山体滑坡视觉位移监测解决方案

一、方案背景

滑坡是指场地由于地层结构、河流冲刷、地下水活动、人工切坡几各种震动等因素的影响，致使部分或全部土体(或岩体)在重力作用下，沿着地层软弱面(或软弱带)整体向下滑动的不良地质现象。滑坡是工程地质问题中常见的一种自然灾害，在山区及河谷地带尤为常见。许多重要的工厂和居民区就建在滑坡上或是靠近滑坡的地方，滑坡引起的山体垮塌及暴雨后形成的泥石流常给国家建设和人民生命财产造成严重损害。我国是一个崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害发生十分频繁和灾害损失极为严重的国家，尤其是西部地区。做好地质灾害监测和预警，特别是滑坡体的监测和预警，对于有效减少直接经济损失和人员伤亡显得尤为重要。滑坡之所以能造成严重损害，是因为难以事先准确预报发生的地点、时间和强度。滑坡灾害预防，重在监测。为防患于未然。

二、滑坡监测目的、方案设计依据与原则

2.1监测目的

主要任务是通过各种测量手段，建立地表和地下深部的3维立体监测网，对边(滑)坡进行系统、可靠的变形监测。主要目的为确定边(滑)坡变形动态(包括滑坡体变形方向、变形速度、变形范围等)，并对变形发展和变形趋势作出预测，判断边坡稳定状态，给出边坡失稳预警值，指导施工、反馈设计和检验治理效果，了解工程实施后边坡的变化特征，为最优化设计、施工提供科学依据。以处治边(滑)坡为对象的边坡变形监测主要分为:

(1)施工期安全监测在施工期对边坡位移(地表水平位移、垂直位移、深部位移)、支护结构应力应变、地下水和库水位等的监测;

(2)处治效果监测是检验边坡处治设计与施工效果，是判断处治后边坡稳性的最具说服力的手段;

(3)长期动态监测结合施工期监测结果，保持监测数据的连贯性，在防治工程后期开始，对边坡体进行动态跟踪，以掌握处治边坡稳定性的变化情况和特征，据此评价和预测处治后的边坡长期稳定性。

2.2监测方案设计依据

监测工作主要依据以下技术规范和资料:

(1)技术规范

1、《建筑变形测量规程》(JGJ 8-2007);

2、《滑坡防治工程勘察规范》(DZXXX-2005)(征求意见稿);

3、《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330-2002);

4、《公路路基设计规范》(JTG F10-2004);

5、《公路工程地质勘察规范》(JTJ 064-98);

6、《工程测量规范》(GB50026-93);

7、《混凝土坝安全监测技术规范》(DL/T5178--2003);

8、《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T18314-2001);

9、《土石坝安全监测技术规范》

(2)勘察、设计资料

工程地质勘察、整治工程设计资料

2.3监测方案设计原则

(1)监测工作的布置应基本上能控制整个边坡可能的变形，监测设施的布置应考虑长久、稳定、可靠、不易被破坏，测量基准控制点应在边坡范围以外稳定的基岩上。

(2)方法和仪器的选择要能反映出边破的变形动态，且仪器维护方便、费用节省的原则。监测仪器的选择原则是:仪器性能可靠、精度足够、使用简易且不易损坏。

(3)施工前监测、施工期监测、处治效果监测和长期监测相结合的原则。

(4)避免或减少施工干扰。应尽量采用勘探洞和排水洞预埋仪器;施工活动应各方通气，进行文件会签;应尽量采用抗干扰能力强的仪器，保护设施力求可靠。

(5)监测设计应留有余地。监测过程中可能存在一些不确定的因素，如地质条件不十分清楚，随施工开挖可能发现一些地质缺陷、设计时未估计到的不稳定契体，即可能出现一些设计中未能考虑到的问题，那时，需要修改和补充。

三、滑坡监测内容、方法和仪器

滑坡稳定性的监测涉及到一系列特定的参数及其随时间的变化量,如降雨量、土壤湿度、地下水位及移动特征。其中最重要的两个参数是地下水位和移动特征。滑坡的移动特征由滑动面的深度、方向、移动量和移动速度来表征。通过监测这些参数中的一项或多项就能达到监测滑坡的目的。

