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1 邊坡監測的目的和意義
邊坡巖土體往往 呈現出非均質性與各向異性特性，在開挖、堆載、降雨、河 流沖刷、庫水位升降與地震等外部荷載作用下很容易進入局部或瞬態大變形乃至 失穩滑動。我國每年由于巖土體失穩而引發的大小滑坡數百萬次，由此造成的經 濟損失高達 100 ～ 200 億元，因暴雨、地震等引發的各類滑坡災害至上世紀 90 年代累計死亡超過 10 萬人。因此，對于邊坡工程特別是大型復雜邊坡，除了進 行常規的工程地質調查、測繪、勘探、試驗和穩定性評價外，尚應及時有效地開 展邊坡工程的動態監測，預測邊坡失穩的可能性和滑坡的危險性，并提出相應的 防災減災措施，對于確保國民經濟發展 與保障人民群眾生命財產安全具有重大意 義。
邊坡工程監測的主要目的是：
§ 評價邊坡施工及其使用過程中邊坡的穩定程度，并做出有關預報，為崩 塌、滑坡的正確分析評價、預測預報及治理工程等，提供可靠的資料和科學依據 ；
§ 為防治滑坡及可能的滑動和蠕動變形提供技術依據，預測和預報今后邊 坡的位移、變形的發展趨勢，通過監測可對巖土體的時效特性進行相關的研究 ；
§ 對已經發生滑動破壞的邊坡和加固處理后的滑坡，監測結果也是檢驗崩塌、滑坡分析評價及滑坡處理工程效果的尺度 ；
§ 為進行有關位移分析及數值模擬計算提供參數。
邊坡工程主要應用在交通、建筑、水利和礦山等各個建設領域中。
2 徠卡自動化邊坡變形監測系統介紹
徠卡測量系統作為優秀測量設備的供應商，為邊坡工程監測提供了優秀的高 精度監測設備外，根據全球眾多的應用案例，結合實際情況，提供最優的監測設 計方案。 通過發現 早期不穩定因素， 可以防止安全隱患區域 發生滑坡坍塌，避免 造成事故傷亡及經濟損失。
2.1 邊坡自動化監測系統結構圖
根據 邊坡監測具體要求，選擇采用監測機器人或者 GNSS 進行自動化監測， 或者兩者配合運行。依據系統結構圖，可以將整個系統劃分成如下五個部分：
§ 傳感器
§ 供電系統
§ 通訊系統
§ 避雷系統
§ 服務器系統
監測傳感器參考位置需選擇常年穩固的位置，監測位置依據滑坡趨勢和相關 要求布設在感興趣位置或 滑坡斷面上； 24 小時不間斷供電保證傳感器采集的數 據完整性；根據現場通訊條件選用最佳的通訊方式將數據從監測現場實時回傳到 監測控制中心；優秀的監測控制軟件能夠統一管理監測傳感器與大量監測原始數 據，計算監測位置的位移信息，為用戶決策提供可靠依據。
2.2 系統實施
2.2.1 傳感器安裝
監測傳感器包括 TM30 ，氣象傳感器， GNSS 設備等。
2.2.1.1 TM30 監測機器人安裝
TM30 觀測站、基準控制點是整個系統的原始基準，點位一定要布設在穩定 可靠的地方，全站儀觀測墩最好澆在基巖上，以防止點位變形；點位周圍沒有大 的遮擋或干擾，為防止點位被破壞，在觀測點外圍還需要建立觀測房。
1. 觀測房建設
全站儀觀測房主要起防塵、防雨和防破壞的功能。
考慮到防盜 問題， 一般 設計為有人值守的觀測 房 。觀測房設計為 2 室， 1 室 安置 TM 30 全站儀，另 1 室放置一張床和相關生活及取暖設施?？紤]到北方冬夏 溫差較大，為保證觀測精度，安置全站儀的房間里不能取暖，觀測時不能透窗觀 測，觀測房內溫度需要與室外一致；而居住管理員的房間內則需要安裝取暖裝置 。 2 個房間要用 隔熱墻 完全分開，進戶時走不同的 防盜門。
