CN103077585A - 高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明基于高边坡岩土物理力学参数、地下水动力学理论以及FLAC3D技术，建立高边坡稳定性三维数值模型；并基于VTK商业软件系统建立三维可视化预警平台；采集高边坡表面测点三维坐标数据、滑动面错动滑移数据以及滑动面周围孔隙水压力实时监测数据，并传输到远程用户计算机进行处理，高边坡稳定性三维数值模型利用得到的最初数组数据完成自我参数修正并给出各参数模型阈值，之后模型将得到的后续实测数据进行综合分析并与整体模型阈值进行比对，并通过三维可视化安全预警平台进行展现和分级安全预警；所有预警信息通过与远程计算机连接的短信模块，以手机短信方式发送至相关人员的手机，从而完成高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警。

Description

高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警方法与系统
技术领域
本发明属于公路、铁路、水利水电等相关高边坡地质灾害工程领域，用于高边坡稳定性的安全预警；具体涉及高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警方法，本发明还涉及高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警系统。
背景技术
  随着高等级公路、山区铁路、大中型水电站和各种边（岸）坡工程等的建设，滑坡等地质灾害频发，高边坡稳定性越来越多引起业界人们的关注，开发高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警具有十分重要的实际意义。       
国内外在高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警研究方面尚少，根据国内文献，虽然我国极少数公路、矿产、海底隧道、铁路已构建有数据库、隧道施工多元信息预警与安全管理，但至目前为止，尚未见集高边坡稳定性三维数值模型以及三维可视化安全预警平台于一体的高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警的文献报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警方法，本发明要解决的第二技术问题在于提供一种高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警系统。使用本发明提供的方法与系统，能够实时连续监测高边坡表面测点三维坐标变化情况以及高边坡滑动面错动滑移情况，并将实测数据实时连续传输到远程监测和数据处理主机，根据高边坡表面逐级位移数据、滑动面滑移数据以及孔隙水压力数据，完成对高边坡稳定性分级预警。 
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：一种高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警方法，包括下述步骤：
（1）选择一高边坡作为被研究区域，查明其工程地质环境，收集该高边坡岩土物理力学参数以及实施预警系统区域的水文气象资料； 
（2）远程监测和数据处理主机安装美国Ashtech阿什泰克GPS解算软件solution；远程监测和数据处理主机基于步骤（1）所得高边坡岩土体物理力学参数、基于地下水动力学理论以及连续介质快速拉格朗日分析程序FLAC3D建立高边坡稳定性三维数值模型，高边坡稳定性三维数值模型主要包括高边坡应力场模拟、应变场模拟以及土体含水率变化对应力应变场的影响模拟等，高边坡稳定性三维数值模型给出位移场特征参数，包括潜在滑动面位置；
（3）远程监测和数据处理主机基于岩土体强度c、φ折减法计算给出高边坡潜在滑动面；基于VTK(Visualization Toolkit)商业软件系统建立高边坡稳定性三维可视化安全预警平台； 
（4）依据高边坡表面地貌形态、高边坡稳定性三维数值模型给出的位移特征参数与潜在滑动面位置，在高边坡以外适当位置设置GPS基准点，并在高边坡表面安装若干高精度双频GPS，完成GPS定位系统布设；在高边坡竖直安装若干测斜仪并竖直穿越滑动面，同步穿越滑动面安装若干孔隙水压力计；采集高边坡表面测点三维坐标实时监测数据，采集高边坡滑动面错动滑移实时监测数据以及滑动面周围孔隙水压力数据，所有采集数据被传输到远程监测和数据处理主机，加载至高边坡稳定性三维数值模型； 
（5）高边坡稳定性三维数值模型利用得到的最初数组数据完成自我参数修正并给出各参数模型阈值，之后模型将得到的后续实测高边坡表面测点位移数据、滑动面滑移数据以及孔隙水压力数据进行综合分析，并与整体模型阈值进行比对，通过高边坡稳定性三维可视化安全预警平台进行展现并对超警戒参数进行分级安全预警；所有预警信息通过与远程计算机连接的短信模块，以手机短信方式发送至相关人员的手机，从而完成高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警。 
