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前言随着我国高速公路建设向山区的延伸，高填深挖路基较为普遍。
由于边坡内部岩土力学作用的复杂性，从地质勘察到处治设计均不可能完全考虑边坡内部的真实力学效应，为了反映边坡岩土体的真实力学效应、检验设计施工的可靠性和处治后的边坡的稳定状态，边坡工程监测有极其重要的意义。
通过边坡工程的监测，可以达到下述作用：评价边坡施工及其使用过程中边坡的稳定程度，并做出有关预报，为业主方、施工方及监理方提供预报数据，跟踪和控制施工进程，对原有的设计和旌工组织的改进提供最直接的依据，对可能出现的险情及时提供报警值，合理采用和调整有关施工工艺和步骤，做到信息化施工和取得最佳经济效益。
为防治滑坡及可能的滑动和蠕动变形提供技术依据，预测和预报今后边坡的位移变形的发展趋势，通过监测可对岩土体的时效特性进行相关的研究，通过监测可掌握崩塌、滑坡的变形特征及规律，预测预报滑坡体的边界条件、规模、滑动方向、失稳方式、发生时间及危害性。
并及时采取防灾措施，尽量避免和减轻工程和人员的灾害损失。
对已经发生滑动破坏和加固处理后的滑坡，监测结果也是检验崩塌、滑坡分析评价及滑坡处理工程效果的尺度。
因而，监测既是崩塌滑坡调查、研究和防治工程的重要组成部分，又是崩滑地质灾害预报信息获取的一种有效手段。
通过监测可为决策部门提供相应参数数据，为有关方面提供相应的对策。
边坡工程远程监测的意义边坡工程的安全监测包括施工安全监测、处治效果监测和长期动态监测。
一般以施工安全监测和处治效果监测为主。
从边坡工程安全角度来说，监测就是要基本掌握边坡的变形发展方向、大小及发展趋势；了解潜在滑动体、滑动面及主要滑动区域内不同部位、不同岩体的变形及发展情况；通过观测，分析边坡滑动变形的影响因素；对边坡变形进行预报，并为最终治理边坡滑坡提供依据。
为了能够对边坡稳定性实施连续观测、自动采集、发送、处理观测数据的远程监控系统是目前边坡稳定性监测的重要方向。
通过对滑坡体深层位移、滑坡体倾斜、地下水、地表裂缝、环境量的监测，配合无线数据采集传输接收系统，可以形成一套完整的监测预警体系。
Science and Technology & Innovation｜科技与创新2024年第08期DOI：10.15913/ki.kjycx.2024.08.022边坡预警防控系统研究综述＊徐俊哲1，张吉勇1，2，葛浩然1（1.江西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州341000；2.江西省矿业工程重点实验室，江西赣州341000）摘要：阐释了滑坡灾害的现有情况，分析了边坡预警防控系统的发展和应用，从边坡预警方法、预警内容、防控任务和系统原则4个方面进行综述，探究了传统边坡监测和人工智能边坡预警防空系统存在的不足，展望了边坡预警今后的发展方向及优势。
关键词：边坡监测；边坡预警；防控系统；智能化中图分类号：P642.22 文献标志码：A 文章编号：2095-6835（2024）08-0083-03中国边坡不仅复杂多样，且广泛存在于矿山、水利、公路等工程领域中，随着高速公路铁路、水力设施和大中小型矿山的建设等，各地的边坡数量正在逐年上升，边坡发生垮塌事件的概率加大，关于边坡危害预警防治的研究就显得尤为重要。
目前，边坡监测工程已经成为边坡工程中不可缺少的重要组成部分，边坡预警防控系统技术的引入已成为边坡工程发展不可替代的一部分。
1 边坡预警系统的分类1.1 边坡预警系统概述边坡是一个结构性质复杂的天然力学系统，受各种因素的共同制约，形成了一个较为稳固的力学体，但当某一因素或多个因素发生变化时，存在的天然平衡系统就会被打破，边坡就会以势不可挡的速度开始崩塌，若此刻才开始进行预警就会为时已晚。
