CN115050163B - 一种边坡监测预警系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种边坡监测预警系统，包括监测子系统、数据平台以及预警子系统，所述监测子系统用于对边坡进行监测，以获取监测数据，其中，所述监测数据包括对边坡加固结构的应力进行监测所获取的应力数据，所述数据平台用于获取所述监测数据，并根据所述监测数据生成分析结果，所述预警子系统用于获取所述分析结果，并根据所述分析结果进行预警反馈。本申请实施例的边坡监测预警系统可以提高边坡安全性。

Description

一种边坡监测预警系统

技术领域

本发明涉及边坡监测技术领域，特别涉及一种边坡监测预警系统。

背景技术

在山区基础设施建设中，经常需要开挖山体或填筑边坡。受地形条件及场地标高要求等限制，部分工程开挖深度大或填筑高度高，形成开挖深度较大的深路堑边坡或填筑较高的高路堤边坡。尤其是在山区铁路路基边坡工程中，因线路平纵要求高、限制多，几乎不可避免会出现高填深挖的高陡边坡。这些边坡施工及运营期间安全风险高，除应按照设计要求进行施工开挖和防护外，还有赖于在施工及运营期间对其变形和稳定性进行实时监测，实现监测数据的实时分析，以评价边坡的稳定性，实现设计、施工、运营与稳定的实时互动。

高陡边坡通常采用锚固桩、挡土墙、锚索等边坡加固结构进行处理，然而，边坡加固结构的使用状态及有效性会随着时间的推移逐渐变差，从而影响边坡的安全性能。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例的主要目的在于提供一种能提高边坡安全性的边坡监测预警系统。

为达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本申请实施例提供了一种边坡监测预警系统，包括：

监测子系统，所述监测子系统用于对边坡进行监测，以获取监测数据，其中，所述监测数据包括对边坡加固结构的应力进行监测所获取的应力数据；

数据平台，所述数据平台用于获取所述监测数据，并根据所述监测数据生成分析结果；

预警子系统，所述预警子系统用于获取所述分析结果，并根据所述分析结果进行预警反馈。

一种实施方式中，所述监测数据还包括边坡位移数据、边坡渗透水压数据、边坡图像数据、边坡雷达数据和边坡卫星数据的至少其中之一。

一种实施方式中，所述监测子系统包括应力监测模块，所述应力监测模块用于对所述边坡加固结构的应力进行监测，并获取所述应力数据。

一种实施方式中，所述应力监测模块包括用于对锚杆或锚索的应力进行监测的锚索计、用于对锚固桩或挡土墙的应力进行监测的土压力盒、用于对钢筋混凝土结构的应力进行监测的应力计的至少其中之一。

一种实施方式中，所述监测子系统还用于对所获取的至少部分所述监测数据进行自动采集并传输至所述数据平台。

一种实施方式中，所述监测子系统还包括数据采集模块，所述数据采集模块包括工控采集传输设备和无线传输设备，所述工控采集传输设备用于对至少部分所述监测数据进行采集，所述无线传输设备用于将所述工控采集传输设备所采集的所述监测数据传输至所述数据平台。

一种实施方式中，所述监测子系统包括埋设在边坡平台处的位移监测模块，所述位移监测模块包括多个位移计和多个连接杆，各所述位移计之间通过所述连接杆依次连接，且至少一个所述位移计伸至预测岩土体破裂面底部，所述监测子系统用于对各所述位移计获取的所述边坡位移数据进行自动采集并传输至所述数据平台。

一种实施方式中，所述边坡位移数据包括对边坡地表位移进行监测所获取的地表位移数据；和/或，

对边坡岩土体深层位移进行监测所获取的深层位移数据。

一种实施方式中，所述监测子系统包括渗流监测模块，所述渗流监测模块用于对边坡地下水的渗透水压力进行监测，并获取所述边坡渗透水压数据。

一种实施方式中，所述监测子系统包括无人机监测模块，所述无人机监测模块包括无人机；所述无人机监测模块还包括设置在所述无人机上的高清镜头，所述高清镜头用于对所述边坡进行图像监测，并获取所述边坡图像数据；和/或，所述无人机监测模块还包括设置在所述无人机上的激光雷达，所述激光雷达用于对所述边坡进行雷达监测，并获取所述边坡雷达数据。