本发明解决上述第二技术问题所采取的技术方案如下：一种高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警系统，包括GPS定位系统，依次连接的自动化数据采集仪、GPRS静态数据采集仪、通信发射基站、商用卫星、通信接收基站、互联网及计算机；自动化数据采集仪输出端无线连接GPRS静态数据采集仪，GPRS静态数据采集仪、通信发射基站、商用卫星、通信接收基站、互联网之间依次无线信号通讯连接，互联网与远程计算机连接，计算机连接有F2003GSMDTU短信模块，F2003GSMDTU短信模块与数个手机无线信号通讯连接；其特征在于：还包括若干测斜仪与若干孔隙水压力计；GPS定位系统、测斜仪与孔隙水压力计有线连接至自动化数据采集仪输入端。
应用时，依据高边坡表面地貌形态、高边坡稳定性三维数值模型给出高边坡位移场特征参数，包括潜在滑动面位置，确定GPS接收仪在高边坡表面的布设位置数量以及测斜仪和孔隙水压力计在高边坡滑动面的布设位置数量。
本发明提供了一种基于GPS定位系统、测斜仪以及孔隙水压力计的高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警技术。 应用本发明能使相关人员根据预警信息及时采取预防措施，同时提高了处于高边坡附近人员安全性。   
附图说明
图1是高边坡表面GPS接收仪、测斜仪与孔隙水压力计布置纵断面示意图，
图2是高边坡表面GPS接收仪、基准点GPS接收仪、测斜仪、孔隙水压力计、自动化数据采集仪以及GPRS静态数据采集仪布置平面示意图， 
图3是本发明结构关系、数据从现场传感器至手机的传输示意图。 
图中：1—高边坡表面GPS接收仪，2—自动化数据采集仪，3—GPRS静态数据采集仪，4—基准点GPS接收仪，5—滑坡体，6—高边坡表面，7—滑动面，8—商用卫星，9—通信发射基站，10—互联网，11—远程监测和数据处理主机，也称远程计算机，12—F2003GSMDTU短信模块，13—手机，14—通信接收基站，15—测斜仪，16—孔隙水压力计。
具体实施方式
系统实施例    如图1、图2与图3所示：一种高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警系统，包括GPS定位系统、三组测斜仪与三组孔隙水压力计，依次连接的自动化数据采集仪2、GPRS静态数据采集仪3、通信发射基站9、商用卫星8、通信接收基站14、互联网10及计算机11；GPS定位系统包括三个高边坡表面GPS接收仪1与基准点GPS接收仪4； 高边坡表面GPS接收仪1与基准点GPS接收仪4之间有线连接，高边坡表面GPS接收仪1、基准点GPS接收仪4、测斜仪15与孔隙水压力计16连接到一根连接主线；连接主线与自动化数据采集仪2输入端连接；自动化数据采集仪2输出端无线连接GPRS静态数据采集仪3，GPRS静态数据采集仪3、通信发射基站14、商用卫星8、通信接收基站14、互联网10之间依次无线信号通讯连接，互联网10与远程计算机11连接，计算机11连接有F2003GSMDTU短信模块12，F2003GSMDTU短信模块12与数个手机13无线信号通讯连接。
图1示出高边坡表面GPS接收仪1、测斜仪15以及孔隙水压力计16布设情况；高边坡包括高边坡表面6、滑坡体5和滑动面7；参见图2，在高边坡以外适当位置设置基准点GPS接收仪4，在高边坡表面6设置三个GPS接收仪1，在高边坡三处位置均竖直穿越滑动面7设置数个测斜仪15和数个孔隙水压力计16，每处设置的数个测斜仪15构成一组测斜仪，每处设置的数个孔隙水压力计16，构成一组孔隙水压力计，三组测斜仪与三组孔隙水压力计以及GPS定位系统通过一根连接主线与自动化数据采集仪2输入端连接。本领域的技术人员知道，高边坡表面GPS接收仪1的数量、在高边坡几处位置设置测斜仪15和孔隙水压力计16，以及每处位置所设置测斜仪15和孔隙水压力计16的数量，具体应用时依据高边坡表面地貌形态、高边坡稳定性三维数值模型给出的位移场特征参数来确定，并不受本实施例的限制。
远程计算机11安装有美国Ashtech阿什泰克GPS解算软件solution、建立有高边坡稳定性三维数值模型以及高边坡稳定性三维可视化安全预警平台。高边坡稳定性三维数值模型的建立是基于高边坡区域岩土体物理力学参数、地下水动力学理论以及连续介质快速拉格朗日分析程序FLAC3D，主要包含高边坡应力场模拟、应变场模拟以及土体含水率变化对应力应变场的影响模拟等。三维可视化安全预警平台基于VTK(Visualization Toolkit)商业软件系统。
方法实施例 
（1）选择一高边坡作为高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警系统实施的对象；查明其工程地质环境，收集该高边坡岩土物理力学参数以及实施预警系统区域水文气象资料； 
（2）在远程监测和数据处理主机安装美国Ashtech阿什泰克GPS解算软件solution；远程监测和数据处理主机基于步骤（1）所得高边坡岩土体物理力学参数、基于地下水动力学理论以及连续介质快速拉格朗日分析程序FLAC3D建立预警系统实施对象区域高边坡稳定性三维数值模型，高边坡稳定性三维数值模型主要包括高边坡应力场模拟、应变场模拟以及土体含水率变化对应力应变场的影响模拟等，高边坡稳定性三维数值模型给出位移场特征参数，包括潜在滑动面位置；
（3）远程监测和数据处理主机基于岩土体强度c、φ折减法计算给出高边坡潜在滑动面；基于VTK(Visualization Toolkit)商业软件系统建立高边坡稳定性三维可视化安全预警平台； 
