地质灾害监测系统建设方案

地质灾害监测系统建设方案第一章：地质灾害滑坡体监测设计的原则、依据和技术指标1.监测的内容和任务在地质灾害监测系统建设方案中，我们需要考虑监测的内容和任务。监测的内容包括滑坡体的形态、位移、速度、裂缝、地下水位等信息，任务则是及时发现、预警和处理地质灾害。2.监测设计的原则、依据和技术指标监测设计需要遵循以下原则：科学性、可行性、先进性、实用性、经济性和可维护性。监测的依据包括地质灾害的成因、滑坡体的形态和特征、监测目的和任务等。技术指标包括监测精度、可靠性、稳定性等。3.监测依据监测依据需要考虑地质灾害的成因、滑坡体的形态和特征、监测目的和任务等。根据这些依据，我们可以确定监测的内容和任务，并制定相应的监测方案。4.系统技术指标系统技术指标需要考虑监测的精度、可靠性、稳定性等因素。我们需要选择先进的监测技术和设备，确保监测数据的准确性和可靠性。第二章：滑坡立体监测设计1.拟设计监测的主要的参数滑坡体监测的主要参数包括滑坡体的形态、位移、速度、裂缝、地下水位等信息。我们需要选择合适的监测设备和技术，确保监测数据的准确性和可靠性。2.滑坡体监测拓扑图滑坡体监测拓扑图需要绘制滑坡体的形态和特征，以便确定监测点的位置和数量。我们需要考虑监测的精度和覆盖范围，选择合适的监测点布置方案。3.现场监测各子系统现场监测各子系统包括高精度GPS自动化监测和滑坡体表面裂缝监测之振弦式裂缝计。我们需要选择先进的监测设备和技术，确保监测数据的准确性和可靠性。同时，我们需要定期维护和更新监测设备，确保监测系统的稳定性和可靠性。2.3.3拉线式裂缝计监测滑坡体表面裂缝拉线式裂缝计是一种常用的滑坡体表面裂缝监测仪器。它通过在滑坡体表面设置拉线，并测量拉线两端的距离变化，来判断滑坡体表面裂缝的变化情况。该仪器具有精度高、响应快等优点，适用于各种类型的滑坡体表面裂缝监测。2.3.4固定测斜仪监测滑坡体深部位移固定测斜仪是一种用于监测滑坡体深部位移的仪器。它通过在滑坡体深部设置固定测斜点，并测量测斜点的倾斜角度变化，来判断滑坡体的深部位移情况。该仪器具有精度高、稳定性好等优点，适用于各种类型的滑坡体深部位移监测。2.3.5孔隙水渗压计监测滑坡体水位孔隙水渗压计是一种用于监测滑坡体孔隙水位的仪器。它通过在滑坡体内设置孔隙水渗压计，并测量孔隙水的压力变化，来判断滑坡体的水位变化情况。该仪器具有精度高、响应快等优点，适用于各种类型的滑坡体水位监测。2.3.6土压力计监测滑坡体土壤压力土压力计是一种用于监测滑坡体土壤压力的仪器。它通过在滑坡体内设置土压力计，并测量土壤的压力变化，来判断滑坡体的土壤压力变化情况。该仪器具有精度高、响应快等优点，适用于各种类型的滑坡体土壤压力监测。2.3.7土壤温湿度仪监测滑坡体环境参数土壤温湿度仪是一种用于监测滑坡体环境参数的仪器。它通过测量滑坡体内部土壤的温度和湿度变化，来判断滑坡体的环境参数变化情况。该仪器具有精度高、稳定性好等优点，适用于各种类型的滑坡体环境参数监测。2.3.8气象监测站监测滑坡体气象参数气象监测站是一种用于监测滑坡体气象参数的仪器。它通过测量滑坡体周边的气象参数，如温度、湿度、风速等，来判断滑坡体的气象变化情况。该仪器具有精度高、覆盖范围广等优点，适用于各种类型的滑坡体气象参数监测。2.4北斗传输北斗传输是一种用于将滑坡体监测数据传输到监测中心的方式。它通过北斗卫星系统，实现数据的远程传输和实时监测。该方式具有传输距离远、传输速度快等优点，适用于各种类型的滑坡体监测数据传输。第三章软件介绍本系统采用先进的数据处理和分析软件，能够对滑坡体监测数据进行实时处理、分析和预测，为滑坡体的监测和预警提供科学依据。第四章服务体系4.1保修、维修和升级服务本系统提供完善的保修、维修和升级服务，确保设备的正常运行和性能的稳定。