因此，在现实条件的边坡工程中，及时预见边坡的危险因素是非常重要的，通过对边坡安全系数的计算分析，建立边坡预警防控系统是有效避免边坡垮塌带来损失的重要手段。
边坡预警主要是对边坡进行力学分析，掌握边坡的力学性质并对其稳定性进行分析，判断影响边坡稳定性的关键因素，进行边坡关键因素监控预防。
对于整个边坡工程而言，一方面要对全局进行布控，另一方面也要对其薄弱部位进行重点监测，通过实时获得的数据及发展情况对可能发生的边坡问题进行预警，采取有效的安全措施以保障人民生命财产安全[1]。
边坡工程监测预警技术研究摘要：边坡工程是中国山地地区常见的工程类型之一，其稳定性关系到人身和财产的安全。
边坡工程的监测和预警技术研究对于提高边坡工程的安全性具有重要意义。
本文主要针对边坡工程的监测预警技术进行了综述，包括监测方法、预警参数选取和预警方法等方面，并对现有的边坡工程监测预警技术进行了评述，提出了未来边坡工程监测预警技术的发展方向。
1.引言边坡工程是在山地地区进行的土木工程类型之一，其涉及到土体的稳定性和滑坡等地质灾害的防治。
边坡工程的施工和运营过程中，由于地质条件的复杂性和外界因素的不断变化，边坡工程的稳定性可能受到影响，从而引发地质灾害。
边坡工程的监测和预警技术的研究对于提高边坡工程的安全性具有重要意义。
2.边坡工程监测方法边坡工程的监测方法主要包括现场观测法、遥感监测法和数值模拟等。
2.1现场观测法现场观测法是边坡工程监测的传统方法，通过在边坡上设置测点和测量设备，对边坡的变形和应力进行实时监测。
常用的测点有测斜仪、测地仪、应力计和振动传感器等。
现场观测法具有监测实时性好、监测数据可靠性高等优点，但需要人工定期到现场进行监测，监测范围受限，监测结果容易受到人为因素的干扰。
2.2遥感监测法遥感监测法是指利用卫星遥感技术或无人机遥感技术对边坡工程进行监测。
遥感监测技术具有监测范围广、监测频率高等优点，可以实时获取边坡的变形信息。
但遥感监测技术受天气等因素影响较大，且对监测设备要求较高。
2.3数值模拟数值模拟是利用计算机模拟边坡工程的变形和破坏过程。
数值模拟方法可以模拟边坡的变形和应力分布，可以预测边坡的稳定性，并对边坡工程的安全性进行评估。
但数值模拟方法需要较多的实时监测数据作为输入，模型参数的选取和模型的准确性也对模拟结果产生影响。
边坡工程的监测预警参数是指预警系统根据监测数据判断边坡是否存在危险的依据。
边坡工程监测预警参数的选取需要考虑到边坡工程的特点和监测目标。
边坡工程的变形参数是边坡的变形程度，常用的变形参数有边坡的位移、坡度变化和曲率等。
自动化监测预警系统在边坡监测工程中的应用摘要：边坡在发生滑坡前，一般会有一个缓慢发展的过程。
因此，通过对边坡进行实时监测，可以掌握边坡的稳定性状态，实现在边坡发生滑坡前进行有效的预防措施。
传统的边坡稳定性监测方法大都是依靠经纬仪、水准仪或全站仪等仪器进行人工监测，精度低且效率不高。
随着网络技术和测绘技术的发展，测量机器人、三维激光扫描、GNSS技术和物联网技术等先进技术已经逐渐应用于露天矿边坡稳定性监测中。
为矿山安全生产提供了强有力的保障，提高了矿山安全生产水平。
本文通过实例分析自动化监测预警系统在边坡监测工程中的应用。
关键词：自动化监测预警系统；边坡监测；应用1工程概况及安全监测等级划分某矿区位于单面山，总体地势呈现东高西低。
矿区采用台阶式分层采矿法，采区自上而下按15m高的台阶逐层开采，采矿场分为22个开采平台。
矿区最终开采高度约315m，边坡地层主要为顺层灰岩。
根据相关规范规定可知：该边坡属于高边坡（200～500m），高度等级指数H为2级；开采设计的顺向坡最终边坡角为40°～44°，反向坡最终边坡为49°～55°，根据露天采场边坡总边坡角等级划分，坡度等级指数A为1级；根据地质报告和边坡工程勘察报告，该矿区地质条件较为简单，地质条件等级指数G为3；根据边坡安全系数F对露天矿山采场边坡稳定性进行滑坡风险分级，该矿区采场边坡滑坡风险等级为4。
