一、邊坡監(jiān)測(cè)的概述

1.1 邊坡監(jiān)測(cè)的背景

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路、鐵路、水利、電力、礦山等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)越來(lái)越多，而邊坡作為基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，其安全性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到整個(gè)工程的安全和效益。近年來(lái)由于高速公路邊坡滑坡災(zāi)害引發(fā)的事故頻繁發(fā)生，高速公路滑坡災(zāi)害造成的后果是不容小覷的，輕則阻斷交通，重則造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此，邊坡監(jiān)測(cè)成為預(yù)防災(zāi)害、保障生命財(cái)產(chǎn)安全的重要手段。

1.2 當(dāng)前邊坡監(jiān)測(cè)的不足

傳統(tǒng)的邊坡監(jiān)測(cè)主要依靠人工巡查配合全站儀、水準(zhǔn)儀等簡(jiǎn)易設(shè)備，這些設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中存在人工成本高、測(cè)量精度低、實(shí)時(shí)性差等較多不足，同時(shí)，由于施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，存在一定的安全隱患。

①高風(fēng)險(xiǎn)：人工監(jiān)測(cè)需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量和觀察，特別是在一些高風(fēng)險(xiǎn)的邊坡區(qū)域，人員安全難以得到保障。

②高成本：人工監(jiān)測(cè)需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，成本較高。同時(shí)，在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)或地形復(fù)雜的地區(qū)，人工監(jiān)測(cè)的難度和成本也會(huì)增加。

③誤差較大：人工監(jiān)測(cè)容易受到人為因素和環(huán)境因素的影響，如天氣、地形等，導(dǎo)致測(cè)量誤差較大，數(shù)據(jù)精度較低。

④難以持續(xù)監(jiān)測(cè)：人工監(jiān)測(cè)難以實(shí)現(xiàn)持續(xù)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)預(yù)警，需要人員定期進(jìn)行測(cè)量和觀察，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)警邊坡失穩(wěn)等問(wèn)題。

⑤數(shù)據(jù)管理和分析難度大：人工監(jiān)測(cè)獲取的數(shù)據(jù)難以實(shí)現(xiàn)有效地管理和分析，難以對(duì)邊坡的狀態(tài)和趨勢(shì)進(jìn)行全面的評(píng)估和預(yù)測(cè)。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的快速發(fā)展，邊坡監(jiān)測(cè)手段從傳統(tǒng)的地面測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代智能化、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)、連續(xù)、準(zhǔn)確地獲取邊坡變形信息。采用變焦視覺(jué)位移監(jiān)測(cè)儀，加強(qiáng)數(shù)據(jù)處理和分析能力，完善預(yù)警系統(tǒng)。

1. 基于變焦視覺(jué)位移技術(shù)的邊坡健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

1. 《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[附條文說(shuō)明]》GB 50330-2013

2. 《建筑邊坡工程鑒定與加固技術(shù)規(guī)范[附條文說(shuō)明] 》GB 50843-2013

3. 《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50344-2019

4. 《滑坡設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T 38509-2020

2.2 主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容設(shè)計(jì)

邊坡主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)方面：

①表面位移監(jiān)測(cè)：通過(guò)變焦視覺(jué)位移監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)邊坡表面的水平位移和垂直位移，通過(guò)定期測(cè)量各點(diǎn)的位置變化，計(jì)算出邊坡表面的位移量，從而了解邊坡的變形情況，判斷其是否穩(wěn)定。

②裂縫監(jiān)測(cè)：裂縫是邊坡破壞的主要形式之一，通過(guò)變焦視覺(jué)位移監(jiān)測(cè)儀在裂縫兩端安裝測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)即可監(jiān)測(cè)裂縫的位置、長(zhǎng)度、寬度等，可以了解邊坡的裂縫發(fā)展情況。

③環(huán)境因素監(jiān)測(cè)：降雨量、溫濕度、土壤含水率等也會(huì)影響邊坡的穩(wěn)定性，通過(guò)變焦視覺(jué)位移監(jiān)測(cè)儀接入環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器即可監(jiān)測(cè)降雨量、溫濕度、土壤含水率的變化，無(wú)需網(wǎng)關(guān)、重新拉線，了解其對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。

④視頻監(jiān)測(cè)：當(dāng)數(shù)據(jù)超出閾值時(shí)還可遠(yuǎn)程查看現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)視頻畫(huà)面、下載歷史視頻，避免現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)誤觸，導(dǎo)致上限預(yù)警。

綜上所述，可通過(guò)變焦視覺(jué)位移監(jiān)測(cè)儀直接或間接對(duì)邊坡完成監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)邊坡進(jìn)行全面地監(jiān)測(cè)和分析，獲取邊坡的各項(xiàng)參數(shù)和變化情況，判斷其穩(wěn)定性和安全性，為災(zāi)害預(yù)警和治理提供科學(xué)依據(jù)。

1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要由變焦視覺(jué)位移監(jiān)測(cè)儀、編碼靶標(biāo)、安銳云及多設(shè)備終端組成。靶標(biāo)自帶編碼信息，無(wú)需用戶標(biāo)定設(shè)置及調(diào)試，變焦視覺(jué)位移監(jiān)測(cè)儀智能識(shí)別靶標(biāo)編號(hào)和對(duì)應(yīng)的位移數(shù)據(jù)，通過(guò)自帶的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上傳到云平臺(tái)，即可在終端獲取位移信息，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)位移的非接觸式測(cè)量。

