两阶段边坡在线安全监测系统设计方案.pdf

目目 录录第一章 工程概况.1第二章监测目的、监测项目及仪器设备.32.1 监测目的.32.2 监测项目.32.3 监测设备.4第三章 设计原则及编制依据.73.1 设计原则.73.2 编制依据.7第四章 系统框架设计.94.1 系统感知层.104.2 系统网络层.124.3 系统应用层.12第五章 系统详细设计.145.1 地表位移监测.145.1.1 监测原理.145.1.2 监测点位设计.145.1.3 设备选型.145.1.4 数据通讯.155.1.5 施工安装.155.2 深部位移监测.165.2.1 监测原理.165.2.2 监测点位设计.175.2.3 设备选型.185.2.4 数据通讯.185.2.5 施工安装.185.3 降雨量监测.205.3.1 监测原理.205.3.2 监测点位设计.205.3.3 设备选型.205.3.4 数据通讯.205.3.5 施工安装.215.4 地下水位监测.235.4.1 监测原理.235.4.2 监测点位设计.235.4.3 设备选型.235.4.4 数据通讯.245.4.5 施工安装.245.5 数据传输方式.255.6 系统供电方案.275.7 系统防雷.275.8 仪器保护措施.275.9 监测频率及控制指标.285.9.1 监测频率.285.9.2 控制指标.285.10 数据采集及整理.295.10.1 数据采集.295.10.2 数据处理及分析.295.10.3 基本规定.30510.4 信息反馈.31第六章 软件系统.326.1 软件系统设计.326.2 软件系统功能.326.3 软件系统演示.336.3.1 人性化主页.336.3.2 监测分析.346.3.3 数据导出.366.3.4 告警管理.366.3.5 短信预警设置.376.3.6 提供手机终端服务方案.38北京安信卓越信息科技有限公司1第一章第一章 工程概况工程概况贵港至隆安高速公路路线起于贵港市石排村附近，终于隆安县那桐镇附近，南宁市境内里程约 143 公里。项目全线采用双向四车道高速公路标准建设，主线全长约 228 公里，估算总投资约 197.5 亿元。贵隆高速公路对推动西江综合交通运输通道和高速公路网结构，推动珠江西江经济带发展，改善沿线地区交通运输条件和投资环境，促进沿线地区经济社会发展等方面有着重要意义。路基工程中要求对高度风险及中度风险的重点边坡进行监测，依据路堑边坡设计说明对众多边坡进行等级分类，本方案选择两个 40m 以上高边坡作为在线安全监测试点，分别为：第 5 合同段 K149+644.772K149+820.000 右侧高边坡及 K149+820.000K149+935.000 右侧高边坡。K149+644.772K149+820.000 右侧边坡：右侧边坡：该边坡区属构造剥蚀丘陵地貌，自然坡度 3035，交通条件差。挖方路段中线最大挖方深度 16.5m，位于 K149+750 处；开挖后已形成最高约 45m 的边坡。全坡面共分为 5 级边坡，第一级边坡坡高 8.05m，坡率 1:0.75，采用锚杆框架植草护坡，第二级边坡坡高 8.05m，坡率 1:1:00，采用锚杆框架植草护坡，第三级边坡坡高 8.30m，坡率 1:1.00，采用锚杆框架植草护坡，第四级边坡坡高8.05m，坡率 1：1.25，采用拱形骨架护坡，第五级边坡坡高 3.51m，坡率 1:1.25，采用喷播植草护坡，坡面边缘部分采用拱形骨架护坡和喷播植草护坡。其中第三极边坡平台采取加宽处理，宽度为 10m，其余各级边坡平台宽均为 1.50 米。北京安信卓越信息科技有限公司2图 1-1 K149+644.772K149+820.000 右侧边坡立面图现场如下图所示：图 1-2 K149+644.772K149+820.000 右侧边坡现场图K149+820.000K149+935.000 右侧边坡：右侧边坡：该边坡区属构造剥蚀丘陵地貌，自然坡度 3035，交通条件差。挖方路段中线最大挖方深度 34m，位于 K149+880 处；开挖后已形成最高约 44m 的边坡。全坡面共分为 4 级边坡，一、二级边坡采用锚杆框架植草护坡，三、四级边坡采用拱形骨架护坡，坡面边缘部分采用拱形骨架护坡和喷播植草护坡。