露天矿山采场边坡安全监测等级按边坡的变形指数和滑坡风险等级共同确定，当边坡变形指数和风险指数取值不在同一监测等级时，取两者中较高等级。
其中变形指数由式（1）确定。
D=H+A+G （1）式中，D为变形指数；H为高度等级指数；A为坡度等级指数；G为地质条件指数。
综上所述，矿区边坡的变形指数D为6级，滑坡风险等级为4。
当边坡变形指数和风险指数取值不在同一监测等级时，取变形指数和风险等级中较高的。
因此，该矿区边坡安全监测等级为2级。
1边坡监测的重要性边坡的安全与否关乎国家与百姓利益和安全，边坡出现安全隐患将造成人民财产的巨大损失,为确保边坡能够更好的发挥社会效益与经济效益，边坡的安全管理工作非常重要，必须对边坡的安全进行实时监测，随时掌控边坡的实时动态，同时也为边坡的维护提供有效依据，保障边坡的安全，就是保障国家与人民的安全。
2边坡安全监测系统边坡安全监测系统主要有以下几部分组成：1、数据感知部分：各监测指标各类型智能传感器；2、数据采集部分：自动化采集系统；3、数据传输部分：有线/无线；4、控制分析部分：监控中心软件，数据显示平台系统功能：1、实现对边坡重要数据的实时采集、传输、计算、分析；2、直观显示各项监测数据，监测数据的历史变化过程及当前状态；3、一旦出现紧急情况，系统能及时发出预警信息；4、可实现安全监测信息的多级共享；5、可实现安全预警信息的发布。
边坡监测内容与设备选择，表面位移监测：GPS接收机、静力水准仪；内部位移监测：固定测斜仪、多点位移计；渗流量监测：渗压计、土壤墒情仪；降雨量监测：雨量计；裂缝监测：测缝计；支护结构监测：应变计、钢筋计、土压力计。
3边坡安全监测仪器设备ELT-15X型斜坡倾斜仪（智能）VWP型振弦式渗压计（智能）VWD-J型振弦式测缝计（智能）GN-1B型固定式测斜仪（智能）MCU-32自动测量单元GDA1602(4)单点采集模块南京葛南实业有限公司创建于1998年，是专业从事岩土工程安全监测仪器及系统的研发、生产、销售、服务的高科技型企业。
公司智能振弦式传感器及自动化采集系统在国内处于领先水准，产品出口16个国家和地区，应用在2000多个水电站、大型桥梁及军事工程。
公司始终注重新技术的研发投入和应用转化，致力于向客户提供承载最新技术、精准优质的仪器设备。
公司现有产品十五大类二百多个品种：应变、应力、水位、压力、位移、温度、倾斜、沉降、标定设备、电缆及附件、测量仪表、自动测量单元、单点采集模块、水雨情监测、软件及云平台。
智能公路监测与交通安全应急预警技术研究交通安全一直是人们关心的焦点，而智能公路监测与交通安全应急预警技术的研究与应用则是近年来广受关注的领域。
本文将对该领域相关技术进行探讨。
一、智能公路监测技术智能公路监测技术是指借助物联网、云计算等技术手段，对公路交通情况进行实时监测、数据分析、预警预测及管理等一系列集成化智能化服务。
智能公路监测技术通过路面传感器、视频监控、智能交通信号灯、GPS 定位等多种技术手段，综合监测交通状况，对于交通拥堵、事故预警等方面给予多方位、多层级、多维度、多元化的实时监控。
在不断发展的智能交通领域中，智能公路监测技术将会成为不可或缺的一部分。
二、交通安全应急预警技术交通安全应急预警技术是指在发生交通事故等紧急情况时，借助信息技术手段，对驾驶员及时进行预警和提醒，从而保障人身、车辆及交通设施的安全。
交通安全应急预警技术主要包括智能车载系统、高架监测系统、航空监测系统等，可以通过大数据分析和实时监测等手段，快速判断危急情况，发出声光警报并向系统运营者发送提示信息，在第一时间为驾驶员提供紧急处置方案，保障驾驶员和交通安全。
交通安全应急预警技术的应用更是推进了安全的基础环境建设，提高了高速公路的管理水准，确保了人民生命财产安全，减少了不必要的人员损失和经济损失。