一种实施方式中，所述监测子系统包括卫星监测模块，所述卫星监测模块包括设置在边坡平台上的卫星地面测点，所述卫星监测模块与卫星信号连接，以获取通过所述卫星扫描所述卫星地面测点所生成的所述边坡卫星数据。

一种实施方式中，所述数据平台包括数据记录模块、数据处理模块以及分析模块，所述数据记录模块用于对获取的所述监测数据进行储存，所述数据处理模块用于对储存的所述监测数据进行处理，所述分析模块用于根据处理后的所述监测数据生成所述分析结果。

一种实施方式中，所述数据平台还包括核算模块，所述核算模块用于对所述监测子系统的使用稳定性进行核对。

一种实施方式中，所述预警子系统包括信息预警模块，所述信息预警模块用于根据所述分析结果进行信息反馈；和/或，所述预警子系统包括现场警报模块，所述现场警报模块用于根据所述分析结果进行现场预警。

一种实施方式中，所述预警子系统还包括反向优化模块，所述反向优化模块用于根据所述分析结果对所述监测子系统的控制标准和所述数据平台的评估方法进行优化。

本申请实施例提供了一种边坡监测预警系统，包括监测子系统、数据平台和预警子系统。通过监测边坡加固结构的应力，数据平台对监测数据进行处理和分析，预警子系统根据分析结果进行预警反馈。由此，边坡监测预警系统可以监测边坡加固结构的使用状态及有效性，并根据边坡加固结构的状态进行准确预警，从而便于用户对边坡加固结构及时进行维修更换，可以确保边坡加固结构整体稳定且能够对边坡形成有效支撑，以提高边坡的安全性能。

附图说明

图1为本申请实施例的一种边坡监测预警系统的结构框图；

图2为本申请一实施例的监测子系统的结构示意图，图中示出了边坡和边坡加固结构；

图3为图2中部分区域监测桩和测斜管的配合关系示意图；

图4为图2中部分区域渗流监测模块的结构示意图；

图5为图2中部分区域应力监测模块的结构示意图；

图6为图5中B处的局部放大图；

图7为图2中部分区域卫星地面测点的结构示意图，图中示出了卫星和无人机；

图8为图2中A处的局部放大图。

附图标记说明

应力监测模块10；锚索计11；土压力盒12；应力计13；数据采集模块20；工控采集传输设备21；位移监测模块30；位移计31；连接杆32；监测桩33；基准监测桩331；位移监测桩332；测斜管34；渗流监测模块40；渗压计41；无人机监测模块50；卫星地面测点60；边坡加固结构70；锚杆71；锚索72；锚固桩73；挡土墙74；预测岩土体破裂面R1；施工前地面线R2；预测地下水位线R3。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

在本申请中，“顶”、“底”、“竖向”方位或位置关系为基于附图2所示的方位或位置关系。需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本申请一实施例提供了一种边坡监测预警系统，请参阅图1，包括监测子系统、数据平台和预警子系统，监测子系统用于对边坡进行监测，以获取监测数据，其中，监测数据包括对边坡加固结构70的应力进行监测所获取的应力数据，数据平台用于获取监测数据，并根据监测数据生成分析结果，预警子系统用于获取分析结果，并根据分析结果进行预警反馈。

具体地，边坡加固结构70指的是对边坡进行加固防护的结构，如常用的锚杆71、锚索72、锚固桩73及挡土墙74等。

预警子系统接收到数据平台的分析结果后，对于数据异常的分析结果进行预警并反馈给用户，便于用户及时的对异常的边坡加固结构70进行维修更换。

由此，边坡监测预警系统可以监测边坡加固结构70的使用状态及有效性，并根据边坡加固结构70的状态进行准确预警，从而便于用户对边坡加固结构70及时进行维修更换，可以确保边坡加固结构70整体稳定且能够对边坡形成有效支撑，以提高边坡的安全性能。