图 1-2 K149+820.000K149+935.000 右侧边坡立面图北京安信卓越信息科技有限公司3第二章第二章监测目的、监测项目及仪器设备监测目的、监测项目及仪器设备2.12.1 监测目的监测目的对岩土体内部沉降、倾斜、表面位移，表面沉降等进行连续监测，及时捕捉边坡性状变化的特征信息，通过有线或无线方式将监测数据及时发送到监测中心。并结合地表监测的雨量、位移等信息，由专用的计算机数据分析软件处理，对边坡的整体稳定性做出判断，快速做出诸如山体边坡崩塌、滑坡等灾害发生的预警预报，更加准确、有效地监测灾情发生，减少人员、财产损失。同时可以识别支护结构的损伤程度评定支护结构的安全、可靠性与耐久性；验证边坡支护结构设计建造理论与方法，完善相关设计施工技术规程，提高边坡工程设计水平和安全可靠度，保障结构的使用安全，具有重要的社会意义、经济价值和广泛的应用前景。2.22.2 监测项目监测项目深部位移降雨量地表沉降地表位移边坡监测内容北京安信卓越信息科技有限公司4（1）表面位移监测）表面位移监测监测目的：掌握边坡整体表面位置的变化及其变化速率（包括平面位移和垂直沉降），确定边坡整体位移变形的情况，是确定边坡稳定性重要指标之一。监测手段：GNSS。（2）深部位移）深部位移监测目的：掌握边坡内部的位移变化及其变化速率，结合表面综合位移信息可确定边坡整体位移变形情况。为于边坡稳定性评价提供重要的数据参考。监测手段：导轮式固定测斜仪。（3）降雨量监测）降雨量监测监测目的：掌握边坡区域环境参数情况，有较大降雨时进行报警。监测手段：雨量计。2.32.3 监测设备监测设备综合以上内容，本项目边坡监测项目及采用设备汇总如下表：表 2.1 边坡监测设备监测项目监测项目监测设备监测设备规格型号规格型号数量数量表面位移监测GNSSFS-M3004+1深部位移监测导轮式固定测斜仪FS-GGC0114降雨量监测雨量计FS-YLJ-Z1各设备工作原理：（1）GNSS各 GNSS 监测点与参考点接收机通过 GNSS 天线实时接收 GNSS 信号，并通过数据通讯网络实时发送到控制中心，控制中心服务器 GNSS 数据处理软件GPSensor 实时差分解算出各监测点三维坐标，数据分析软件获取各监测点实时三维坐标，并与初始坐标进行对比而获得该监测点变化量，同时分析软件根据事先设定的预警值而进行报警。北京安信卓越信息科技有限公司5图 2-1 表面位移监测系统集成图（2）导轮式固定测斜仪多支测斜仪串联后，将这些仪器产生的位移变化量进行累加即可获取整个剖面的垂直位移变形曲线,导轮式固定测斜仪用于内部位移监测的工作原理如下图所示。图 2-2 固定式测斜仪工作原理示意图（4）雨量计该雨量计采用的是精密容栅位移传感器，检测精度高。经过承水器收集的雨北京安信卓越信息科技有限公司6水进入、或排出贮水室，都是通过微机控制两个电动阀门来自动完成。所以即使针对特大暴雨的计量，数据也不会又任何流失。这种科学设计，从根本上解决了以往虹吸、或者翻斗雨量计遇到大雨时计量误差的固有毛病。采集数据可以通过无线传输的方式上传至云平台。北京安信卓越信息科技有限公司7第三章第三章 设计原则及编制依据设计原则及编制依据3.13.1 设计原则设计原则监测系统是提供获取边坡结构信息的工具，使决策者可以针对特定目标做出正确的决策，其设计原则如下：（1）保证系统的可靠性：由于边坡结构安全监测系统是长期野外实时运行，保证系统的可靠性，否则先进的仪器，在系统损坏的前提下也发挥不出应有的作用及效果。（2）保证系统的先进性：设备的选择、监测系统功能与现在技术成熟监测及测试技术发展水平、结构安全监测的相关理论发展相适应，具有先进和超前预警性。（3）可操作和易于维护性：系统正常运行后应易于管理、易于操作，对操作维护人员的技术水平及能力不应要求过高，方便更新换代。（4）系统具有远程固件升级功能：根据系统自检及系统需求可通过远程固件进行完善，且系统具备各种类型的通讯协议和接口，可为后期设备升级服务。（5）以最优成本控制：本方案的一个原则就是利用最优布控方式做到既节省项目成本、后期维护投入的人力及物力，又能最大限度发挥出实际监测、监测的效果。