目前國內(nèi)部分地區(qū)山體滑坡事故頻發(fā)，鑒于山體滑坡帶來人員傷亡、財產(chǎn)損失、交通嚴(yán)重堵塞等問題，本文基于北斗導(dǎo)航和物聯(lián)網(wǎng)等平臺設(shè)計出低成本山體滑坡監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實時記錄、上傳山體狀態(tài)參數(shù)，并在山體即將發(fā)生滑坡時緊急報警，通知居民撤離。

北斗滑坡監(jiān)測方案

斗輪機(jī)定位（防碰撞）北斗方案

機(jī)器人無人機(jī)室內(nèi)定位

圖片來源北京華星北斗智控技術(shù)有限公司

地質(zhì)災(zāi)害背景

由于地形地貌和人類工程活動等原因，國內(nèi)部分地區(qū)山體滑坡事故頻發(fā)，共發(fā)育有大型滑坡140余處，較大滑坡2212處以上。山體滑坡一旦發(fā)生，不僅造成滑坡體上人員傷亡、財產(chǎn)損失，而且泥石流將危及一定范圍內(nèi)的房屋、交通、人員安全，針對山體滑坡存在預(yù)防難、救援難、危害大、治理難度大等問題，如何及時有效地監(jiān)測山體狀態(tài)并能夠提前發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)、及時報警等已經(jīng)成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。

提供科研數(shù)據(jù)

由于山體滑坡存在的諸多危害，因此摸清山體滑坡發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律，對其作出準(zhǔn)確預(yù)報具有理論意義和實踐意義。由于山體滑坡時間的不確定性，滑坡過程短暫且迅速等原因，在山體滑坡中采集數(shù)據(jù)難度較大，如果能對不同坡面滑坡時收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，將對日后的準(zhǔn)確預(yù)報提供科學(xué)依據(jù)。同時，農(nóng)業(yè)、水利、城鄉(xiāng)建設(shè)、交通、林業(yè)、礦產(chǎn)等部門也迫切需要這樣的成果作為規(guī)劃、管理等的依據(jù)。

圖片來源華星北斗智控公司

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

我國早在1026年就記載長江新攤滑坡的發(fā)生，但是因為當(dāng)時技術(shù)水平有限，對其監(jiān)測和研究達(dá)不到監(jiān)測要求，所以國內(nèi)外均起步較晚，滑坡研究源于20世紀(jì)20年代的瑞典。

20世紀(jì)50年代以來，山體滑坡所造成的危害日益突出，許多國家相繼開展定位觀測和室內(nèi)模型實驗，日本在1968年發(fā)生山體滑坡造成大規(guī)模災(zāi)害后，進(jìn)過20余年的研究，水平已經(jīng)居世界領(lǐng)先。

20世紀(jì)70年代我國才成立山體滑坡研究所，采用大地測量的儀器開展對山體滑坡的監(jiān)測，但是至今仍有多數(shù)地區(qū)對山體滑坡的監(jiān)測處于空白。

目前，國內(nèi)外有關(guān)地質(zhì)災(zāi)害研究的項目很多。國內(nèi)外的滑坡監(jiān)測研究過許多方法，在實地檢測工作中，國內(nèi)外滑坡災(zāi)害的監(jiān)測主要采用了5種類型的監(jiān)測技術(shù)與方法，如宏觀地質(zhì)觀測法、簡易觀測法、設(shè)站觀測法、儀表觀測法及自動遙測法。

上述滑坡監(jiān)測方法和儀器在實際應(yīng)用中已十分成熟，但普遍存在的問題是數(shù)據(jù)的采集需要人工定期到現(xiàn)場進(jìn)行，使得滑坡監(jiān)測缺乏實時性。隨著三維激光掃描技術(shù)、GPS一機(jī)多天線系統(tǒng)、INSAR（合成孔徑雷達(dá)干涉測量）以及多傳感器的集成等高新技術(shù)在滑坡監(jiān)測與預(yù)測、預(yù)報領(lǐng)域的應(yīng)用，將進(jìn)一步提高滑坡災(zāi)害變形監(jiān)測預(yù)報的精度。但因成本等問題，山體滑坡監(jiān)測并未大規(guī)模應(yīng)用。