一实施例中，请参阅图5和图6，监测子系统包括应力监测模块10，应力监测模块10用于对边坡加固结构70的应力进行监测，并获取应力数据。

应力监测模块10的具体结构可以根据边坡加固结构70的设置类型及实际情况设置，例如，应力监测模块包括用于对锚杆71或锚索72的应力进行监测的锚索计11。锚索计11能够对锚杆71应力、锚索72的预应力及拉力进行监测。

一具体实施例中，边坡加固结构70包括锚杆71或锚索72时，选取总数的5％的锚杆71或锚索72安装锚索计11进行监测，每根选定的锚杆71或锚索72上布置3～5个锚索计11，锚索计11采用环形多弦锚索计，内置半导体温度修正传感器进行自动温度修正，可连接多通道读数仪同步采集多弦频率，灵敏度一般不小于0.1kN。

示例性地，应力监测模块10包括用于对锚固桩73或挡土墙74的应力进行监测的土压力盒12，土压力盒12能够对锚固桩73或挡土墙74背后的土压力进行监测。

一具体实施例中，边坡加固结构70包括锚固桩73或挡土墙74时，在桩背或墙背后埋设土压力盒12，土压力盒12采用智能弦式土压力盒，每处不少于3个，自锚固桩73或挡土墙74的顶平台以下1m开始，沿竖向每隔2m埋设1个直至侧沟底附近，且应保证侧沟沟底附近和土石分界处设有土压力盒12，土压力盒12灵敏度一般不小于0.1kPa。

此外，应力监测模块10还可以包括用于对钢筋混凝土结构的应力进行监测的应力计13。其中，钢筋混凝土结构可以是锚固桩73及其他钢筋混凝土结构，应力计13可以对钢筋混凝土结构的钢筋应力监测。

一具体实施例中，边坡加固结构70包括锚固桩73等钢筋混凝土结构时，受力钢筋上安装钢筋应力计13，一般设置于不同结构及受力变化部位，采用智能弦式钢筋应力计，其灵敏度一般不小于0.1MPa。

可以理解的是，当边坡加固结构70包括上述几种或全部加固结构，应力监测模块10也可以同时包括各对应的监测装置。

一实施例中，监测子系统还可以对边坡的其他方面进行监测，以获取包括多个方面参数的监测数据，数据平台通过获取包含多个方面参数的监测数据，可以综合分析评估边坡变形情况及稳定性，使得监测数据更全面。例如，监测数据包括对边坡的位移进行监测所获取位移数据、对边坡地下水的渗透水压力进行监测所获取的水压数据、对边坡进行图像监测所获取的图像数据、对边坡进行雷达监测所获取的雷达数据、通过与卫星建立数据连接以对边坡进行变形监测所获取的卫星数据。

可以理解的是，监测子系统在获取应力数据外，也可以只获取上述数据中的一个或者几个。

此外，对于应力数据、位移数据和水压数据，根据监测子系统的具体结构不同，监测子系统与数据平台之间监测数据的采集传输可以是通过人工采集传输或通过自动化手段采集传输，也可以是采用人工采集传输和自动化采集传输相结合的方式。其中，两者相结合的方式能够使得获得的监测数据相互补充、相互印证，具有更强的可靠性。

例如，监测子系统还用于对所获取的至少部分监测数据进行自动采集并传输至数据平台。

具体地，自动采集并传输指的是监测子系统能够自行完成将监测数据采集并传输至数据平台的方式，可以是自动采集后通过无线传输、有线传输或其他传输的方式。

一具体实施例中，请参阅图8，监测子系统还包括数据采集模块20，数据采集模块20包括工控采集传输设备21和无线传输设备，工控采集传输设备21用于对至少部分监测数据进行采集，无线传输设备用于将工控采集传输设备21所采集的监测数据传输至数据平台。

需要说明的是，数据采集模块20还包括供电装置，其类型可采用太阳能供电装置或电源。

一实施例中，请参阅图8，监测子系统包括埋设在边坡平台处的位移监测模块30，位移监测模块30包括多个位移计31和多个连接杆32，各位移计31之间通过连接杆32依次连接，且至少一个位移计31伸至预测岩土体破裂面R1底部，监测子系统用于对各位移计31获取的边坡位移数据进行自动采集并传输至数据平台。