該設計不僅便于防盜，而且對于保護儀器設備穩定性，延長系統使用壽命等 都具有重要意義。土建的工作包括建筑材料準備、觀測房、建造混凝土觀測墩、 基座底盤和對中螺絲和所需的電纜管道鋪設等工作。
觀測房主體將采用鋼混結構建設，觀測窗宜采用電控自動金屬卷簾門結構。 建造觀測 房還應根據現場實際情況靈活設計。
現場全站儀控制箱技術規格為：不小于 60cm （高）× 40cm （寬）× 20cm （高）， 要求有絕緣背板，供設備安裝使用。
2. 棱鏡 點布設
棱鏡點分為后視點與監測變形點，其中后視點必須布設在穩定可靠的位置， 作為機器人工作時的定向點。 監測變形點選在 邊坡斷面上或者能反應邊坡形變的 位置 ，并且安裝牢靠，棱鏡類型也選取同一標準，一經安裝，不能隨意拆除。
為防雨、防風、防盜，所有棱鏡必須裝有棱鏡保護罩， 參考式樣如下：
2.2.1 .2 氣象傳感器
氣象傳感器應置于通風遮蔭干燥處，一般安置在觀測房外部木質百頁箱制成 的氣象觀測箱內，木質百頁箱的規格為 40cm × 40cm × 20cm ，內設有供氣象儀安 裝的背板。 如圖所示：
氣象傳感器實時監測溫度和氣壓條件，通過 GeoMoS 軟件識別并對測量數 據進行氣象自動改正，進一步提高數據精度。
2.2 .1.3 GNSS 安裝
1. 選址測試
根據《全球定位系統（ GPS ）測量規范》 ，基準點和監測點選址時應滿足以 下基本要求：
§ 便于安置接收設備和操作，視野開闊，視場內障礙物的高度角不宜 超過 15 °
§ 遠離大功率無線電發射源（如電視臺、電臺、微波站等），其距離不 小于 200 m ；遠離高壓輸電線和微波無線電信號傳送通道，其距離不 應小于 50 m ；
§ 附近不應有強烈反射衛星信號的物件（如大型建筑物等）；
§ 交通方便，并有利于其他測量手段擴展和聯測；
§ 地面基礎穩定，易于標石的長期保存；
§ 充分利用符合要求的已有控制點；
§ 選站時應盡可能使測站附近的局部環境（地形、地貌、植被等）與 周圍的大環境保持一致，以減少氣象元素的代表性誤差。
選址測試工作非常關鍵，數據須用專業質量分析軟件（ Spider QC ）進行完整 性、多路徑等關鍵因素分析，滿足條件了才能確定為站點。
2. 觀測點土建
GNSS 點在完成選址測試之后，根據觀測墩建設規范，建設帶有強制對中盤 的 GNSS 觀測墩。若觀測墩在野外，必須建造防護欄。
3. GNSS 傳感器安裝
涉及傳感器部分的 GNSS 安裝簡單，天線通過連接螺絲與強制對中盤相連， 接收機則擺放在配電箱中。
2.2 .2 供電系統
邊坡監測環境一般比較惡劣，很少可以通過市電供給，考慮到監測傳感器功 率普遍較低，單個最高不超過 10W ，完全可以通過光伏系統發電進行供給。 光 伏系統一般分為兩類：獨立太陽能供電系統和并網太陽能供電系統。獨立太陽能 供電系統分獨立直流供電系統和獨立交直流供電系統，而并網太陽能供電系統則 一般指光伏并網發電系統。 邊坡監測普遍 采用獨立交直流供電系統，其原理如圖 ：
供電系統的設計是以當地的日輻射時數及月平均日輻射量的分布狀況為依 據 , 從可靠性（負載要求的可利用時率為條件）和經濟型（客戶所能接受的價位） 兩方面綜合考慮，確定出既能滿足負載用電要求，又使成本最低的太陽能電池方 陣和蓄電池容量組合。 可供參考的公式如下：
光伏供電設計合理，系統既可靠又經濟，維護周期長，反之將嚴重影響系統 運行，所以野外光伏供電系統設計非常重要。
2.2 .3 通訊系統
隨著科技的進步，越來越多的通訊方式被用到測量中，目前可以實現的通訊 方式有： RS485 電纜通訊，光纖通訊， GPRS 通訊，電臺通訊和無線網橋通訊。根 據邊坡監測的實際環境，合理選用通訊方式。
