⑤ ⑥ ⑦ 监测孔 ② ① 探头1#
滑 坡
主机
① 传感器 ② 信号转换 ③ 信号处理
④ 信号采集 ⑤⑥ 无线传输 ⑦ 主机
硬件系统现场布置示意图
滑坡监测预警
苏爱军
中国地质大学(武汉) 2013年7月22日
监测预警
• 滑坡监测分为专业监测和群测群防。
• 专业监测：由专业监测单位采用仪器设备 进行与滑坡稳定性相关参数的定量监测；
• 群测群防：组织非专业技术人员，对滑坡 区及其影响区进行巡查、了解地表变形破 坏情况，地表水、泉水流量变化，配合简 易变形监测等。
• （1） 地表大地变形监测： • 采用经纬仪、全站仪、GPS等测量仪器了解 滑坡体水平位移、垂直位移以及变化速率。 • 为达到精度要求，上述方法均要配合进行二 等以上高精度的水准测量。 • 上述点位误差要求不超过±2.6～5.4MM，水 准测量每公里中误差小于±1.0～1.5MM。对 于土质滑坡，精度可适当降低，但要求水准 测量每公里中误差不超过±3.0MM。
• 应用于三峡库区湖北省秭归县高切坡专业 监测工程，合同额达456万元。
• 应用于彭水水电站库区龚滩滑坡与乌龟堡 滑坡安全监测，合同额达350万元。 • 目前该系统正应用于乌江白马行电枢纽羊 角滑坡群监测
4、滑坡面破裂追踪声发射实时 监测预报系统的研制
• 利用源定位技术，研制一套多通道声发射 监测仪（8通道），开发相应的声源定位与 破裂面追踪软件，根据源点的时、空展布 规律，可以追踪滑坡破裂面，实现滑坡稳 定性的预测预报。
马家沟1#滑坡防治工程布置
马家沟1#滑坡GPS监测点累积位移量-时间关系曲线图
位移量（毫米）
500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
J01 J02 J03 J04 J05 J12 J13
9 9 9 9 0 0 7 9 9 9 8 9 9 9 8 0202-1 -1 2468246821 1 1 1 4 6 8 8 8 8 9 07 07 07 07 07 07 08 08 09 09 00 00 00 00 00 0 0 0 0 0 0 20 20 20 20 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
• （6）抗滑桩受力和滑带承重阻滑受力监测
• 采用压力盒监测滑坡体传递给支挡工程的压 力。
• 压力传感器依据结构和测量原理区分，类型 繁多，使用中应考虑传感器的量程与精度、 稳定性、抗震及抗冲击性能、密封性等因素 。。
• 目前 监测数据的采集与传输均已基本实现了 自动化。
• 数据处理在计算机上进行，包括建立监测数据 库、数据和图形处理系统、趋势预报模型、险 情预警系统等。
7 -2 6 09
累积位移(mm)
100 150 200 250 300 350 400 450 500 50 0
2007年2月7日 2007年3月25日 2007年4月12日 2007年5月29日
J13 J05 J03 J01
2007年6月26日 2007年7月26日 2007年9月12日 2007年10月9日 2007年11月3日 2007年12月5日
130 135 140 145 150 155 160 165 170 时间
175
库水位(m)
100
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250
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350
月降雨量（mm）
50
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2007年2月 2007年3月 2007年4月 2007年5月 2007年6月 2007年7月 2007年8月 2007年9月 2007年10月
J03 J05 J13 J02 降雨量（mm） J04 J12 J01
• （4）滑坡深部位移监测
• 采用钻孔倾斜仪、光纤监测滑坡深部，特 别是滑带的位移情况。
• 目前有人工监测和自动监测两种钻孔倾斜 仪设备。 • 系统总精度不超过±5MM/15M。
