一种坝区高位自然边坡和不良地质体内观监测方法和系统与流程

本发明涉及高位自然边坡和不良地质体监测，具体地指一种坝区高位自然边坡和不良地质体内观监测方法和系统。

背景技术：

1、坝区高位自然边坡系指位于枢纽区工程边坡以上的自然边坡，不良地质体主要包括滑坡体和危岩体。高位自然边坡的主要工程地质问题包括：块体、潜在不稳定倾倒岩体、变形体、局部盖层顺向坡、堆积体、坡面危石或浮石等。上述地质问题“高悬”于枢纽建筑物上部，在自然因素(如降雨、渐进性风化、地震等)作用下可能产生失稳，形成高位滑落，将威胁枢纽区施工期及运行期的人员、设备及建筑物安全。不仅如此，枢纽区的不良地质体(如滑坡体和危岩体)，往往稳定性较差且风险较大，一旦失稳将可能导致人员重大伤亡、设备损坏和巨大经济损失，对整个工程安全造成巨大威胁。

2、为了解和掌握高位自然边坡和不良地质体的运行性态和安全状态，通常主要在工程施工期对其埋设安装不同类型的内观监测设施(主要包括：多点位移计、裂缝计、渗压计、锚杆应力计和锚索测力计等)，并主要采用人工方式携带读数仪前往坝区的高位自然边坡和不良地质体，利用读数仪逐个读取监测仪器的原始数据(如频率和电阻比)，现场将人工读取的原始数据记录于观测记录表中，回到营地后将人工原始数据录入电脑并通过计算得到直接物理量(如岩体变形、裂缝开度、渗漏量、渗压和水位、锚杆应力和锚索锚固力等)。在此过程中，辅以人工巡视检查的方式，了解高位自然边坡和不良地质体有无裂缝发生、沉降变化、水体出露等。通过上述人工观测和巡视检查方式，以了解高位自然边坡和不良地质体的运行性态和安全状态。

3、然而，高位自然边坡位于高陡工程边坡以上，地形陡峻崎岖，人工攀爬路程远且艰难，多处无人工观测便道，测点极为分散，人工观测工作量巨大，还存在块体、潜在不稳定倾倒岩体、变形体、局部盖层缓倾顺向坡、堆积体等局部稳定问题，人工观测危险性极大；不良地质体，往往地形地貌、地质环境及不良地质现象发育程度高，岸坡地形陡峻，地表裂缝密集分布，分散在枢纽区各处，监测仪器也十分分散，现场攀爬路程远且难度大，人工观测难度和工作量大，现场工作危险程度高。

4、现有技术中为解决高位自然边坡和不良地质体人工观测难度和工作量巨大且危险程度高的问题，需要建立高位自然边坡和不良地质体的自动化监测系统。传统方法是将高位自然边坡和不良地质体的监测仪器用通讯电缆就近集中牵引至监测站，在监测站中安装数据采集装置，利用220v交流电对其供电，并通过在监测站和监测管理中心站之间铺设光缆，实现将监测数据传输至监测管理中心站。然而，该方法实施难度大且可靠性低，高位自然边坡和不良地质体一般都较为陡峻和分散，在这些部位难以实现稳定的供电，更为重要的是，在施工期土建施工工作面未稳定，难以铺设光缆或光缆极易受损，无法实现可靠的通讯；不仅如此，该方法成本较高，监测仪器分散，需要在地形地貌恶劣环境下铺设大量的光缆，光缆多采用弯曲绕行方式，光缆的投入量大，现场保护和人工维护难度大，人工成本较高，经济性较差。

技术实现思路

1、本发明的目的就是提供一种坝区高位自然边坡和不良地质体内观监测方法和系统，提前在施工期实现高位自然边坡和不良地质体内观监测设施的自动化监测，解决高危和偏远区域难以实现全生命期内观自动化监测的技术难题，规避现场人工观测和维护安全风险，降低人工观测和维护成本，大幅度提升高位自然边坡和不良地质体内观监测的自动化和智能化水平。

2、为实现上述目的，本发明研发出了一种坝区高位自然边坡和不良地质体内观监测方法，其特别之处在于，包括如下步骤：

3、根据坝区高位自然边坡和不良地质体人工观测的监测仪器分布情况，确定监测站布置位置并现场安装监测站，然后确定接入监测站的监测仪器，将该监测仪器通过通讯电缆就近集中牵引至监测站；