三、发展趋势当前，随着各地交通压力的加大，智能公路监测和交通安全应急预警技术的关键技术逐渐成熟，越来越多的智能公路监测和交通安全应急预警系统正在陆续推向市场。
同时，人工智能、物联网、云计算等新兴技术的快速发展，也为智能公路监测和交通安全应急预警技术的应用提供了有力支撑，未来该领域的发展势必更加迅速。
总之，智能公路监测和交通安全应急预警技术对于提高交通安全和服务水平有着重要作用。
在日益增长的汽车拥有量和出行需求下，各相关领域应积极探索技术与应用的合作模式、协同创新的切入点，使技术标准得到更全面的落地，让人类出行更加便捷，也更安全。
高速公路边坡安全自动监测预警系统的研究与应用吴仁平浙江金丽温高速公路有限公司浙江杭州 310004摘要：结合高速公路边坡工程特点与安全管理要求，开展基于TDR技术的边坡安全自动监测与预警系统的研究与应用，基于同轴电缆变形、破坏模拟试验，揭示同轴电缆的变形破坏特性及相应的TDR检测曲线变化规律；研究同轴电缆布设原则和埋设方式，TDR监测数据自动采集和远程数据传输技术，以及同轴电缆变形报警阀值，开发了一套集边坡安全自动监测预警系统。
关键词：高速公路；边坡安全；TDR技术；实时监测；自动报警S lope’s Automatic Monitoring and Warning Based on TDR TechnologyRenPing WuZhejiang Jinliwen Expressway Company LimitedAbstract: Based on TDR technology, this paper develops the research centering on slope’s automatic monitoring and warning alarm. Upon TDR’s fundamental theory and carrying out coaxial cable deformation and destruction simulating experiments, the characteristics of coaxial cable deformation and destruction and their respective reflection laws are understood; Moreover, both of coaxial cable arrangement and grout, as well as automatic collection of monitoring data and remote data transmission, are studied; On top of that, threshold values of coaxial cable deformation are investigated, finally, a complete set of software, includes data processing and monitoring and warning alarm, is developed. Slope’s real-time monitoring and warning alarm are realized at last. Keywords: expressway; slope safety; TDR technology; real-time monitoring; automatic warning 0 引言山区高速公路边坡工程地质条件复杂、影响因素多、管养难度大，一旦发生边坡变形破坏通常会对公路运营安全及司乘人员生命财产造成严重后果。