1. 測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)布設(shè)

4.1 邊坡表面位移（水平位移、沉降）監(jiān)測(cè)

1. 監(jiān)測(cè)儀安裝在邊坡臺(tái)階上，這是監(jiān)測(cè)邊坡滑動(dòng)或坍塌最為理想的方向，但由于現(xiàn)場(chǎng)條件有限，一般臺(tái)階均為滑動(dòng)面，無(wú)可靠穩(wěn)定的區(qū)域安裝儀器，所以現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，該安裝方式也應(yīng)用較少。在邊坡遠(yuǎn)離相對(duì)滑動(dòng)面的一端穩(wěn)固的地方（若沒(méi)有混凝土地面，需先制作邊長(zhǎng)為600mm立方體混凝土基礎(chǔ)）安裝變焦視覺(jué)位移監(jiān)測(cè)儀，在邊坡測(cè)點(diǎn)處安裝好靶標(biāo)，監(jiān)測(cè)儀需要看到所有測(cè)點(diǎn)，靶標(biāo)應(yīng)盡量正對(duì)監(jiān)測(cè)儀且靶標(biāo)相互無(wú)遮擋，將變焦視覺(jué)位移計(jì)上電后即可智能識(shí)別視野范圍內(nèi)的靶標(biāo)，即可實(shí)現(xiàn)邊坡整排臺(tái)階的水平位移、沉降的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)儀為非接觸式測(cè)量，測(cè)點(diǎn)只需要安裝靶標(biāo)即可，無(wú)需拉線布線安裝傳感器，節(jié)省勞動(dòng)力、成本，方便快捷，巡回掃描監(jiān)測(cè)。若需對(duì)某測(cè)點(diǎn)高頻采集，則其他測(cè)點(diǎn)巡回掃描會(huì)暫時(shí)停止。通過(guò)編碼靶標(biāo)對(duì)邊坡的表面位移監(jiān)測(cè)，可以了解邊坡的穩(wěn)定性和安全性。

1. 監(jiān)測(cè)儀安裝在邊坡前方，該安裝方式對(duì)于邊坡較小、測(cè)點(diǎn)較為集中，或者邊坡臺(tái)階無(wú)穩(wěn)定區(qū)域的情況，運(yùn)用也較為廣泛，可以選擇在邊坡正前方（對(duì)面）穩(wěn)固且視野開(kāi)闊的地方安裝變焦視覺(jué)位移監(jiān)測(cè)儀（無(wú)穩(wěn)定地面需澆筑砼基礎(chǔ)），無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)人工調(diào)試，插電即可實(shí)現(xiàn)邊坡表面位移自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，機(jī)器自動(dòng)可識(shí)別變焦視野范圍內(nèi)的所有靶標(biāo)。

2. 這種安裝方式也可以監(jiān)測(cè)邊坡的水平位移、豎向位移，但其水平位移不是邊坡正前方最不利的水平位移，而是左右側(cè)的位移（監(jiān)測(cè)方向如圖所示），一般參考意義不大，但豎向位移也可直接反映出邊坡的實(shí)際位移，這種安裝方式一般選擇定焦版單斷面的即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，無(wú)需選擇高配版的變焦監(jiān)測(cè)功能，節(jié)省成本。

4.2 邊坡裂縫監(jiān)測(cè)

裂縫監(jiān)測(cè)時(shí)，監(jiān)測(cè)儀的安裝監(jiān)測(cè)方向建議與裂縫的發(fā)展方向一致，這樣監(jiān)測(cè)的測(cè)點(diǎn)數(shù)量是最多的，且相對(duì)的監(jiān)測(cè)精度是高的。若裂縫是水平時(shí)，一般監(jiān)測(cè)儀安裝在邊坡臺(tái)階穩(wěn)固且視野開(kāi)闊的地方（無(wú)穩(wěn)定地面需澆筑砼基礎(chǔ)），若裂縫是垂直時(shí)，一般監(jiān)測(cè)儀安裝在邊坡正前方或?qū)γ娣€(wěn)固的地方，盡量能看到裂縫所有測(cè)點(diǎn)，然后在裂縫兩側(cè)安裝靶標(biāo)，靶標(biāo)應(yīng)盡量正對(duì)監(jiān)測(cè)儀且靶標(biāo)相互無(wú)遮擋，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)人工調(diào)試，插電即可實(shí)現(xiàn)邊坡裂縫自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，還可設(shè)置高頻采集，獲取相應(yīng)的振動(dòng)頻率。

4.3 邊坡環(huán)境監(jiān)測(cè)

變焦視覺(jué)位移監(jiān)測(cè)儀可間接完成其他影響邊坡的穩(wěn)定性因素（降雨量、溫濕度、土壤含水率、土壓力等），僅需在儀器接口接入環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器（或其他監(jiān)測(cè)項(xiàng)的傳感器）即可，無(wú)需外加網(wǎng)關(guān)采集器、重新拉線，實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)和位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)綜合分析，不同的角度剖析邊坡穩(wěn)定性，更準(zhǔn)確地評(píng)估邊坡的穩(wěn)定性，從而采取有效的措施來(lái)預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。