• （5）锚索预应力监测
• 采用锚索测力计监测锚索预应力动态变化 和锚索的长期工作性能，为工程实施提供 依据。 • 主要设备有轮幅式压力传感器、钢弦式压 力盒、应变式压力盒、液压式压力盒进行 监测。 • 长期监测的锚杆数不少于总数的5％。
2007年11月 2007年12月 2008年1月 2008年2月 2008年3月 2008年4月 2008年5月 2008年6月 2008年7月 2008年8月 2008年9月 2008年10月 2008年11月 2008年12月 2009年1月 2009年2月 2009年3月 2009年4月 2009年5月 2009年6月
自动照准精度高于人工观测精度 不需要用灯光照明和觇板 在肉眼无法看到目标的天气
• 测量机器人变形监测自动化系统由：
野外数据采集（硬件） 内业监测数据处理、分析与管理（软件）
两大部分组成。
外业组成
变形体
参考点1
参考点2
基 站 一
通讯电缆
无线通讯 控 制 站
通讯电缆
无线通讯
基 站 二
基准点
监测点
③ 高精度全自动无线变形监测方案
• ① 高精度半自动变形监测方案
组成：一台测量机器人+机载软件 =外业半自动化系统
① 高精度半自动变形监测方案
目标1 观测站1 +机载软件+ 目标2
记录卡
脱 机 传 输
目标3 观测站2 目标4
目标5 观测站3 目标6
PC终端 + 数据后处理软件
• ② 高精度全自动有线变形监测方案
③ 高精度全自动无线变形监测系统
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该系统具有以下特点： 1．在消化吸收引进的设备及软件的基础上，结合我国实际情况，就引进设备开发出了 集野外数据采集、数据处理、数据库管理与变形监测资料分析与预报于一体的变形监 测自动化系统，该监测系统在变形监测中可以实现无人值守及自动进行监测预报的功 能，与常规的监测方法比较，这是一套相对投资省、自动化程度高、可靠性强的监测 系统。 2．针对滑坡和水利工程的变形监测特点，设计并完成了两套测量机器人监测方案：高 精度半自动变形监测系统和高精度全自动有线变形监测系统。可根据不同地域条件、 不同需要选择切合实际的测量机器人监测方案； 3．建立了测量机器人变形监测数据库管理系统，对多目标、多周期、复杂背景多元监 测数据实现了系统、科学的管理； 4．创立了具有原创性的爆发型滑坡预报方法，并以其为基础和其它现行滑坡预报方法 为基础，开发了配套的滑坡预（测）报软件。利用多个已发生的滑坡快速滑动前的位 移监测数据，采用所开发的滑坡预（测）报软件进行了检验性的预报，各种方法的预 报结果与滑坡实际发生时间相差很小，相比较而言爆发型滑坡预报方法的准确率更高 。软件包含的预报方法较全面，界面友好，实用性强。 5．所开发的方案优化设计、自动识别、自动观测、自动记录、自动数据处理、资料分 析与预报的变形（位移）监测自动化软件系统，具有自动化程度高、数据采集与处理 方便灵活、快捷的特点。
• 测量机器人（Measuring Robot测量机器人 变形监测自动化系统）是
能进行自动搜索、跟踪、
识别和精确照准目标并获
取角度、距离等信息的智
能型电子全站仪。
TCA2003型测量机器人
技术参数
角度测量：0.5″ 距离测量：1mm+1ppm 测程：圆棱镜 2500m
360º棱镜 1300m 微型棱镜 900m 反射片 200m
3、测量机器人变形监测自动化系统
• 鉴于上述地表位移监测方法观测周期长，费 用高[如全球卫星定位系统（GPS）、常规大 地测量等]，一旦滑坡，人员及设备安全难以 保障的不利因素，2003年由水利部长江勘测 技术研究所承担，在引进瑞士徕卡公司的 TCA2003型自动测量型仪器（测量机器人） 的基础上，开发了具有自主知识产权的大坝 及滑坡变形监测自动化系统。
永久固定观测房 2
专项调制解调器 RS232 19.2Kb E288MX 音频端口
+12V +12V 逆变器 在线 UPS —220V
PC 终端 + 监控及数据后处理软件
• ③ 高精度全自动无线变形监测系统
• 组成：台/多台测量机器人+无线传输系统+中
央控制计算机+监控及数据分析软件=高精度
全自动无线变形监测系统