公路边坡自动监测技术体系构建与实践应用

　　公路滑坡作为典型的地质灾害类型，受河流冲刷、地下水活动、降雨浸泡、人工切坡等多重因素影响，极易造成边坡失稳滑动，对人民生命财产安全和社会经济发展构成严重威胁。为有效防范此类风险，构建一套标准化、智能化、全流程的边坡自动监测体系已成为公路地质灾害防治的核心举措。本文结合实际工程需求，从系统设计原则、监测内容与设备选型、站点建设、系统架构、平台功能及保障体系等维度，全面阐述公路边坡自动监测技术的设计思路与实践方案。

　　一、系统设计的核心准则与规范依据

　　边坡自动监测系统的设计需兼顾实用性与前瞻性，遵循七大核心原则，同时严格对标国家及行业规范，确保系统建设的合规性与科学性。

　　(一)设计原则

　　适用性：系统功能围绕公路地质灾害监测的全流程需求展开，覆盖基础数据管理、实时数据采集、大数据分析预警、预警信息发布、应急决策支撑等关键环节，以 “功能适度、内容完备” 为目标，贴合一线监测工作实际。

　　规范性：除遵循通信及信息化系统通用规范外，以《国家地质灾害防治条例》《全国地质灾害防治 “十四五” 规划》为核心指导文件，严格落实国土资源部关于信息化建设、应急平台搭建的技术要求，确保系统建设有章可循。

　　先进性：融合物联网、云计算、“北斗卫星 + 4G” 双模通信、GIS 地理信息系统等前沿技术，兼顾技术成熟度与实用性，满足边坡监测预警和应急指挥的实时性、智能化需求。

　　可靠性：针对监测数据量大、类型复杂的特点，在技术框架选型、网络运算能力设计、数据接口开发等方面强化稳定性，野外终端设备需具备抗恶劣环境能力，保障远程数据传输不间断。

　　实时性：实现野外监测数据与应急现场数据的快速回传，软件系统可即时分析预警，同时支持监测中心指令向现场的实时下达，为应急救援提供即时指导。

　　兼容性：按照交通部对地环数据结构、格式及接口的要求统一设计，支持多元设备接入、跨系统数据交换，为后续系统扩展预留空间。

　　扩展性：在系统架构、容量、接口及安全性设计中预留升级空间，适配软硬件迭代、人员及业务调整等需求，避免重复建设。

　　(二)规范依据

　　系统建设需严格遵循《边坡防治工程勘查规范》(DZ/T0218-2006)、《崩塌、边坡、泥石流监测规范》(DZ/T0221-2006)、《建筑变形测量规范》(JGJ8 -2007)等十余项国家及行业标准，确保监测方法、设备选型、数据采集等环节符合强制性技术要求。

　　二、边坡监测的核心内容与设备选型

　　边坡监测需结合边坡类型(路堤、路堑)、灾害类型(滑坡、崩塌、落石)及现场条件，明确监测重点，科学选型设备，保障数据精度与有效性。

　　(一)监测内容分类

　　位移监测：涵盖地表位移(全站仪、GNSS、毫米波雷达等)、深部位移(测斜仪、多点位移计)、裂缝监测(裂缝计、简易监测)、沉降监测(倾角仪、静力水准仪)及遥感监测(北斗、InSAR)，是判断边坡稳定性的核心指标。例如，路堤边坡需重点监测地表位移、沉降及裂缝，路堑边坡针对崩塌灾害需强化深部位移与裂缝监测。

　　诱发因素监测：聚焦降雨量(雨量计)、地表水(水位计)、地下水(土壤含水率测定仪、渗压计)等关键诱因，其中降雨是亚热带季风气候区边坡失稳的主控因素，需通过雨量监测确定预警阈值。

　　防护设施监测：针对支挡结构、锚索等防护工程，开展应力应变监测(钢筋计、锚索计、土压力计)、崩塌振动监测(振动监测仪)，评估防护设施的受力状态与防护效果。

　　短临监控：结合视频监控(分辨率不低于 540P)、微震地声监控(微震监测仪、声发射仪)、雷达监控等，实现边坡动态的可视化与实时化监控，路堑边坡落石灾害需强化微震与视频监控。

　　(二)设备选型要求

　　监测设备需满足 “稳定可靠、环境适配、精准高效” 的核心要求：一是选用结构简单、维护便捷的产品，具备双向通信与远程调试功能，可根据预警等级调整采样频率;二是适应野外恶劣环境，具备防水、防尘、耐高低温、防雷等特性;三是供电模式优先内置高性能电池 + 太阳能板(功率与蓄电池容量匹配)，无公网信号区域采用 “公网 + 卫星” 双模通信;四是精度达到最低标准，如 GNSS 水平精度 ±2.5mm+0.5ppm、雨量计精度 ±4%、裂缝计精度 0.1% F・S。