4.2技术培训本系统提供专业的技术培训服务，帮助用户掌握设备的使用方法和维护技术，提高设备的使用效率和可靠性。4.3技术服务第一章地灾监测技术指标2.1监测的内容和任务地质灾害监测需要针对不同地质灾害点的具体特征和影响因素，建立完整的监测剖面和监测网，实现系统化、立体化的监测系统。同时，需要及时快速地对不同地质灾害点的现状进行评价和预测预报，以降低可能发生的危害。建立地表位移变化、内部位移变化和水位变化的系统监测网络和管理平台，能够让各级地质环境监测主管部门实时了解滑坡体的安全状况，以便及时采取相应的管理措施。监测滑坡体地表形变区的位移变化动态、内部位移变化的动态和滑坡体内部水位变化动态，对其发展趋势做出预测预报。同时，需要对比评价不同条件下的监测数据，进一步预测地表形变区域变形的趋势，指导场地规划建设。及时反应出地表形变区的安全情况，为地质环境监测主管部门提供可靠的依据。2.2监测设计的原则、依据和技术指标地质灾害监测系统是一个集结构分析计算、计算机技术、通信技术、网络技术、传感器技术等高新技术于一体的综合系统工程。该监测系统的作用是成为一个功能强大并能真正长期用于结构损伤和状态评估，满足位移监测的需要，同时又具经济效益的结构健康安全监控系统。监测设计遵循以下原则和依据：1)监测设计原则(1)科学合理性原则监控对象的选取必须有科学和法律依据，尤其符合相关安全规程和规定。监控手段的选取必须是先进的，监控效果必须准确有效。(2)经济实用性原则需要较大投入的监控项目都需要经常使用。原系统已具备的功能或结构装置只要准确有效，都采用系统整合的方法加以利用，相互配合。在保证长期可靠有效的前提下，采用最经济的方案。所有的操作功能都采用最简洁的使用方法，做到直观方便、性能稳定以及维护简单。(3)系统可扩展性原则在监控方案要求改变时，本次投入的软硬件设备能够继续使用，最大限度减少重复投入。系统接口开放性：系统输出的数据信息采用国际或国内通用的标准格式，便于系统功能扩充和监测成果的开发利用。系统软件系统支持其他监测设备数据分析、支持人工巡检记录等。本系统的设计遵循相关规范，包括沉降监测安全技术规程、全球定位系统测量规范、全球定位系统城市测量技术规程等。此外，还涵盖了精密工程测量规范、建筑变形测量规程、国家水准测量规范、工程测量规范、UNAVCO基准站建立规范、IGS基准站建立规范、混凝土结构设计规范、建筑物防雷设计规范等规范。该系统的技术指标包括各监测点的响应时间、监测精度、自动运行、远程控制等。监测点的响应时间一般为4小时一次，最快可为几分钟一次，系统可根据需要进行设置。监测精度达到国内先进水平，表面位移监测水平为3-5mm，内部位移监测精度为1.5″（量程不同，精度不同）。系统完全是自动运行，包括数据自动传输、数据自动处理、自动报警及自动生成报表等。系统管理员可对系统进行远程控制、参数设置等操作。用户还可根据各监测点位置的地质情况分别设置预警值，如果某监测点监测结果超过预警值，系统则通过短消息、声光或者E-mail的方式自动报警给相关人员。此外，数据分析软件可自动分析各监测点的实时与历史三维变化情况、各监测点沉降速率实时与历史变化情况，通过各个监测点反映出整个滑坡体的形变动态。该地质灾害监测系统由清华同方股份有限公司设计，参考了当前所有新技术新方法，并积极引入新的科技手段，为滑坡体的可靠监测和治理提供了立体、科学的指导方向。该系统包括滑坡体表面位移监测、滑坡体表面裂缝监测、滑坡体内部位移监测、滑坡体内部水位监测、滑坡体内部土压力监测、组合气象站和土壤温湿度监测。其中，滑坡体表面位移监测采用GPS监测系统，滑坡体表面裂缝监测采用裂缝计，滑坡体内部位移监测采用固定测斜仪，滑坡体内部水位监测采用孔空隙水渗压监测，滑坡体内部土压力监测采用土压力计。