基于變焦視覺位移監(jiān)測儀

一、邊坡監(jiān)測的概述

1.1 邊坡監(jiān)測的背景

 我國地域遼闊，地形地貌復(fù)雜多樣，隨著全球氣候變化加劇，極端氣候事件增多，以及人類工程活動對地表結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈擾動，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的風(fēng)險日益增大。邊坡失穩(wěn)有可能引發(fā)滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，對人民生命財產(chǎn)安全構(gòu)成威脅。

 隨著中國經(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)系到整個工程的安全和效益。近年來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)測成為預(yù)防災(zāi)害、保障生命財產(chǎn)安全的重要手段。

1.2 當(dāng)前邊坡監(jiān)測的不足

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

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

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

 ③誤差較大：人工監(jiān)測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)致測量誤差較大，數(shù)據(jù)精度較低。

 ④難以持續(xù)監(jiān)測：人工監(jiān)測難以實現(xiàn)持續(xù)監(jiān)測和實時預(yù)警，需要人員定期進(jìn)行測量和觀察，無法及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)警邊坡失穩(wěn)等問題。

 ⑤數(shù)據(jù)管理和分析難度大：人工監(jiān)測獲取的數(shù)據(jù)難以實現(xiàn)有效地管理和分析，難以對邊坡的狀態(tài)和趨勢進(jìn)行全面的評估和預(yù)測。

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

2. 基于變焦視覺位移技術(shù)的邊坡健康監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 設(shè)計依據(jù)

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

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

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

  Ø 《滑坡防治設(shè)計規(guī)范》GB/T 38509-2020

2.2 主要監(jiān)測內(nèi)容設(shè)計

邊坡主要監(jiān)測內(nèi)容設(shè)計包括以下幾個方面：

 ①表面位移監(jiān)測：通過變焦視覺位移監(jiān)測儀監(jiān)測邊坡表面的水平位移和垂直位移，通過定期測量各點的位置變化，計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：裂縫是邊坡破壞的主要形式之一，通過變焦視覺位移監(jiān)測儀在裂縫兩端安裝測點靶標(biāo)即可監(jiān)測裂縫的位置、長度、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：降雨量、溫濕度、土壤含水率等也會影響邊坡的穩(wěn)定性，通過變焦視覺位移監(jiān)測儀接入環(huán)境監(jiān)測傳感器即可監(jiān)測降雨量、溫濕度、土壤含水率的變化，無需網(wǎng)關(guān)、重新拉線，了解其對邊坡穩(wěn)定性的影響。

 ④視頻監(jiān)測：當(dāng)數(shù)據(jù)超出閾值時還可遠(yuǎn)程查看現(xiàn)場實時視頻畫面、下載歷史視頻，避免現(xiàn)場測點誤觸，導(dǎo)致上限預(yù)警。

 綜上所述，可通過變焦視覺位移監(jiān)測儀直接或間接對邊坡完成監(jiān)測。通過對邊坡進(jìn)行全面地監(jiān)測和分析，獲取邊坡的各項參數(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)。

3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要由變焦視覺位移監(jiān)測儀、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，無需用戶標(biāo)定設(shè)置及調(diào)試，變焦視覺位移監(jiān)測儀智能識別唯一靶標(biāo)編號和對應(yīng)的位移數(shù)據(jù)，通過自帶的無線網(wǎng)絡(luò)上傳到云平臺，即可在終端獲取位移信息，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)位移的非接觸式測量。

4.測點設(shè)計布設(shè)

4.1 邊坡表面位移（水平位移、沉降）監(jiān)測

（1）監(jiān)測儀安裝在邊坡臺階上，這是監(jiān)測邊坡滑動或坍塌最為理想的方向，但由于現(xiàn)場條件有限，一般臺階均為滑動面，無可靠穩(wěn)定的區(qū)域安裝儀器，所以現(xiàn)場應(yīng)用中，該安裝方式也應(yīng)用較少。在邊坡遠(yuǎn)離相對滑動面的一端穩(wěn)固的地方（若沒有混凝土地面，需先制作邊長為600mm立方體混凝土基礎(chǔ)）安裝變焦視覺位移監(jiān)測儀，在邊坡測點處安裝好靶標(biāo)，監(jiān)測儀需要看到所有測點，靶標(biāo)應(yīng)盡量正對監(jiān)測儀且靶標(biāo)相互無遮擋，將變焦視覺位移計上電后即可智能識別視野范圍內(nèi)的靶標(biāo)，即可實現(xiàn)邊坡整排臺階的水平位移、沉降的自動化監(jiān)測。監(jiān)測儀為非接觸式測量，測點只需要安裝靶標(biāo)即可，無需拉線布線安裝傳感器，節(jié)省勞動力、成本，方便快捷，巡回掃描監(jiān)測。若需對某測點高頻采集，則其他測點巡回掃描會暫時停止。通過編碼靶標(biāo)對邊坡的表面位移監(jiān)測，可以了解邊坡的穩(wěn)定性和安全性。

（2）監(jiān)測儀安裝在邊坡前方，該安裝方式對于邊坡較小、測點較為集中，或者邊坡臺階無穩(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（對面）穩(wěn)固且視野開闊的地方安裝變焦視覺位移監(jiān)測儀（無穩(wěn)定地面需澆筑砼基礎(chǔ)），無需現(xiàn)場人工調(diào)試，插電即可實現(xiàn)邊坡表面位移自動化監(jiān)測，機(jī)器自動可識別變焦視野范圍內(nèi)的所有靶標(biāo)。

 這種安裝方式也可以監(jiān)測邊坡的水平位移、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際位移，這種安裝方式一般選擇定焦版單斷面的即可實現(xiàn)自動化監(jiān)測，無需選擇高配版的變焦監(jiān)測功能，節(jié)省成本。

4.2 邊坡裂縫監(jiān)測

 裂縫監(jiān)測時，監(jiān)測儀的安裝監(jiān)測方向建議與裂縫的發(fā)展方向一致，這樣監(jiān)測的測點數(shù)量是最多的，且相對的監(jiān)測精度是最高的。若裂縫是水平時，一般監(jiān)測儀安裝在邊坡臺階穩(wěn)固且視野開闊的地方（無穩(wěn)定地面需澆筑砼基礎(chǔ)），若裂縫是垂直時，一般監(jiān)測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點，然后在裂縫兩側(cè)安裝靶標(biāo)，靶標(biāo)應(yīng)盡量正對監(jiān)測儀且靶標(biāo)相互無遮擋，無需現(xiàn)場人工調(diào)試，插電即可實現(xiàn)邊坡裂縫自動化監(jiān)測，還可設(shè)置高頻采集，獲取相應(yīng)的振動頻率。

4.3 邊坡環(huán)境監(jiān)測

 變焦視覺位移監(jiān)測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)測傳感器（或其他監(jiān)測項的傳感器）即可，無需外加網(wǎng)關(guān)采集器、重新拉線，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測和位移監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析，不同的角度剖析邊坡穩(wěn)定性，更準(zhǔn)確地評估邊坡的穩(wěn)定性，從而采取有效的措施來預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。