根据有关规范，对滑坡危害程度属于一级的滑坡，应建立以地表变形、裂缝位错、深部位移、地下水位、库水水位、支护结构应力应变变化的立体监测系统，监控滑坡整体变形。

3.1地表变形监测

3.1.1 常规精密大地测量技术

用常规精密大地测量方法进行水平位移监测时，一般是在滑坡监测区外建立平面控制网，使用精密测距仪、电子经纬仪或电子全站仪进行观测，以获取滑坡平面位移监测的参考基准。平面控制网一般包括基准网、校核网、监测网，控制点分为基准点、校核点、工作基点、监测点等，为了保持点位的稳定性，均需要建造一定尺寸的钢筋混凝土墩标。

首先对基准网进行观测，在判断基准网稳定的情况下，通过对监测点的多期观测，可计算监测点的坐标变化量，进而分析监测点的滑移量、滑移方向、滑移速度等。常规精密大地测量方法测量精度高，观测量通过组网，可以进行测量结果的校核与精度评定该方法灵活多变，适用于不同形状、不同精度要求和不同外界条件的滑坡监测。

用常规精密大地测量方法进行滑坡监测，通常布设测边测角控制网。常规精密大地测量方法监测水平位移，技术手段成熟，适应性强，但有时网形复杂，观测条件较多，观测周期长、费用高、工效低，适合中小型滑坡的水平位移监测。   

通常用精密水准测量方法对滑坡进行垂直位移监测，又称沉降观测，该方法属于一维变形测量。根据监测精度要求不同，通常采用一等水准测量或二等水准测量的精度要求进行。观测采用精密水准仪或电子水准仪，配用因瓦水准尺。进行沉降监测一般是须设置基岩标，作为地面沉降观测的基准点，再在沉降地域布设沉降观测点，以一定周期重复进行水准测量，经过多期水准测量和地面沉降观测资料的分析研究，计算出各沉降观测点的各期沉降量、累计沉降量、沉降速率等数据，从而为沉降区域的治理提供科学依据。

3.1.2 GPS测量技术

GPS 在测量中的应用主要有两种方式:绝对定位和相对定位。差分相对定位至少需要两台接收机，差分的目的主要是为了消除接收机钟差、卫星钟差以及削弱空间相关的大气延迟误差，通过相应得GPS后处理软件进行数据处理，可使GPS测量精度达到毫米级，这种模式称为静态测量模式。Real Time Kinematic(简称RTK)GPS定位技术是一种基于载波相位观测值的实时动态相对定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，这种模式成为动态测量模式，其测量精度约为1~2厘米。GPS具有其独特的优越性，它克服了传统的变形监测方法的众多缺陷，但缺点就是价格昂贵。

3.1.3 视觉位移测量技术

（视觉位移）的全称是基于高清图像处理技术的智能化位移监测系统。该系统结合了高分辨率摄像机与前沿的图像分析算法，能够实时捕捉和处理目标区域的动态变化。系统能够精确识别并计算多个标靶的微小位移，生成多个坐标（x、y）。这一能力确保了监测多个点位的位移，具有数据的高精度与高可靠性，为滑坡结构安全提供全面的监控与评估。此外，该技术为工程管理与维护决策提供了科学依据，助力构建更为安全和智能的基础设施监测体系。

普讯物联网有限公司开发的多点图像位移测量系统（简称：PX-DIC-TG-800A）采用高清图像处理技术的智能化位移监测技术，利用先进的数字图像模糊识别及亚像素处理等技术，实现了前端高精度多点二维位移测量，并通过物联网实现数据云端一体化；可用于多点动态挠度、静态挠度、位移和振动等长期监测场景。其测量精度约为2mm（10米距离）。

系统配合上视频RTU Vrtu-V6为位移监测摄像机提供网关服务，可以使用4G或者有线网络为整个系统供网。其中RTU又可以接入多路485传感器，再由RTU上报位移数据与传感器数据。

3.1.4 实施与规范要求

一、变形监测布设原则:

监测网基准点是进行水平位移和垂直位移观测的工作基点，应布置在稳定的地区，远离滑坡体。

监测网基准点的数量在满足控制滑坡范围的条件下不易过多;图形强度应尽可能高，确保监测网基准点坐标误差不超过2~3毫米。

滑坡体上监测点的布置应突出重点、兼顾全面，尽可能在滑坡前后沿、裂缝和地质边界线等处设点。当滑坡上还有深部位移(如钻孔测斜仪、多点位移计等)测孔(点)时，也应尽量在这些测孔(点)附近设点，以便相互比较、印证。