组合气象站包括雨量计、风速计、气压、风向、湿度、温度传感器，而土壤温湿度监测则采用土壤温湿度传感器。最后，附上滑坡体监测拓扑图，以便更好地理解该系统的监测范围和结构。滑坡体监测系统由三部分组成：滑坡体野外传感器采集系统、数据通讯系统和监控预警系统。野外传感器部分包括表面位移监测和滑坡体内部监测。表面位移监测采用高精度GPS定位设备和拉线式位移计。滑坡体内部监测采用固定测斜仪、孔隙水压力计和土压力计。此外，还有一体化气象站和土壤温湿度传感器。数据传输部分采用3G进行通讯，考虑到通讯实时稳定性和建设成本。数据处理与控制子系统由小型机系统、服务器系统和软件系统组成。辅助支持系统包括外场机柜、外场机箱、配电和UPS、防雷等子系统。高精度GPS自动化监测是滑坡体监测系统中的一个重要部分。GPS由空间部分、地面监控部分和用户接收机三部分组成，可为各类用户提供动态的三维位置、三维速度和时间信息。利用GPS定位技术进行变形监测是一种先进的高科技监测手段，而用GPS监测滑坡体是GPS技术变形监测的一种典型应用。通常有两种方案：人工定期观测和无人值守的GPS观测系统。GPS监测系统已成功应用于各大桥梁、边坡、大坝等监测项目。于地形复杂，传统测量方法难以实现。而GPS自动化监测系统可以同时测定点的三维位移，大大提高了监测效率和精度。实时监测：GPS自动化监测系统可以实时监测变形体的变形情况，及时发现异常情况并采取措施，避免灾害事故的发生。(2)缺点GPS自动化监测系统也存在一些缺点，如：受天气、地形等因素影响：GPS信号容易受到天气、地形等因素的影响，导致监测精度下降。设备价格高：GPS自动化监测系统的设备价格相对较高，需要较大的投入。对操作人员要求高：GPS自动化监测系统的操作需要专业技能，对操作人员的要求较高。总的来说，GPS自动化监测系统相比传统监测手段具有更高的监测效率和精度，但也需要考虑到其缺点和投入成本。在实际应用中，应根据具体情况选择合适的监测手段。利用GPS技术进行变形监测具有以下优点：首先，地势陡峻时进行精密水准测量非常困难，但采用三角高程测量可以测定垂直位移。虽然精度不够理想，但使用GPS定位技术可以同时测定点的三维位移。因为我们只关心点位的变化，所以垂直位移的监测可以在大地高系统中进行，避免了高程异常误差造成的精度损失。虽然垂直位移的精度一般不如水平位移好，但采取适当措施后仍可满足要求。其次，GPS测量不受气候条件的限制，可以在风雪雨雾中进行观测，这对于汛期的崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害监测非常有利。另外，GPS接收机的数据采集工作是自动进行的，且用户可以方便地把GPS变形监测系统建成无人值守的全自动化的监测系统，可保证长期连续运行，降低变形监测成本，提高监测资料的可靠性。最后，GPS定位技术可以获得mm级精度，已可满足一般崩滑体变形监测的精度要求。需要更高的监测精度时应增加观测时间和时段数。因此，利用GPS进行变形监测的优点要远远大于缺点的制约，GPS技术的应用给测量技术带来了一场深刻的革命。国外从20世界80年代开始用GPS进行变形监测，世界上许多国家纷纷布设地壳运动GPS监测网，例如，日本国土地理院从1993年开始了GPS连续观测网的筹建工作，到1994年日本列岛已建立由210个GPS连续观测站组成的连续监测系统（COSMOS），目前的观测站总数以发展到1000多个。该系统与1994年10月1日正式使用，10月4日就检测到北海道东部近海8.4级大地震，并清晰地记录了地震前后的地壳形变。此后，又成功的捕捉到三陆远海地震及兵库县南部地震的地壳形变。本GPS自动化监测系统采用专业的GPS数据处理软件，能够对GPS观测数据进行准实时的解算处理，并生成各监测点的三维坐标变化曲线图、位移速率图等监测数据报告。