通訊是自動監測系統中非常重要的一部分，與數據獲取息息相關。良好的通 訊系統是完整有效數據的有力保障。下表為常用幾種通訊方式的優缺點，僅供參 考：
當整個系統設計到此時，現場點位上的設備、線纜很多，必須要將它們安裝在一個配電箱中，配電箱內部參考式樣如下，若有蓄電池，推薦使用膠體蓄電池 和地埋箱：
安裝配電箱時，需注意以下幾點：
§ 防水、散熱好，避免夏天箱內溫度過高；
§ 箱體結實，防盜性能好；
§ 箱內布線整齊、合理，易于檢查與維修。
2.2 .4 避雷系統
避雷系統需防范直擊雷和感應雷。 帶電積云與地面目標之間的強烈放電稱為 直擊雷 ，而放電時，巨大的 沖擊雷電流在周圍空間產生迅速變化的強磁場 稱為感 應雷。感應雷若不及時泄入地下，可能產生放電火花，引起設備損壞。
1. 直擊雷
全站儀觀測房以及 GPS 天線和接收機附近必須安裝避雷針，避雷針與天線橫 向距離不小于 3m ，避雷針高度按照“滾球法”確定，粗略計算即可。
2. 感應雷
保護器安裝在 GPS 接收機的天饋線路上，如下圖所示。當受到雷擊過電壓時， 雷電流通過保護器雷電支路泄放到大地，從而保護 GPS 接收機的安全。
安裝說明：
§ 將保護器安裝在防雨淋的地方。
§ 將饋線和主機分別接在保護器的兩端。
§ 用 2.5mm 2的絕緣銅導線將保護器的接地焊片連接到配電箱上。連接線 應盡量短。
維護：
避雷器無需特別維護，平時只需檢查保護器輸入、輸出和接地線兩端連接是否可靠。當通信中斷或通信質量下降時，可將保護器去掉，并把天線和 GPS 接收 機相連，若通信狀態變好，說明是保護器問題應更換或送修。
2.2 .5 服務器系統
系統服務器安置在大壩監測中心，一般采用機架式服務器，服務器上安裝徠 卡監測軟件 GNSS Spider 和 GeoMoS 。如下圖所示：
系統服務 器安裝時需注意以下幾點：
§ 安裝在線式 UPS ，確保即使斷電系統也可以繼續運行一段時間；
§ 機柜中布局合理，線纜整齊，必要時制作銘牌；
§ 分開安裝 Spider 和 GeoMoS 軟件，系統運行更穩定；
§ 有固定 IP ，獨享 1M 帶寬；
§ 不得作為其他用途使用。
Spider 軟件
徠卡 GNSS Spider 是一個高度集成化的軟件套裝，用于中心化控制和運行 GNSS 站點網。 GNSS Spider 是模塊化的，同時也是一個具有可擴展性的軟件，實 現中心化數據分發，數據訪問管理，其主要功能如下：
§ 對本地的和遠程 GNSS 接收機進行配置和控制
§ 從接收機按一定時間間隔進行了數據下載
§ 數據歸檔和數據分發
§ 生成單站和網絡 RTK 改正數
§ 查看用戶狀態信息與系統運行信息
GeoMoS 軟件
GeoMoS 是由徠 卡測量系統研發的自動化監測軟件平臺，其軟件主要由兩部 分組成：監測器和分析器。監測器已經擁有成熟的測量和計算程序，能為要求極 高精度的應用提供理想的解決方案。分析器可以圖形化和數字化呈現數據。其結 果可用不同的方法來顯示，比如時間序列圖，從而表示在所選擇時間段上的移動 趨勢。很多點可以同時在一個圖像上表示。
3 小結
本文主要介紹了徠 卡邊坡自動化監測系統中傳感器安裝、供電系統、通訊系 統、避雷系統以及服務器系統的實施方案，徠卡優秀的軟硬件系統有機組合在一 起，充分發揮了徠卡測量系統高品質的特點，為邊坡安全防治工程保駕護航。
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