（4）依据高边坡表面地貌形态、高边坡稳定性三维数值模型给出的位移特征参数与潜在滑动面位置，在高边坡以外适当位置布设高精度双频GPS接收仪4作为基准点，并在高边坡表面安装若干同型号GPS接收仪1，完成GPS定位系统布设，采集高边坡表面测点三维坐标实时监测数据；在高边坡竖直安装测斜仪15并竖直穿越滑动面7，同步穿越滑动面7安装孔隙水压力计16，采集高边坡滑动面错动滑移实时监测数据以及滑动面周围孔隙水压力数据；并将实时监测数据通过自动化数据采集仪2发送至GPRS静态数据采集仪2，再通过GPRS静态数据采集仪3附近通信发射基站9发至商用卫星8，之后传输到其他通信接收基站14，并进入互联网10传输到用户计算机11，GPS数据经GPS解算软件solution解算处理后输入高边坡稳定性三维数值模型；
（5）高边坡稳定性三维数值模型利用得到的最初数组数据完成自我参数修正并给出各参数模型阈值，之后模型将得到的后续实测高边坡表面测点位移数据、滑动面滑移数据以及孔隙水压力数据进行综合分析，并与整体模型阈值进行比对，通过高边坡稳定性三维可视化安全预警平台进行展现并对超警戒参数进行分级安全预警；所有预警信息通过与远程计算机连接的短信模块，以手机短信方式发送至相关人员的手机，从而完成高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警。

Claims (4)

1.一种高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警方法，包括下述步骤：
（1）选择一高边坡作为被研究区域，查明其工程地质环境，收集该高边坡岩土物理力学参数以及实施预警系统区域的水文气象资料； 
（2）远程监测和数据处理主机安装美国Ashtech阿什泰克GPS解算软件solution；远程监测和数据处理主机基于步骤（1）所得高边坡岩土体物理力学参数、基于地下水动力学理论以及连续介质快速拉格朗日分析程序FLAC3D建立高边坡稳定性三维数值模型，高边坡稳定性三维数值模型主要包括高边坡应力场模拟、应变场模拟以及土体含水率变化对应力应变场的影响模拟等，高边坡稳定性三维数值模型给出位移场特征参数，包括潜在滑动面位置；
（3）远程监测和数据处理主机基于岩土体强度c、φ折减法计算给出高边坡潜在滑动面；基于VTK(Visualization Toolkit)商业软件系统建立高边坡稳定性三维可视化安全预警平台； 
（4）依据高边坡表面地貌形态、高边坡稳定性三维数值模型给出的位移特征参数与潜在滑动面位置，在高边坡以外适当位置设置GPS基准点，并在高边坡表面安装若干高精度双频GPS，完成GPS定位系统布设；在高边坡竖直安装若干测斜仪并竖直穿越滑动面，同步穿越滑动面安装若干孔隙水压力计；采集高边坡表面测点三维坐标实时监测数据，采集高边坡滑动面错动滑移实时监测数据以及滑动面周围孔隙水压力数据，所有采集数据被传输到远程监测和数据处理主机，加载至高边坡稳定性三维数值模型； 
（5）高边坡稳定性三维数值模型利用得到的最初数组数据完成自我参数修正并给出各参数模型阈值，之后模型将得到的后续实测高边坡表面测点位移数据、滑动面滑移数据以及孔隙水压力数据进行综合分析，并与整体模型阈值进行比对，通过高边坡稳定性三维可视化安全预警平台进行展现并对超警戒参数进行分级安全预警；所有预警信息通过与远程计算机连接的短信模块，以手机短信方式发送至相关人员的手机，从而完成高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警。
2.一种高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警系统，包括GPS定位系统，依次连接的自动化数据采集仪、GPRS静态数据采集仪、通信发射基站、商用卫星、通信接收基站、互联网及远程计算机；自动化数据采集仪输出端无线连接GPRS静态数据采集仪，GPRS静态数据采集仪、通信发射基站、商用卫星、通信接收基站、互联网之间依次无线信号通讯连接，互联网与远程计算机连接，远程计算机连接有F2003GSMDTU短信模块，F2003GSMDTU短信模块与数个手机无线信号通讯连接；其特征在于：还包括若干测斜仪（15）与若干孔隙水压力计（16）；GPS定位系统、测斜仪（15）与孔隙水压力计（16）有线连接至自动化数据采集仪（2）输入端。
3.如权利要求2所述的一种高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警系统，其特征在于：GPS定位系统包括数个高边坡表面GPS接收仪（1）与基准点GPS接收仪（4）；高边坡表面GPS接收仪（1）与基准点GPS接收仪（4）之间有线连接，高边坡表面GPS接收仪（1）、基准点GPS接收仪（4）、测斜仪（15）与孔隙水压力计（16）连接到一根连接主线；连接主线与自动化数据采集仪（2）输入端连接。
4.如权利要求3所述的一种高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警系统，其特征在于：在高边坡以外设置基准点GPS接收仪（4），在高边坡表面（6）设置数个GPS接收仪（1），在高边坡多处位置均竖直穿越滑动面（7）设置数个测斜仪（15）和数个孔隙水压力计（16），每处设置的数个测斜仪（15）构成一组测斜仪，每处设置的数个孔隙水压力计（16）构成一组孔隙水压力计，三组测斜仪与三组孔隙水压力计以及GPS定位系统通过一根连接主线与自动化数据采集仪（2）输入端连接。
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