同时，软件还具备数据管理、分析、导出等功能，方便管理人员进行数据的查看和分析。A.基础站建设基础站是GPS自动化监测系统的重要组成部分，其选址、基建、仪器设备的选择及设备安装等方面都需要严格按照规范要求进行。在建设基础站时，需按照表一的要求执行，包括水泥、沙子、石子及其他添加剂的用量以及混凝土施工的要求。同时，钢筋骨架采用直径≧10mm的螺纹钢筋，裹筋采用直径≧6mm的普通钢筋。基座建造时需浇灌混凝土至基座深度的一半，充分捣固后放入捆扎好的基座钢筋骨架，并在基座中心垂直安置捆扎好的柱石钢筋骨架，将柱石钢筋骨架底部与基座钢筋骨架捆扎一起，浇灌混凝土至基座顶面，充分捣固并使混凝土顶面处于水平状态。B.GPS监测站GPS监测站是管理人员实时掌握滑坡体形变和位移变化量的依据。各监测点长期连续跟踪观测卫星信号，通过数据通讯网络（无线网桥或3G）实时传输GPS观测数据到控制中心，并结合各参考站的观测数据与起算坐标通过控制中心软件准实时解算处理，最终得到各监测点的三维坐标。监测站的建设也包括监测站地址的选择、监测站基建、仪器设备的选择及设备安装四个部分，具体建设见“参考站的建设”相关章节。C.数据传输系统GPS自动化监测系统数据传输主要通过无线方式传输到控制中心。本项目拟采用3G模块进行通讯，同时也可采用无线网桥进行传输。在混凝土浇灌至地面下0.2米时，需在观测墩外壁预埋适合线缆进出的直径不小于25mm的硬质管道（钢制或塑料），供安装电缆保护线路用。D.GPS数据处理软件GPS数据处理软件是滑坡体GPS自动化监测系统的核心组成部分，能够对GPS观测数据进行准实时的解算处理，并生成各监测点的三维坐标变化曲线图、位移速率图等监测数据报告。软件还具备数据管理、分析、导出等功能，方便管理人员进行数据的查看和分析。本监测系统的数据处理主要包括对监测区域内各GPS原始数据的采集控制，以及对数据采样间隔、GPS一机多天线的信号切换的控制、各GPS原始数据的输入与处理、原始数据的检验、设备故障诊断等方面的实现。同时，还需要对其它监测手段监测数据的输入与处理进行处理。为了满足本项目的实际情况和业主的具体要求，我们推荐使用专业GPS监测软件进行系统控制和数据处理。该软件采用先进的非线性Kalman滤波双差解、三差解算法，同时增加了先进的电离层改正模型、支持多参考站解算及实时独立基线网平差等功能，具体精度为平面小于3mm，高程5mm。同时，该软件还实现了双基站或多基站处理功能。数据解算软件是进行实时三维变形测量分析系统的软件。它能够同时对安放在目标设施或自然物体上的几十个GPS进行实时三维位置解算，并达到毫米级精度。该软件采用C/S架构，同时实现监控站的实时差分定位，并具有图形显示、接收机设置、监控站参数设置、观测数据记录、报警等功能。解算为核心构成的变形监测网络中的每个GPS接收机只需要输出GPS的原始数据和星历，数据通过广域网、局域网络、串口、无线设备等传到控制中心，控制中心的解算软件根据每台GPS接收机对应的IP地址和端口号，获得每个监测点的原始实时数据，从而对这些原始数据进行实时差分解算，得到各个监测站的坐标，并存入数据库或发送给客户端。解算软件的标准特性包括监测精度水平3-5mm，高程5-8mm（根据解算时间长短和环境略有浮动）、Windows95/NT32bit结构、多线程、多任务设计、先进的GPS数据算法（具有OTF解算、卡尔曼滤波、三差解算等，同时支持实时、后处理解算）、图形用户界面、实时显示基准站、监测站的工作状态、具有防死机功能（一旦某个监测站出现死机现象，软件马上会通过数据信号触发的方式实现接收机自动重启）、支持远程控制功能（软件可自动向GPS接收机发送用户更改参数的命令，如采样间隔、高度截止角等）、软件自动保存解算数据到数据库，同时自动保存GPS原始数据到本地磁盘、支持有线、无线多种通讯方式等功能，提供接口源代码，支持用户二次开发。