3.23.2 编制依据编制依据本边坡的在线健康监测系统工程的主要依据如下：（1）边坡工程勘察规范（YS5230-96）；（2）岩土工程监测规范（YS5229-96）；（3）建筑边坡工程技术规范（GB50330-2013）；（4）岩土工程勘察规范(GB50021-2001）；（5）公路工程质量检验评定标准（JTG F80/12004）；（6）全球定位系统测量规范（GB/T 18314-2009）；（7）综合布线系统工程验收规范（GB 50312-2007）；北京安信卓越信息科技有限公司8（8）电子设备雷击保护导则（GB/T7450-87）；（9）计算机软件可靠性和可维护性管理（GB/T143942008）；（10）国家一、二等水准测量规范（GB/T 12897-2006）；（11）国家三、四等水准测量规范（GB/T 12898-2009）；（13）深圳外环高速公路深圳段一期工程 第 8 合同段 两阶段施工图设计文件第二册说明：若国家或部颁发的标准和规范规程做出修改时，则以修订后的新标准和规程规范为准。上述规范、标准、规程仅是本工程监控的最基本要求，并未包括实施中所涉及到的所有规定、标准和规程，在监控中对于上述未尽事宜，按国家和地方现行的规定执行。北京安信卓越信息科技有限公司9第四章第四章 系统框架设计系统框架设计边坡在线健康监测系统是一个涉及面广、采集项目繁多、设备种类差异较大的现状，多种设备在一个系统中同时运行，通过合理布置，统筹管理，使该系统健康、高效的运转。图 4-1 系统框架组成示意图北京安信卓越信息科技有限公司10图 4-2 基于云物联技术的边坡在线健康监测系统设计视图基于云物联技术的在线健康监测系统架构中各层需要实现的应用，其中包括多项共性技术，具体如下阐述：1、IOT 架构：是指在边坡在线健康监测中的监测过程符合物联网感知、网络、应用的层级架构。2、标识解析：实现边坡感知设备、测量方法及参数等物联网层级对应标识的唯一识别；将物理上分布，逻辑上集中的安心云在线健康监测平台对监测对象准确、唯一定位变为可能。3、安全&隐私：用户隐私信息、数据安全的保护。4、网络管理：现场总线、网络层设备等进行诊断和管理。5、资源管理：安心云运行期：CPU、内存、硬盘、网络带宽等资源监控和管理。4.14.1 系统感知层系统感知层边坡在线健康监测系统是一个涉及面广、采集项目繁多、设备种类差异较大的现状，多种设备在一个系统中同时运行，通过合理布置，统筹管理，使该系统健康、高效的运转。（1）系统时间一致性功能系统时间一致性功能多种设备同时运行，不同的设备间存在一些时间一致性的问题（或相位一致北京安信卓越信息科技有限公司11性），如果不解决这个问题可能会导致评估出现误差甚至错误。例如在某一荷载作用下，边坡发生了剧烈的响应，此时必须分析同一状态下结构的几何变形、水位状况及环境因素等综合指标，只有同时分析它们的状况才能对边坡的情况有一个清晰的了解、进而做出全面的判断。同时也必须考虑此响应是在何种荷载作用下产生的，对应的荷载状况如何。通过软硬件相互间对时间参数校时从而保证将各类不同信号的时间对应起来，也就是要解决系统时间一致性的问题。边坡在线系统的信号采集拟通过各采集模块与系统进行统一对时，读取同一服务器上的时间，然后与本机器的时间进行对照，这样就可以免除时间不一致而带来的数据无法统一处理的问题。2.系统自诊断功能系统自诊断功能系统自诊断功能在于对自身系统的排查，通过排查结果指导维护人员进行有目的维护，节约时间的同时能保证整个系统的长期运行。系统自诊断功能从三个层次上进行判断及给出相应处理建议，分为传感器层次自诊断、采集层次自诊断、通信层次自诊断。传感器层次自诊断：系统会在采集数据前对传感器进行测试判断，根据软件接收回来的命令进行判断是否出现传感器短路、断路等现象。管理人员可以通过软件提示的异常类型和处理方法进行相应的处理。采集层次自诊断：采集层次自诊断是系统自诊断的另一个重要部分，主要是通过设备本身判断完成，当设备执行采集操作时，如果设备某模块存在异常，无法完成此次操作，将返回一个异常报告，提示操作人员设备存在异常，需要按照异常类型和排查方法处理异常，直至异常排查完成，同时排查期间不影响其他采集设备及整套系统的运行。系统层次自诊断：通信正常是数据采集和远程控制的保障，对于系统通信异常的检测，主要由上位机软件完成操作，上位机软件从通讯系统的上端下端远端采集设备逐步进行命令测试，根据返回的数据帧判断通信故障出现的层次，如果通信出现异常或总线上出现干扰信号，则需要操作人员重新连接，做好防干扰措施。利用系统自诊断功能监测系统的自身安全，及时反馈监测系统的运行状况给北京安信卓越信息科技有限公司12操作人员，以保障安全与安全监控预警系统良好地发挥作用。4.24.2 系统网络层系统网络层网络层是连接感知层和应用层的枢纽，是整个系统承接的关键层次，是保证系统正常运营的载体，所有感知层的数据只有通过网络层才能传递给应用层进行处理，同时应用层的命令也只能够由网络层下达给感知层的设备去执行。