具体地，预测岩土体破裂面R1指的是推测的边坡岩土体滑动面或破裂面，其底部为稳定岩土层。通过将至少一个位移计31埋设到稳定土层中，可以确保位移监测模块30能够对边坡的整体位移及变形情况进行监控，并自动采集并传输至数据平台中起到实时监控的效果。

一具体实施例中，位移计31为自动遥测全向传感位移计，在各级边坡平台处打孔并布置位移计31，一般钻孔孔径为φ91mm，钻孔偏斜率不大于1％，孔深至滑面线下方的稳定层面，沿钻孔预置直径φ50mm连接杆32，连接杆32与位移计31螺纹连接，位移监测模块30顶面浅埋于护坡表面，并内置传输总线连接各位移计31和工控采集传输设备21，并通过安装供电装置为工控采集传输设备21提供电力。

此外，也可以对边坡岩土体不同深度位置的位移进行监测，以监测边坡的整体位移及变形情况。边坡位移数据包括对边坡地表位移进行监测所获取的地表位移数据，以及对边坡岩土体深层位移进行监测所获取的深层位移数据。

可以理解的是，通过从边坡岩土体表面至预测岩土体破裂面R1底部间隔设置位移计31，能够同时监测获取并自动传输地表位移数据和深层位移数据。当然，也可以通过设置其他的位移监测模块30来实现位移数据的获取。

示例性地，请参阅图3，位移监测模块30包括设置于各级边坡平台处的监测桩33和测斜管34，通过设置监测桩33监测获取地表位移数据，并通过设置测斜管34监测获取深层位移数据。

具体地，监测桩33包括基准监测桩331和位移监测桩332，在边坡变形影响范围之外且便于长期保存的稳定位置设置不少于2个基准监测桩331，以此作为监测基准点，监测桩33一般采用直径φ28mm且长0.6m的螺纹钢钎，在设置位置处钻孔埋设，建立采用射线网法的观测网，并采用全站仪或经纬仪进行测量安装。

此外，在预设设置位置处打孔布置测斜管34，一般钻孔孔径φ127mm，孔内埋设带导槽的φ71mm测斜管34，钻孔孔深一般应延伸至稳定地层以下不小于3～5m，当有锚固桩73或挡土墙74时，应延伸至桩底或墙趾以下不小于3m处。

需要说明的是，根据实际需要，也可以选择性的只监测地表位移数据和深层位移数据中的其中之一。

监测桩33和测斜管34监测到的边坡位移数据可以根据需要人工采集传输或通过数据采集模块20采集传输至数据平台中。

一具体实施例中，也可以同时设置通过监测桩33、测斜管34以及位移计31，监测桩33和测斜管34通过人工采集传输，位移计31通过数据采集模块20自动采集传输，两者相结合的方式可以相互验证，以确保数据的精准度。

一实施例中，请参阅图2，监测子系统包括渗流监测模块40，渗流监测模块40用于对边坡地下水的渗透水压力进行监测，并获取边坡渗透水压数据。

需要说明的是，渗流监测模块40的具体结构可以根据实际情况设置，示例性地，请参阅图4，渗流监测模块40包括渗压计41，渗压计41通过在边坡坡脚和各级边坡平台处打孔布置，其钻孔孔径为φ108mm，孔内沿竖向分层埋设渗压计41，埋设间距约2m，每孔设置不少于2个渗压计41，且至少一个渗压计41需埋设在预测地下水位线R3以下2m或路堑侧沟底标高附近。其中，预测地下水位线R3为施工开挖后推测地下水位线。

可以理解的是，渗压计41监测到的边坡渗透水压数据选择性地通过人工采集传输至数据平台中，也可以通过数据采集模块20自动采集传输至数据平台中。

一实施例中，请参阅图7，监测子系统包括无人机监测模块50，无人机监测模块50包括无人机，无人机监测模块50还包括设置在无人机上的高清镜头，高清镜头用于对边坡进行图像监测，并获取边坡图像数据。