最后，数据坐标转换也是监测系统中必不可少的一部分，需要进行精确的处理和转换，以保证监测数据的准确性和可靠性。在传入数据库模块前，原始数据处理模块需要进行坐标转换。GPS采集的数据是WGS84经纬度坐标，经过投影转换后也只能是以真北为北方向的平面坐标。但是，监测点的布设是划分几个断面的，具体的监测结果需要以断面的走向为北方向的坐标。因此，需要通过坐标轴的旋转才能符合要求。振弦式裂缝计是一种能够有效监测滑坡体表面裂缝变化情况的仪器。它广泛用于各类建筑物内部、表面、周边裂缝开合度的长期和临时观测。主要用于二点间的相对位移量的监测，与不同的配套附件组合后可作为单向多种位移测量传感器使用。该仪器由前、后安装支座(架)、振弦式位移传感器、传输电缆等组成。当被测结构物二点之间发生的位移时，通过前、后安装支座传递给位移传感器，使传感器内振弦产生张力变化，从而改变振弦的振动频率。频率信号经电缆传输至数据采集器上，即可计算出被测结构物二点间距离的变化量即位移量。本次设计的监测系统中有一部分传感器采用的是同一原理的设备。这些设备都可连接到同一数据采集器上。传感器主要包含：振弦式裂缝计、振弦式空隙水渗压计、振弦式土压力计。这些设备连接拓扑图如图3-12所示。振弦式原理传感器监测子系统包含如下三部分：传感器子系统、数据传输子系统和辅助支持系统。传输方式一般采用专用RS485四芯通讯电缆传输到数据采集器，数据采集器到控制中心的传输方式我们一般采用光纤、高频无线传输终端、3G等媒介。为了达到可靠、有效、稳定，可以让将几种方式并存。本项目将以3G数传方式为主，高频无线网桥、Internet和光纤通讯方式根据实际情况选择使用。辅助支持系统由监测外场及监控中心辅助整个GPS自动化监测系统正常运行的设备组成，包括配电及UPS、防雷、综合布线及外场机柜等子系统组成，避雷系统与GPS的监测点的系统共用。振弦式裂缝计的主要技术参数包括测量范围、分辨率、长度、外径、非直线度、综合误差和绝缘电阻等。规格为215270，测量范围为20mm，分辨率为2%FS，长度为20mm，外径为5mm，非直线度为50%FS，综合误差为10%FS，绝缘电阻大于50MΩ。根据用户需要可增加测温功能。本次地面裂缝监测选用100-200mm量程的JTMV7000设备，考虑到裂缝的变化量较大。裂缝计是一种测量表面裂缝位移的仪器，使用时需要加夹具组成测缝计，测值为两端固定点间的相对位移变化值。在安装时需要按照设计要求在开合缝两侧的测点处划好准确位置，并在两点距离超出仪器有效长度时加接过度杆件和保护装置。JTM-V7000型测缝计可以有效测量1000mm的位移范围，输入激励电压为+5VDC、+12VDC、+24VDC等，信号输出包括电位计、电压、电流、编码器脉冲和计算机接口，线性精度为200mm优于±0.5%，500mm以上优于±0.28%。拉线式裂缝计是一种将机械位移量转换成电信号的仪器，使用钢绳连接被测物体和传感器，当位移产生时，钢绳带动传感器传动机构和传感元件同步转动，从而输出一个与绳索移动量成正比例的电信号。拉线式裂缝计的位移有效测量范围为1000mm，线性精度优于±0.5%。在安装时需要根据勘察的实际断层数据进行钻孔安装，深度应穿透断层，基准点有孔底和孔口两种取法，本项目将采用GPS作为孔口的固定基准。固定测斜是一种用于滑坡体内部位移监测的成熟产品，需要根据实际断层数据进行钻孔安装，深度应穿透断层。固定测斜的基准点有孔底和孔口两种取法，本项目将采用GPS作为孔口的固定基准。为了连续了解边坡深度位移变化情况，本项目将在边坡内布设固定测斜仪来实现连续自动观测，以取代手动测斜的不足。