监测点应布置在稳定的基础上，避免在松动的表层上建点，且测点数宜尽量少，以较少工作量，缩短观测时间。

监测垂直位移的水准点应布置在滑坡体以外，并必须与监测基准点的高程系统统一。

3.2滑坡环境监测

除了变形位移监测，山体滑坡的监测还应包括以下数据：

这些数据结合位移监测，可以更全面地评估滑坡风险并提前预警。以上各种监测需要用到对应的传感器，配合安装方法与对接数据遥测终端并上传数据到服务器。

四、集成视觉位移的滑坡自动化监测方案设计

4.1系统框架结构

如上图所示，通过在潜在滑坡体的适当位置布置专门的监测仪器，用来监测滑坡体的地表位移、表面裂缝、深部位移、倾斜变形、地下水位以及环境降雨量，这些监测仪器通过专门的数据采集装置进行自动采集并记录，再通过RTU网关使用TCP通讯传输方式将采集的数据发送到远程的中心数据接收站。

远程中心数据接收站只需要通过配套的CS服务器即可实现数据的现场采集、实时监控、异常测值报警的目的，从而可远程监控该滑坡体的地表位移、深部变形和相应的变形速率，以及环境量变化等实时状况，实现对动态监控滑坡体变形发展及灾害预警。

集成视觉位移的滑坡自动化监测方案主要分为地表（整体）位移监测与其他环境监测，下面分别介绍具体方案。

 4.2地表（整体）位移监测

对于高危滑坡体或高边坡，以其变形监测为重点，即对监测对象在表面布设若干个位移测点，同时在两个不同高程各布设一套深部位移监测仪器，共同监测边坡或滑坡体的位移变形或倾斜情况，实时监测其稳定情况。

普讯物联网有限公司的多点图像位移测量系统（简称：PX-DIC-TG-800A），采用高清图像处理技术的智能化位移监测技术，利用先进的数字图像模糊识别及亚像素处理等技术，实现了前端高精度多点二维位移测量，并通过物联网实现数据云端一体化；可用于多点动态挠度、静态挠度、位移和振动等长期监测场景。

                                                                                    图 普讯多点图像位移测量系统示意图

4.3其他环境监测

4.4位移监测系统

普讯多点图像位移测量系统主要由硬件子系统和软件子系统组成：硬件子系统主要含多点图像位移测量相机、靶标、视频RTU等组成；软件子系统由调试客户端、Web云平台等构成。

PX-DIC-TG-800A多点图像位移测量相机集成基于图像识别的高精度位移测量边缘算法，实时输出被测量对象二维位移，并实时上报普讯CS服务器进行后端数据存储、前端展示和数据分析及事件预警等。

普讯多点图像位移测量系统硬件子系统主要包括图像位移识别相机、测量靶标和视频RTU等。

4.4.1硬件子系统

（1）图像位移相机

图像位移测量相机为硬件核心产品，拥有800W像素分辨率，在夜间及其他较为恶劣的环境下仍能稳定工作。系统配备高性能的红外或低光照摄像设备，能够在低光照条件下清晰捕捉标靶信息，保证测量精度。

                                       图 图像位移测量相机

技术参数：

（2）靶标

PX-DIC-TG-800A多点图像位移测量标靶，尺寸300mm*300mm，贴有发光贴（夜间监测），配有0.5m和1m的安装支架。

                                                                                                    图 靶标 PX-DIC-YB

靶标技术参数：

（3）视频RTU

视频RTU Vrtu-V6为位移监测摄像机提供网关服务，可以使用4G或者有线网络为整个系统供网。

                                 图 视频RTU Vrtu-V6

视频RTU技术参数：

4.4.2 软件子系统

软件子系统由调试客户端、Web云平台等构成。

普讯多点图像位移测量软件子系统主要含普讯客户端、桌面配置工具、web云平台等。

                                                                                            图 普讯客户端

                                                                                             图 Web云平台

                                                                                             图 位移监测桌面配置工具

                                                                                          图 客户端查看位移数据

4.5位移监测系统安装示意图

（1）监测横向位移示意图

（2）监测纵向位移示意图