下面重点介绍网络层中在边坡监测项目中比较常见的一种无线数据传输方式：图 4-3 无线传输系统拓扑图数据采集通讯大体分为有线通讯和无线通讯，有线通讯通常会选择光缆通讯。光缆通讯具有非常突出的优点：其传输速度快、带宽宽、不受距离、雷击、电磁干扰等影响；同样光缆通讯的在野外也有弊端如光缆敷设的难度较大，工作量大等。故此我们选择无线通讯有 GPRS/3G/4G 等，无线通讯施工工程量小，组网方便，便于维护。4.34.3 系统应用层系统应用层应用层是直接面向用户，体现服务意识的，因此在应用层面设计重点为人与系统的对话，使用户能够便捷管理系统。从用户的出发点考虑系统功能设计，真正做到自动响应、自动控制的目的。下面是云物联边坡在线监测系统的一些特点北京安信卓越信息科技有限公司13及系统框架的介绍：1、能够实现远程自动化监控，无需人员多次进入施工现场；2、系统可实现无线传输，无需长距离布设线缆、光缆；3、实现监测数据信息化管理，相关人员可以通过不同权限登入以太网或者利用手机取得现场结构安全数据及安全评估信息；4、通过传感器得到丰富的荷载效应等数据，通过系统分析，并与计算结果进行对比，可以得出结构实际情况下的实时状态变化发展趋势，了解结构的安全状况；5、在结构出现异常信息时，系统自动进行预告警，并可通过短信方式将信息及时转达给相关管理人员，并提示后台及时对结构当前状态进行安全评估。北京安信卓越信息科技有限公司14第五章第五章 系统详细设计系统详细设计5.15.1 地表位移监测地表位移监测5.1.1 监测原理监测原理GNSS 系统由三大部分组成，包括空间部分、地面控制部分、用户部分。空间部分主要为各轨道平面上的多颗卫星，每颗卫星都发出用于导航定位的信号。地面控制部分由若干个跟踪站组成，通过各监控站对 GNSS 的观测数据计算卫星的星历和卫星钟的改成参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中；同时对卫星进行控制，对卫星发布指令。GNSS 用户部分由 GNSS 接收机、数据处理软件及相应的用户设备，接收GNSS 卫星所发出的信号，并利用这些信号，通过解算等进行导航定位等工作。5.1.2 监测点位设计监测点位设计（1）K149+644.772K149+820.000 右侧边坡：右侧边坡：布设 3 个监测断面，各监测 1 个地表位移点，共计 3 个测点，并在稳定处布置一个基点。（2）K149+820.000K149+935.000 右侧边坡：右侧边坡：布设 1 个监测断面，1 个测点，并和 K149+644.772K149+820.000 右侧边坡共用一个基点。5.1.3 设备选型设备选型表 5.1 GNSS 双频接收机技术指标监测项监测项设备名称设备名称设备型号设备型号技术指标技术指标设备图片设备图片表面位移GNSS 接 收机FS-M300单历元解算精度：平面：(2.5mm+1x10-6D)，高程：(5.0mm+1x10-6D)RS232、RJ45/WIFI、蓝牙、北京安信卓越信息科技有限公司15GPRS/CDMA 等通讯方式5.1.4 数据通讯数据通讯数据的传输则可利用成熟的 GPRS/3G/4G 网络，通过灵活地控制设备的采集制度，进行远程控制。内置 2000 伏光电隔离，可有效保护接收机过流过压，预防雷击。5.1.5 施工安装施工安装（1）北斗基础土建工作的准备工作）北斗基础土建工作的准备工作1）根据方案画出北斗施工尺寸图，需要注意的是预埋穿线管的位置，应考虑到穿线管出口的位置；同时北斗预埋底座的孔位要能与穿线管孔位对中好，以免北斗天线接头不能通过穿线管从中部位置进入采集箱内。2）质量监督。在施工的时候要求施工队严格按照自己的图纸及质量控制要求施工。（2）基准站选址）基准站选址基准站要求建立在地基稳定的地点，同时北斗基准站满足以下要求：基准站距离测区 1km 以内为宜；基准站基础应相对稳固，最好建在稳定的基岩上或冻土层以下 0.5m；周边视野尽可能开阔；远离大功率无线电发射源（如电视台、电台、微波站等），且距离不小于 200m，远离高压输电线和微波无线电传送通道，其距离不得小于 50m；远离震动源（如铁路、公路等）50m 以上；尽量靠近数据传输网络。（3）观测墩建设）观测墩建设为防止观测墩的破坏，应做好预防措施。铁质材料对北斗的信号接收的影响决定了不适宜对观测墩配置铁框或铁笼式的防破坏装置。实际浇筑观测墩时根据实际情况提高其高度。