此外，无人机监测模块50还包括设置在无人机上的激光雷达，激光雷达用于对边坡进行雷达监测，并获取边坡雷达数据。

具体地，在边坡开挖成型、边坡加固结构70施工及完成的各个阶段均采用搭载高清镜头和激光雷达的无人机对边坡进行摄影和雷达数据采集，根据采集的边坡图像数据和边坡雷达数据形成三维建模，并进行变形异常区域的识别。由此，可以避免采用人工采集传输的方式容易破坏设置在边坡上的监测子系统的问题。

需要说明的是，根据实际需要，无人机上也可以仅设置有高清镜头和激光雷达的其中之一。

一实施例中，请参阅图7，监测子系统包括卫星监测模块，卫星监测模块包括设置在边坡平台上的卫星地面测点60，卫星监测模块与卫星信号连接，以获取通过卫星扫描卫星地面测点60所生成的边坡卫星数据。

也就是说，当边坡成型后，在边坡平台处布置与卫星建立数据连接的卫星地面测点60，可以实时监测边坡变形情况。

需要说明的是，根据工程实际情况，无人机监测模块50和卫星监测模块也可以和人工监测相结合，通过人工监测和自动化监测手段并用的方式提高监测精准度。

一实施例中，数据平台包括数据记录模块、数据处理模块以及分析模块，数据记录模块用于对获取的监测数据进行储存，数据处理模块用于对储存的监测数据进行处理，分析模块用于根据处理后的监测数据生成分析结果。

具体地，数据记录模块用于对监测数据的各类信息按时间序列进行记录和存储，例如监测数据的对应的边坡具体位置、数据类型以及采用的监测方法等信息。

数据处理模块用于将数据记录模块中的监测数据进行整合、修正和处理，并最终生成图表、三维模型等可视化文件，同时可以将存在超出预设警戒值的监测数据反馈至预警子系统。其中，预设警戒值为根据当地工程经验采用类比法和监测资料的分析、归类总结确定。

分析模块通过用户导入前期勘察设计成果资料，并结合数据处理模块中处理后的监测数据，从而进行边坡变形及稳定性分析验算，并预测变形及稳定性变化趋势，且及时生成分析结果并提交至预警子系统。

一实施例中，数据平台还包括核算模块，核算模块用于对监测子系统的使用稳定性进行核对。

核算模块用于对监测子系统的各结构使用状况进行记录和评价，以对其使用条件下的可靠性进行核对或计算，例如，可以对强降雨、温度陡降等情况下监测子系统各结构的工作状态进行核对，也可以是在铁路边坡监测运营期间，列车飞速通过形成的空气吸力影响下，对监测子系统各结构的工作状态进行核对，还可以是对监测子系统各结构的稳固性进行核算。

一实施例中，预警子系统包括信息预警模块，信息预警模块用于根据分析结果进行信息反馈。

也就是说，预警子系统接收到数据平台反馈的分析结果后，可以根据分析结果的具体内容，对分析结果数据异常的部分进行报警并实时反馈给用户。

此外，预警子系统还包括现场警报模块，现场警报模块用于根据分析结果进行现场报警。

也就是说，对分析结果数据异常的部分，现场警报模块还会在对险情确认后立即现场报警。

需要说明的是，根据工程实际情况，预警子系统也可以仅包括信息预警模块和现场警报模块其中之一。

一具体实施例中，预警子系统还包括反向优化模块，反向优化模块用于根据分析结果对监测子系统的控制标准和数据平台的评估方法进行优化。

具体地，随着边坡监测预警系统的持续运行，反向优化模块可以通过数据平台发送的分析成果，综合评价边坡受力变形特征，对边坡监测预警系统的评估方法和控制标准进行优化完善，即智能化修正及完善对边坡变形、稳定性及质量进行评价的综合评估方法和控制标准，分析并评价预设警戒值，形成智能反向优化机制。