4、根据接入每个监测站的全部监测仪器和仪器数量，结合无线采集终端的通道数确定每个监测站中无线采集终端的配置情况，在监测站上加装所需的无线采集终端，形成高位自然边坡和不良地质体的无线采集终端监测站；

5、根据已建成的无线采集终端监测站的分布情况，结合现场枢纽区通讯设施的分布位置，选择在邻近枢纽区通讯设施的位置安装无线网关；

6、监测管理中心站对无线网关和无线采集终端设备发出自动化遥测指令，无线采集终端控制传感器得到原始数据，利用远距离无线通讯方式和指令要求的时间将原始数据由无线采集终端传输至无线网关并进入监测管理中心站，直观地掌握坝区高位自然边坡和不良地质体的运行性态和安全状态。

7、作为优选方案，原始数据经无线网关并通过4g无线方式最终直接进入监测管理中心站，或经无线网关进入枢纽区通讯设施后并最终通过通讯光纤传输进入监测管理中心站。

8、作为优选方案，在施工期，采用4g无线方式进行通讯和数据传输；在现场土建施工环境逐渐稳定或运行期，将无线网关的通讯设备通过网线接入枢纽区通讯设施中，利用枢纽区通讯设施进行中继，最终利用通讯光纤建立通讯通道并实现数据传输。

9、作为优选方案，高位自然边坡和不良地质体中分别设置多个包含无线采集终端的监测站。

10、作为优选方案，在确定每个监测站中不同无线采集终端的数量时，需满足(第i台无线采集终端×第i台无线采集终端的通道数)之和不小于接入该监测站监测仪器的单测点总数，其中i＝1～n，n为正整数。

11、作为优选方案，无线网关采用厂电供电，太阳能板或蓄电池供电，无线网关可覆盖超过6万个测点，覆盖半径最远可达15km。

12、作为优选方案，在监测管理中心站中，利用监测管理中心站的监测数据采集和分析系统，将原始数据转化为直接物理量，并在系统中通过图形进行展示、通过表格进行统计，从而直观地掌握坝区高位自然边坡和不良地质体的运行性态和安全状态。

13、作为优选方案，监测站采用的是微功耗无线采集终端，所述微功耗无线采集终端采用自带可更换电池供电。

14、作为优选方案，在监测站附近设置接地点，采用钢筋打入地下，采用接地线与钢筋连接，接入监测站设备的电缆采用屏蔽电缆，屏蔽层接地。

15、本发明还研制出了一种坝区高位自然边坡和不良地质体内观监测系统，包括监测仪器布置模块、无线采集终端布置模块、无线网关布置模块、数据监测模块，

16、所述监测仪器布置模块，用于根据坝区高位自然边坡和不良地质体人工观测的监测仪器分布情况，确定监测站布置位置并现场安装监测站，然后确定接入监测站的监测仪器，将该监测仪器通过通讯电缆就近集中牵引至监测站；

17、所述无线采集终端布置模块，用于根据接入每个监测站的全部监测仪器和仪器数量，结合无线采集终端的通道数确定每个监测站中无线采集终端的配置情况，在监测站上加装所需的无线采集终端，形成高位自然边坡和不良地质体的无线采集终端监测站；

18、所述无线网关布置模块，用于根据已建成的无线采集终端监测站的分布情况，结合现场枢纽区通讯设施的分布位置，选择在邻近枢纽区通讯设施的位置安装无线网关；

19、所述数据监测模块，用于监测管理中心站对无线网关和无线采集终端设备发出自动化遥测指令，无线采集终端控制传感器得到原始数据，利用远距离无线通讯方式和指令要求的时间将原始数据由无线采集终端传输至无线网关并进入监测管理中心站，直观地掌握坝区高位自然边坡和不良地质体的运行性态和安全状态。

20、本发明的优点在于：

21、本发明所提供的一种坝区高位自然边坡和不良地质体内观监测方法和系统，一方面可提前至施工期即已实现对坝区高位自然边坡和不良地质体内观监测设施的自动化监测，在安全风险较高的施工期开始就可以掌握高位自然边坡和不良地质体的安全性态；另一方面解决了高危和偏远区域难以实现全生命期内观自动化监测的技术难题，规避了人工观测安全风险，降低了人工观测和维护成本，大幅度提升高位自然边坡和不良地质体内观监测的自动化和智能化水平。

22、与常规监测方法不同的是，本发明能够在保证高频次和高精度监测前提下，提前实现在施工期的自动化监测，实现了无线采集终端和无线网关之间的无线通讯，大幅度降低安全风险和监测成本。