（4）观测墩混凝土浇筑）观测墩混凝土浇筑北京安信卓越信息科技有限公司16观测墩最终形成大致如下所示：图 5-1 地表位移监测子系统观测墩施工图5.25.2 深部位移监测深部位移监测5.2.1 监测原理监测原理通过测得每一处的水平位移量，求出位移曲线，便可知道每一位置出的水平位移量。图 5-2 深部位移监测原理以 H4深度为例，L5 位置处为最底下一个导轮式固定测斜仪距离孔底的高度H，测得的角度偏移量为，则 L5=H*tan，L4 位置处测的角度偏移量为，则L4=H0*tan+L5，采用此方法分别计算导轮固定测斜仪位置处的偏移量，拟合北京安信卓越信息科技有限公司17曲线，则可计算出任意深度位置处的坡体水平位移5.2.2 监测点位设计监测点位设计内部位移监测不仅能够监测边坡内部的位移变化，更为重要的是可以确定边坡深部尤其是滑动带的位移情况。测点主要布置在存在滑动安全隐患的坡体之内。（1）K149+644.772K149+820.000 右侧边坡：右侧边坡：布设 3 个监测断面，每个断面布置 1 个测点，中间监测断面在第三级平台上布设 20m 孔深放置 4 个导轮式固定测斜仪。左右两侧各在二级平台上布设 15m孔深放置 3 个导轮式固定测斜仪。共计监测设备 10 个。K149+644.772K149+820.000 右侧边坡监测断面设计图纸（图中为测斜管，为位移点）。（2）K149+820.000K149+935.000 右侧边坡：右侧边坡：布设 1 个监测断面，1 个测点，在第四级平台上布设 20m 孔深放置 4 个导轮式固定测斜仪，共计监测设备 4 个。K149+820.000K149+935.000 右侧边坡监测断面设计图纸（图中为测斜管，为位移点）。北京安信卓越信息科技有限公司185.2.3 设备选型设备选型表 5.2 深部位移监测传感器技术指标监测项监测项设备名称设备名称设备型号设备型号技术指标技术指标设备图片设备图片深部位移固定式测斜仪FS-GGC01量程：30；分辨率：0.03/500mm；系统总精度：5mm/30m；温度范围：-27+70；供电电压：12V DC输出：数据输出，抗干扰能力强5.2.4 数据通讯数据通讯数据的传输则可利用成熟的 GPRS/3G/4G 网络，通过灵活地控制设备的采集制度，进行远程控制。5.2.5 施工安装施工安装（1）确定孔位钻孔前严格控制开孔位置，使开孔位置与设计偏差不超过10cm。但是，考虑到施工的可操作性，如果监测点在放样的过程中，受到坡面滚石、陡崖等因素的影响，可以对监测点进行适当移位。（2）孔斜控制北京安信卓越信息科技有限公司19钻具就位后，严格控制钻头垂直度，钻进过程中每进尺一米对钻具垂直度进行一次纠正，钻孔倾斜角按设计倾角允许误差2控制。（3）孔深控制具体深度根据现场实际地质情况可作相应合理调整。考虑沉渣的影响，以确保测压管和测斜仪设备的安装深度，实际钻孔要大于设计深度 1.0m。钻进过程中应对每孔地层变化（岩粉情况）、进尺速度（钻速、钻压等）、地下水情况以及一些特殊情况作现场记录。若遇塌孔，应采取跟管钻进。钻孔的直径可以是100-150mm 或者更大一些，这取决于钻具。如果在软土中钻孔安装，要求测斜管安装在钢管中，以便于移动。或者测斜管安装在空心钻杆下部的中心位置。如果孔内回填水泥浆则要足够的用量来向灌浆管提供足够的水泥浆，灌浆管的直径大约在 20mm，便于灌浆。（4）灌浆回填灌浆浆体最好加 10%-15%的膨胀剂，以保持其松软性，这对产生沉降的地方尤为重要。现场要使用足够的水泥与水，以使水泥浆体容易送至待灌注点。作为可选择回填材料，其他的填料如沙子、沙砾或可选择其他的精细材料来对测斜管周围的环形空隙进行填充。使用这些材料倒入空隙时要缓慢，使用水及棒子抖动填充物使其更加密室，避免产生空气层。从测斜管已经安装底塞的一端开始，把灌浆管绑扎到测斜管的外部，端部紧靠底部。在靠近端部的灌浆管上开几个有切口的孔是个好的主意。将灌浆管的端部像测斜管一样封堵后，把它下入钻孔中。把测斜管第一段放入钻孔中直到达到一个比较方便的工作高度为止，在预期位移的方向是导槽的定位方向。把测斜管楔牢或采用某些方法固定，以防止测斜管滑落钻孔中。用铆钉和填缝带把下一段测斜管连接起来。然后把这两段放入孔中连接第三段管。如果孔内有水，在测斜管内加入清水，以克服孔内水的浮力。继续用这种方法直到所有的测斜管全部进入孔中。保持导槽方向一致，避免扭曲测斜管，顺着测斜管向孔内送入灌浆管。