上述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种边坡监测预警系统，其特征在于，包括：

监测子系统，所述监测子系统用于对边坡进行监测，以获取监测数据，其中，所述监测数据包括对边坡加固结构的应力进行监测所获取的应力数据；

数据平台，所述数据平台用于获取所述监测数据，并根据所述监测数据生成分析结果；

预警子系统，所述预警子系统用于获取所述分析结果，并根据所述分析结果进行预警反馈；

所述监测子系统包括应力监测模块，所述应力监测模块用于对所述边坡加固结构的应力进行监测，并获取所述应力数据；

所述应力监测模块包括用于对锚杆或锚索的应力进行监测的锚索计、用于对锚固桩或挡土墙的应力进行监测的土压力盒、用于对钢筋混凝土结构的应力进行监测的应力计的至少其中之一；

所述边坡监测预警系统可用于监测所述边坡加固结构的使用状态及有效性，并根据所述边坡加固结构的状态进行准确预警，以便于用户对所述边坡加固结构及时进行维修更换。

2.根据权利要求1所述的边坡监测预警系统，其特征在于，所述监测数据还包括边坡位移数据、边坡渗透水压数据、边坡图像数据、边坡雷达数据和边坡卫星数据的至少其中之一。

3.根据权利要求2所述的边坡监测预警系统，其特征在于，所述监测子系统还用于对所获取的至少部分所述监测数据进行自动采集并传输至所述数据平台。

4.根据权利要求3所述的边坡监测预警系统，其特征在于，所述监测子系统还包括数据采集模块，所述数据采集模块包括工控采集传输设备和无线传输设备，所述工控采集传输设备用于对至少部分所述监测数据进行采集，所述无线传输设备用于将所述工控采集传输设备所采集的所述监测数据传输至所述数据平台。

5.根据权利要求3所述的边坡监测预警系统，其特征在于，所述监测子系统包括埋设在边坡平台处的位移监测模块，所述位移监测模块包括多个位移计和多个连接杆，各所述位移计之间通过所述连接杆依次连接，且至少一个所述位移计伸至预测岩土体破裂面底部，所述监测子系统用于对各所述位移计获取的所述边坡位移数据进行自动采集并传输至所述数据平台。

6.根据权利要求2所述的边坡监测预警系统，其特征在于，所述边坡位移数据包括对边坡地表位移进行监测所获取的地表位移数据；和/或，

对边坡岩土体深层位移进行监测所获取的深层位移数据。

7.根据权利要求2所述的边坡监测预警系统，其特征在于，所述监测子系统包括渗流监测模块，所述渗流监测模块用于对边坡地下水的渗透水压力进行监测，并获取所述边坡渗透水压数据。

8.根据权利要求2所述的边坡监测预警系统，其特征在于，所述监测子系统包括无人机监测模块，所述无人机监测模块包括无人机；所述无人机监测模块还包括设置在所述无人机上的高清镜头，所述高清镜头用于对所述边坡进行图像监测，并获取所述边坡图像数据；和/或，所述无人机监测模块还包括设置在所述无人机上的激光雷达，所述激光雷达用于对所述边坡进行雷达监测，并获取所述边坡雷达数据。

9.根据权利要求2所述的边坡监测预警系统，其特征在于，所述监测子系统包括卫星监测模块，所述卫星监测模块包括设置在边坡平台上的卫星地面测点，所述卫星监测模块与卫星信号连接，以获取通过所述卫星扫描所述卫星地面测点所生成的所述边坡卫星数据。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的边坡监测预警系统，其特征在于，所述数据平台包括数据记录模块、数据处理模块以及分析模块，所述数据记录模块用于对获取的所述监测数据进行储存，所述数据处理模块用于对储存的所述监测数据进行处理，所述分析模块用于根据处理后的所述监测数据生成所述分析结果。

11.根据权利要求10所述的边坡监测预警系统，其特征在于，所述数据平台还包括核算模块，所述核算模块用于对所述监测子系统的使用稳定性进行核对。

12.根据权利要求1-9任意一项所述的边坡监测预警系统，其特征在于，所述预警子系统包括信息预警模块，所述信息预警模块用于根据所述分析结果进行信息反馈；和/或，所述预警子系统包括现场警报模块，所述现场警报模块用于根据所述分析结果进行现场预警。

13.根据权利要求12所述的边坡监测预警系统，其特征在于，所述预警子系统还包括反向优化模块，所述反向优化模块用于根据所述分析结果对所述监测子系统的控制标准和所述数据平台的评估方法进行优化。