1)数据通讯所有土压力计数据通过屏蔽电缆集中接到数据采集器上，然后传回控制室进行数据解析和实时分析。2)传感器配置每个测孔以2m至20m为间隔布设固定式土压力计，重点部分可根据需要加密布设。3)避雷措施由于测孔附近都有GPS监测点，可以与GPS监测点的地网供用，只需安装避雷针。可以参考GPS的避雷设计。4)选择和安装本项目采用的固定式土压力计采用世界上顶尖级伺服加速度计制造，具有宽测量范围和高分辨率等优异性能。它有坚固的不锈钢外壳，并具有良好的密封性能，适用于测量各种建筑物结构的土压力和位移量。配套设备为JTM-G7600B型高精度ABS测斜管。5)技术参数（1）安装：固定式土压力计可安装在测孔内，每个传感器与安装附件连接，传感器的导向定位机构必须处于同一平面内。多个传感器串联使用时，需要将单个传感器分别连接配件，并依次放入测孔中。（2）最大量程：4.0MPa（3）分辨率：0.1%-0.8%F·S（4）工作温度：-25℃至+60℃（5）测温精度：±0.5℃（根据用户要求另加）6)系统拓扑图土压力计数据通过屏蔽电缆集中接到数据采集器上，然后传回控制室进行数据解析和实时分析。7)设备安装每个测孔以2m至20m为间隔布设固定式土压力计，重点部分可根据需要加密布设。传感器通过透水沙埋入孔内，电缆连接到数据采集器上。安装示意图和现场图如图3-21和图3-22所示。振弦式土压力计是一种常用的建筑基础监测设备，可用于长期测量土体的压应力，如滑坡、土石坝、防波堤、护岸、码头岸壁、高层建筑、管道基础、桥墩、挡土墙、隧道、地铁、机场、公路、铁路、防渗墙结构等。在安装和埋设时，需要注意土压力计的受压面应面对欲测量的土体，并设法让受力面与土体充分接触。在滑坡体上，振弦式土压力计主要安装在挡土墙的侧面，可以测量滑坡土体的侧压力，当超过警戒值时，可以预测滑坡是否会发生侧滑，挡土墙是否会倒塌。振弦式土压力计具有二次密封性能，广泛适用于建筑基础与土体的压应力长期测量。其主要技术指标包括规格、测量范围、分辨力、综合误差和测温范围等。除此之外，还可以加装测温功能、智能芯片识别功能，以及人工测量/自动测量等附件。土壤温湿度监测是地灾监测的重中之重，选用土壤温湿度传感器进行监测可以很好地测量出土壤容积内含水量和温度。土壤温湿度计广泛应用于农业、路基、水利、矿山等行业，通常将测得的土壤含水量和温度数据与其他变形数据进行综合性评估。其主要技术参数包括量程、分辨率、精度、测量区域和外形尺寸等。一体气象站是一种专业级传感器，可同时测量大气温度、大气湿度、风速、风向、气压等五种主要气象要素。其特点是精度高、响应时间快、串口输出，方便用户直接通过PC或外接仪器进行测量。本系统采用坚实耐用的超声波风设计，整个系统免维护，便于安装。系统协议公开，标准RS485输出（RS232可选），拥有大容量内存及丰富的系统指令。规格直径约166毫米，高度约263毫米，重量约1.5千克。温度测量范围为-40～60°C（可配置），精确性为±0.2（可配置）。相对湿度测量范围为0～100%相对湿度，精确性为±2%相对湿度（可配置）。气压测量范围为300～1200百帕（可配置），精确性为±1百帕（可配置）。风向原理采用超声波，测量范围为0～360°，精确性为±3°（可配置）。风速原理采用超声波，测量范围为0～60米/秒（可选配大量程），精确性使用最高值：测量值加减0.3米/秒或3%。加热功率为30W，直流电压为12～30V。基本信息接口为RS485，双线连接方式，半双工。操作功率为直流电压12～30V+/-10%<3Va，工作湿度范围为0～100%，工作温度范围为-40～60°C。CHC-BDS1北斗通信模块是上海华测自主研发的北斗收发一体式接收机，由功放模