如果灌浆管要回收利用，则不要将灌浆管绑扎在测斜管上，除非在底部。当测斜管到达所要求的深度，并坐落到钻孔的底部，对方向做最后的检查。小心拆除任何钢套管或钻具。只能用直拉(不要翘曲)。但这样做之前，在测斜管那注水或钢钻杆以保持测斜管在适当的位置保持不动。然后根据“灌浆回填要求”的方法北京安信卓越信息科技有限公司20在原位向测斜管灌浆，灌浆完成后，拆除灌浆管或将多于的部分切掉。用清水冲洗测斜管内部，清除可能泄漏的水泥浆。在测斜管顶部孔口盖上管盖。如果在人为破坏较普遍的地方，应设孔口的保护装置。5.5.3 3 降雨量监测降雨量监测5.3.1 监测原理监测原理数据采集仪用于读取容栅雨量计的降雨量，然后把这个降雨量保存在内部的存储器中。数据发送器（Moden）后，还可以把保存在存储器中的雨量数据发送到数据中心。5.3.2 监测点位设计监测点位设计降雨量监测点布置在 K149+644.772K149+820.000 右侧边坡的顶部（地势较高且无遮挡处）。5.3.3 设备选型设备选型表 5.4 数字式高精度雨量计技术指标监测项监测项设备名称设备名称设备型号设备型号技术指标技术指标设备图片设备图片降雨量数字式高精度雨量计FS-YLJ-Z分辨率：0.01mm降雨强度：范围 09mm/分钟，误差小于2%工作电压：DC12V功耗：静态 0.006W动态 1.2W5.3.4 数据通讯数据通讯数据的传输则可利用成熟的 GPRS/3G/4G 网络，通过灵活地控制设备的采集制度，进行远程控制。北京安信卓越信息科技有限公司215.3.5 施工安装施工安装按照下图，固定好雨量计后，就可以进一步连线使用了，使用步骤如下：北京安信卓越信息科技有限公司22北京安信卓越信息科技有限公司23图 5-4 雨量计安装示意图5.45.4 地下水位监测地下水位监测5.4.1 监测原理监测原理孔隙水压计主要由透水石、承压膜、钢弦、夹弦器以及线圈组成，其中承压膜与钢弦相连，钢弦上被预加一定张力固定于传感器内。根据经典弦原理，钢弦在弦长及受力一定情况下，其固有频率是固定的。当弦长一定时，钢弦固有频率的平方只同弦的张力成正比关系。当外界水压通过透水石作用于孔隙水压计承压膜上使其发生微小变形，从而导致与承压膜相连接的钢弦张力发生变化，其固有频率亦随之改变。钢弦固有频率的平方与膜片上水压力成正比关系，通过测量钢弦频率的变化，即可得知被测渗水压力大小，0.01MPa 相当于 1 米高水柱压强，故通过孔隙水压计从而可知水位，水压大小计算式表达如下。22*4*flE)(/*42222otffKEfl注：暂不考虑温度补偿。式中：E弹性模量；ElK/*42灵敏度系数。5.4.2 监测点位设计监测点位设计地下水位测点布置以经济、适用为原则，在富水位置、地质条件差及鸿沟等处。测点以监测对象等高线具有差异的一条直线进行均匀分布。宜与测斜孔共用，减少现场打孔。根据项目实际情况，测点布置与深部位移点位相同，共用测斜管。5.4.3 设备选型设备选型表 5.5 孔隙水压计技术指标监测项监测项设备名称设备名称设备型号设备型号技术指标技术指标设备图片设备图片北京安信卓越信息科技有限公司24地下水位孔隙水压计FS-KY02测量范围：00.2Mpa；精度：0.2FS；测温范围：-2070；测温精度：0.5；5.4.4 数据通讯数据通讯数据的传输则可利用成熟的 GPRS/3G/4G 网络，通过灵活地控制设备的采集制度，进行远程控制。5.4.5 施工安装施工安装（1）安装前，取下仪器端部的透水石，在钢膜片上涂一层黄油或凡士林以防生锈，以避免堵孔。水位计置入由反滤料制成的滤体纱包内，安装前需将仪器在水中浸泡 2h 以上，使其达到饱和状态。（2）本方案设计地下水位监测借用测斜孔，减少边坡打孔费用。需注意深部位移监测最下面一节测斜孔需要加工处理。（3）监测孔内传感器外套柔质护套，护套内加入适量福尔马林的溶液，护套口扎于传感器引线电缆上，将传感器和渗流水彻底隔离，从而达到传感器防钙化目的。（4）将传感器放入测压管中，直至浸入水中，同温两小时后进行测量，每隔五分钟测量一次，连续测量两次测值相同，即仪器与水同温。将传感器提出水面，处于水面位置用读数仪进行测量并记录作为基准值。再将传感器安装至设计位置，记录高程值。要保证钢丝绳牢固地固定在测管的顶部，否则由于水位计滑入测井将引起读数的误差。如果在测压管上用了管口塞，要避免管口塞切破电缆的护套。北京安信卓越信息科技有限公司25图 5-5 孔隙水压计测压管中安装示意图5.5.5 5 数据传输方式数据传输方式系统的通讯主要有有线通信、无线通讯两种形式。