基于以上原因，我們希望研究低成本實時有效的山體滑坡監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)，以期解決山體滑坡監(jiān)測及預(yù)警方面的困難。

山體滑坡監(jiān)測方案理論依據(jù)

斜坡滑動變形具有階段性，典型的滑坡變形位移可分為3個階段，即初始變形階段（監(jiān)測點(diǎn)日變率在1mm以下）、穩(wěn)定變形階段（監(jiān)測點(diǎn)日變率在1－10mm之間）和加速變形階段（監(jiān)測點(diǎn)日變率在10mm以上）。由于自然氣候、人類活動等因素的干擾，大多數(shù)情況下斜坡位移隨時間變化曲線具有波動而呈振蕩或階躍型，但經(jīng)過濾波、累加生成等一定的處理，可判定變形破壞階段。國內(nèi)外成功的滑坡預(yù)報基本都是通過位移監(jiān)測來實現(xiàn)的。

由于地面變形特征可以由定位測得，所以我們可以通過北斗系統(tǒng)定位監(jiān)測獲取滑坡特征信息，得到監(jiān)測地區(qū)山體的形變趨勢及形變規(guī)律，從而達(dá)到預(yù)報山體滑坡的變形趨勢。

系統(tǒng)整體設(shè)計方案

圖片來源北京華星北斗智控公司

該方案包括坡面監(jiān)測點(diǎn)、基準(zhǔn)站、告警系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測中心。

告警系統(tǒng)

告警系統(tǒng)設(shè)在各地政府單位，政府機(jī)關(guān)一旦收到告警信息，可通過廣播、手機(jī)短信向當(dāng)?shù)鼐用癜l(fā)出告警信息并組織撤離、封閉危險路段等。

互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測中心

互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測中心包含數(shù)據(jù)接收和存儲系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、決策系統(tǒng)等。

互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測中心設(shè)在室內(nèi)，并能連接到互聯(lián)網(wǎng)，各地數(shù)據(jù)匯集點(diǎn)的數(shù)據(jù)均可通過互聯(lián)網(wǎng)上送，監(jiān)測中心接收到數(shù)據(jù)后將進(jìn)行統(tǒng)一量化處理，并按時間點(diǎn)保存至數(shù)據(jù)庫供后期分析。

華星智控公司監(jiān)測站

基于北斗系統(tǒng)的山體滑坡監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)，以物聯(lián)網(wǎng)為介質(zhì)，北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)為測量工具，有效發(fā)揮了北斗系統(tǒng)高定位精度的特點(diǎn)，將山體滑坡災(zāi)害集中統(tǒng)一管理，進(jìn)行長期監(jiān)測及預(yù)警，有利于對山體滑坡災(zāi)害的深入研究、建立各個山體的數(shù)學(xué)模型以及監(jiān)測預(yù)警，將自然災(zāi)害帶來的損失減到最低。 通過坡面數(shù)據(jù)無線組網(wǎng)方式，使坡面監(jiān)測點(diǎn)的安放和撤出變得靈活方便，對大范圍坡面也有很好的監(jiān)測效果。對處于不同滑坡時期的滑坡體進(jìn)行不同周期的數(shù)據(jù)采集，可使采集到的數(shù)據(jù)更有價值并且可使坡面監(jiān)測點(diǎn)在無滑坡危險時處于長期休眠狀態(tài)，降低系統(tǒng)功耗及維護(hù)的費(fèi)用。

互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測中心采集的各監(jiān)測點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)將形成大型數(shù)據(jù)庫，可以開放提供給科研單位進(jìn)行分析，為構(gòu)建滑坡預(yù)警位置和滑坡方向監(jiān)測、滑坡預(yù)測分析管理、自動動態(tài)監(jiān)測預(yù)警等提供理論依據(jù)。