　　(三)监测频率与调整机制

　　正常工况下，全站仪、GNSS、雨量计等核心设备采集频率为 1 次 / 10min，上传频率 1 次 / 1~24h;简易监测、倾斜摄影等采集与上传频率为 1 次 / 周。当监测数据达到报警值、出现暴雨或支挡结构开裂等异常情况时，需立即提高采集与上传频率，确保及时捕捉边坡变形趋势。

　　三、监测站点的布设与建设

　　监测站点的科学布设是保障数据有效性的前提，需覆盖边坡核心变形区，兼顾基准点稳定性与监测点代表性。

　　(一)布设原则

　　范围与剖面：监测范围覆盖边坡坡面及外围区域，监测剖面优先采用 “十” 字形，穿越不同变形区段，纵剖面与主滑方向一致，确保捕捉核心变形特征。

　　点位细节：基准点设置在边坡变形影响区外，数量不少于 3 个;裂缝监测点布设在主裂缝两侧，每条裂缝不少于 2 组;深部位移监测孔需穿透潜在滑动面以下 5m 并进入基岩 2m;雨量计布设在平坦空旷区域，承雨器口无遮挡，仰角不大于 30°。

　　(二)典型站点建设示例

　　GNSS 表面位移监测站：观测墩需浇筑至冻土层以下(尺寸 120×90×145cm)，采用 C20 混凝土，内置钢筋笼与 PVC 线管;观测杆高 3m，顶端固定 GNSS 天线(无遮挡)，设备箱集成太阳能控制器、接收机等，外围加装 2m 高金属护栏，供电系统采用 200W 太阳能板 + 200AH 蓄电池，确保无日照下连续工作 7 天。

　　翻斗式雨量计：地面安装需浇筑 40cm×40cm×30cm 水泥基座，承雨口距地面 70cm，周边 3~5m 无遮挡;杆式安装承雨口距地面 2m，安装后需进行模拟降水试验，校准翻斗倾角确保精度。

　　土壤含水率监测站：采用分层埋设方式，每隔 10cm 设置一个监测点，安装前需打孔、制作泥浆(壤土呈芝麻酱状，黏土浸泡 4 小时软化)，灌浆时缓慢下放传感器，避免气泡影响精度，设备防护等级 IP68，可完全浸没水中。

　　四、系统总体架构与工作机制

　　边坡自动监测系统由一体化监测站、通信传输系统、监测预警平台、数据库及配套基础设施组成，形成 “数据采集 - 传输 - 分析 - 预警 - 处置” 的全流程闭环。

　　(一)系统组成

　　感知层：即各类一体化监测站，集成位移、诱发因素、防护设施、短临监控等设备，实时采集多维度数据;

　　网络层：采用 4G / 光纤通信(无公网区域补充卫星通信)，光纤传输稳定但施工难度大，4G 传输灵活且成本低，可根据现场条件选择;

　　应用层：依托云计算与 GIS 技术，构建监测预警平台，实现数据接收、处理、分析、预警及应急指挥。

　　(二)工作原理

　　野外监测设备采集的数据通过 4G / 北斗传输至监测中心，平台软件对接设备接口完成数据解析与存储，专业人员通过平台查看实时数据、分析变形趋势，当数据达到预警阈值时，系统自动触发报警(短信、邮件、现场声光报警)，并辅助制定应急决策，实现从 “被动应对” 到 “主动预警” 的转变。

　　五、监测预警平台与保障体系

　　(一)平台核心功能

　　数据管理：实时采集并存储监测数据，生成实时报表、历史报表，支持数据查询、统计分析与可视化展示(如告警趋势图、设备状态饼图);

　　预警管理：预设多级预警阈值，触发预警后自动推送信息至责任人，记录告警处理状态，实现预警闭环管理;

　　运维管理：通过 OA 子系统发布运维计划、故障管理、值班安排，自动提醒责任人，提升运维效率;

　　系统管理：支持设备信息增删改、用户权限分配、系统公告发布，保障平台安全可控。

　　(二)配套保障体系

　　供电保障：所有监测站采用太阳能供电(200W 多晶硅板 + 200AH 蓄电池)，满足连续阴天 10~20 天供电需求，太阳能板安装考虑 12 级抗风设计;

　　防雷接地：电源进线配置防雷器，太阳能板、立杆等接地，接地电阻满足规范要求，避免雷击损坏设备;

　　硬件支撑：监测中心服务器采用 2U 机架式服务器，配置双 Intel Xeon E5-2640V2 处理器、8G ECC 内存、双冗余电源，保障平台稳定运行。