边坡监测项目一般都处于野外，有线通信相对比较难以实现，应采用无线通讯的方式。无线通讯的方式是在现场设备的后端安装无线传输模块，一般可供选择的无线模块有 3G、Zigbee、GPRS 等，本项目采用 GPRS 方式。数据的传输利用成熟的 GPRS 网络，通过灵活地控制设备的采集制度，进行远程控制。图5-6 GPRS DTU无线传输系统框架图GPRS DTU无线传输采用高性能工业级嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台，超大内存，内嵌自主知识产权的TCP/IP协议栈。为用户提供高速，北京安信卓越信息科技有限公司26稳定可靠，数据终端实时在线，多种协议转换的虚拟专用网络。把DTU设备链接在PC或者采集仪上，此时数据库或采集仪里面采集到的数据通过DTU里面移动手机卡GPRS功能把数据传送到Internet网络上。从而用户可以通过登录网站查看自己测得的信息数据。无线数据传输方式主要通过无线传输模块去实现，无线数据传输模块是由无线数据传输终端和无线数据传输主机组成，依靠成熟的 GPRS/3G/4G 网络，在网络覆盖内区域内可以快速组建数据通讯，实现实时远程数据传输。FS-DTU 系列通讯模块内置工业级无线模块，支持 AT 指令集，采用通用标准串口对模块进行设置和调试，提供标准的 RS232/485 接口。其工作参数如下：环境温度：-2570；湿度：090%，非冷凝；波特率：300115200bps；接口：RS232/RS485/TTL232；标准电源：DC12V。无线远程数传采集系统具备的特点如下：（1）支持双频网络和 GPRS 数据通信网络等 2.5 代无线网络；（2）易于安装、维护；使用方便、灵活、可靠，即插即用；（3）能强大的嵌入式互联网控制器，具备完整的 TCP/IP 协议栈及功能强大的透明传输保障机制；（4）可实现点对点、点对多点多种方式的实时数据传输；（5）不依赖于运营商交换中心的数据接口设备，直接通过 Internet 网络随时随地的构建覆盖全国范围内的移动数据通信网络。只要能够接入互联网，即可取得测试得到的数据；安全可靠。DTU 在应用之前首先要进行设置，通过软件设置好数据中心的 IP 和端口及其它参数的设置，设置好之后串口和采集器串口对接，DTU 上电之后根据事先设置好的中心 IP 和端口进行连接，成功连接到中心软件后即可双向透明传输数据。用户可以通过任何能联网的电脑，登录服务器输入自己的用户名密码及时查看自己监测的信息。系统提供的图标显示更直观的显示了被监测的数据。北京安信卓越信息科技有限公司275.5.6 6 系统供电方案系统供电方案边坡在线监测系统根据实际现场情况进行供电，遵循方便、快捷、稳定的供电方式，以就近用电，稳定长期供电为准。保证长期有效的供电和稳定安全的用电方式，能为系统长期稳定的工作起到决定性的作用。工程现场离最近的电源输出点距离如果较远，可考虑采用太阳能供电系统。该项目拟定采取施工用电，或由业主协调市电。该项目拟定采取施工用电，或由业主协调市电。5.5.7 7 系统防雷系统防雷（1）多重防雷措施并举，包括防直击雷、防感应雷。防直击雷主要采用预放电避雷针及有效接地来实现；防感应雷包括电源防雷和信号防雷，其中电源防雷主要通过交直流隔离、电源防雷器以及有效接地来实现，而信号防雷则主要通过信号光电隔离及信号防雷器来实现。（2）所有监测点其主机均安装保护箱内并设置防直击雷避雷针。（3）所有监测点主机电源连接电源防雷保护器。（4）所有监测点主机信号线路设置信号防雷保护器。（5）所有设备及其保护箱都严格接地，接地电阻应小于 4。（6）同一横断面上多个防雷接地点在距离较近时可考虑连接成防雷网。5.5.8 8 仪器保护措施仪器保护措施（1 1）仪器周围布设简易围栏）仪器周围布设简易围栏1)根据现场实际情况，安装于户外的设备可考虑采用钢栅栏防护，防护栅栏高度不低于 2 米，方钢尺寸 20mm*20mm，方钢层厚 2mm，每处防护栅栏都需开一道小门以便后续维护进出方便，小门尺寸不低于 0.7m 宽、1.8m 高，防护栅栏需做好防锈工作；2)所有仪器设备及方钢栅栏的基座采用混凝土浇注，混凝土强度不低于C20；3)仪器设备及防护工程应能适应户外条件，抗腐蚀、防锈能力强，受温度、冻融、雨水、大风等影响小。（2 2）设置警示标志）设置警示标志北京安信卓越信息科技有限公司28在监测点围拦上域设置明显有“边坡失稳监测区，请提高警惕，注意安全，联系电话等”警示牌。（3 3）仪器上油漆喷字）仪器上油漆喷字在仪器上基座或设备上用红色油漆喷涂醒目字样“边坡监测仪器，禁止盗取破坏 联系电话：XXX”，防止设备遭受人为破坏。5.5.9 9 监测频率及控制指标监测频率及控制指标5.9.1 监测频率监测频率监测频率初设每 30 分钟监测一次，雨季及变形量增大、变形速率加快时，可加大监测频率，并可根据需要，人工设置时间段进行采集。5.9.2 控制指标控制指标（1）控制指标的确定原则控制指标的确定原则1）满足监测对象的安全要求，达到预警和保护的目的；2）满足各监测对象的各主管部门提出的要求；3）满足现行规范、规程的要求；4）在保证安全的前提下，综合考虑工程质量和经济因素，减少不必要的资金投入。（2 2）边坡稳定性评价主要根据以下几点进行综合判断：边坡稳定性评价主要根据以下几点进行综合判断：1）地表位移监测：边坡位移速率2mm/d，坡顶累积位移值5cm。2）深层位移监测：位移速率2mm/d。3）边坡开挖停止后位移速率未呈收敛趋势；4）坡面、坡顶有无开裂，裂缝的变化趋势情况。在实际监测的过程中如果出现有上述一点或几点现象时，都应引起注意，并通过其它项目的监测资料相互进行对照、比较分析，以进一步讨论边坡的稳定性，以便及早发现安全隐患情况，采取相应的补救措施。北京安信卓越信息科技有限公司295.5.1010 数据采集及整理数据采集及整理5.10.1 数据采集数据采集监测原始数据采集：作为一套自动化变形监测系统，在完成初始数据的采集后，系统即可按照指定的周期，频率对监测点进行不间断的量测，获取其准确的变形监测数据。在系统的日常运行过程中，观测原始数据会通过指定的通讯链路传回到中心服务器进行归档存储，处于对客户负责和对安全负责的态度，采集回的所有原始数据均直接自动存储到数据库中，保证了我们客户看到的所有数据均是真实的原始数。系统自身会根据数据的属性以及对应的观测关系将观测数据进行妥善存储，任何时候均可以将整个监测周期的数据进行调阅。为完善项目的数据管理流程，针对所有的电子、纸质数据，均需做好备份工作，定期对数据库和资料进行备份，确保任何的突发状况不会导致监测数据系统完全丢失。现场的监测资料应符合下列要求：使用正式的监测记录表格；监测记录应有相应的工况描述；监测数据应整理及时；对监测数据的变化及发展情况应及时分析和评述。外业观测值和记事项目，必须在现场直接记录于观测记录表中。任何原始记录不得涂改、伪造和转抄。5.10.2 数据处理及分析数据处理及分析数据处理：冋归分析时，一般同时采用采用下面的三种函数，通过对比，推算最终位移时采用三个函数中精度（拟合程度）较高的一个函数，不同函数的冋归函数可能不同。最好再做以下关系曲线。a、绘制位移（u)和时间（t)的关系曲线。b、绘制位移速度（v)和时间（t)的关系曲线。c、绘制位移（u)和距离开挖面距离（I)的关系曲线。北京安信卓越信息科技有限公司30对数函数：；指数函数：；双曲函数：；注意：数据处理前要做温度改正，改正的方法可以是之后每天测的值都改在第一天测时的温度时的代表值或是把所有的测量值都改到标准温度时的代表值，保证基准相同，有可比性。变形数据分析观测点稳定性分析原则如下：观测点的稳定性分析基于稳定的基准点作为基准点而进行的平差计算成果；相邻两期观测点的变动分析通过比较相邻两期的最大变形量与最大测量误差（取两倍中误差）来进行，当变形量小于最大误差时，可认为该观测点在这两个周期内没有变动或变动不显著；对多期变形观测成果，当相邻周期变形量小，但多期呈现出明显的变化趋势时，应视为有变动。预警分析监测点预警判断分析原则如下：（一）将阶段变形速率及累计变形量与控制标准进行比较，如阶段变形速率或累计变形值小于预警值，则为正常状态，如阶段变形速率或累计变形值大于预警值而小于报警值则为预警状态，如阶段变形速率或累计变形值大于报警值而小于控制值则为报警态，如阶段变形速率或累计变形值大于控制值则为控制状态；（二）如数据显示达到警戒标准时，应结合巡视信息，综合分析，综合判断；（三）分析确认有异常情况时，应及时通知有关各方采取措施。5.10.3 基本规定基本规定监测项目的变形分析，包括下列内容：a）观测成果的可靠性；b）监测体的累计变形量和相邻观测周期的相对变形量分析；c）相关影响因素（荷载、气象和地质等）的作用分析；d）回归分析（1）在监测点进行变形分析时，应根据相邻两次的位移值和位移累计值，分析