以往主要依靠管养人员现场巡查判断来进行边坡安全监测，对重点复杂或高度较高的高边坡进行各种专业仪器试验与监测，存在成本高，费时费力，无法及时把握边坡坡体与防护结构潜在安全风险等问题，尤其是在养护资金有限的情况下，造成某些边坡得不到及时的科学管控。
时间域反射（TDR）测试技术是一种电子测量技术，其应用研究始于二十世纪初期，应用领域较为广泛，最早应用于电力和通讯工业上，用于确定通信电缆和输电线路的故障与断裂；在国防和电讯等领域也已应用多年，主要用于确定飞行器飞行的空间位置、电话电缆的缺陷位置和各种材料的特性。
二十世纪七十年代后，时间域反射测试技术开始用于地质勘查工作，到九十年代中期，TDR 技术开始用于地质灾害的监测工作。
[1～5]基于TDR技术的边坡监测预警方法改变传统的分散式监测为分布式监测，具有布设灵活、成本相对低廉、操作简单、直观可靠和便于实时远程自动监测预警等优点，特别适用于对大量边坡进行全面安全管控。
1 TDR技术的基本原理TDR技术采用同轴电缆作为传输具有一定能量瞬时脉冲的传播介质，电脉冲信号沿着同轴电缆向前传播，当脉冲信号遇到同轴电缆的特征阻抗发生变化的地方，便会在同轴电缆中产生一个反射信号，这个反射信号称之为TDR信号。
通过对同轴电缆的发射信号与反射信号同时进行测量和对比计算分析，根据同轴电缆本身的特征参数，就能确定电缆的故障位置和性质。
在进行TDR 测试的实际工程应用中，若发射信号为 Vt ，反射信号为 Vr ，则反射信号 Vr 与发射信号 Vt 的比值称为反射系数，用ρ表示，即：Vt Vr /=ρ。
由于反射系数能够反映同轴电缆中反射信号的变化情况，因此，我们可以采用反射系数来详细地描述电缆的状态。
当同轴电缆的末端处于开路状态时，电缆的反射信号与发射信号大小相等，并且相位相同，则反射系数为＋1；与之相反，当同轴电缆的末端处于短路状态时，电缆中的反射信号与发射信号大小相等，并且相位相反，则反射系数为－1；当电缆的特征阻抗发生了变化的时候，其反射系数等于则在＋1 与－1 之间的某个确定值。
如果电缆阻抗变小，反射信号幅值减小，那么其反射系数为负值，相反，如果电缆阻抗变大，反射信号幅值增大，那么其反射系数为正值。
[6～8]2 同轴电缆变形特性的现场试验研究2.1 试验的目的和意义同轴电缆的变形与TDR 反射信号存在一定的联系，通过现场试验，分析两者间的联系可以作为分析、判断边坡位移动态变化的依据。
因此，现场试验的主要目的有以下四个：（1）确定基于TDR 技术的同轴电缆的埋设方法。
（2）确定能灵敏地反应电缆变形的砂浆配合比。
（3）厘清同轴电缆的变形规律。
（4）确定合理的电缆变形报警阀值。
通过在实际监测工点进行大量模拟破坏试验，排除影响监测效果的各种不利影响因素，分析、处理试验数据，为TDR 技术在边坡自动化监测与安全预警的应用及推广提供必要的支持。
2.2 变形破坏试验鉴于钻孔埋线试验周期较长，且孔内土体具体变形情况不宜观察，因此试验时，采用水平布线埋设，通过观察、分析电缆的变形总结电缆的变形规律。
具体布线前，先开挖用于埋设同轴电缆的水平试验槽，再在每个试验槽埋设2条同轴电缆，最后用砂浆握裹。
经过7～10天的养护期，水泥砂浆达到设计强度的75～80%，便可进行模拟变形破坏试验；经反复多次试验以最终确定可行的电缆埋设方式和砂浆配合比。
（1）在试验场地内选择适宜的位置开挖试验槽，断面尺寸为10cm*20cm ，槽长20m 左右，挖槽须顺直。
（2）安装电缆前，应先做好同轴电缆末端的防水处理，避免因地下水的渗入造成对反射波形的影响。
（3）电缆埋设时，在试验槽底部先铺一层厚5～7cm 厚的水泥砂浆找平层，再放置电缆（裸线），最后再上往铺一层5～7cn 的水泥砂浆（砂浆配合比为1:2）覆盖层。
同时，沿沟槽长度方向每隔5m 左右开设一个置放吨位为50t 的千斤顶槽，作为模拟破坏试验的反力装置。
详见图1，同轴电缆现场布置埋设示意图。
⑷用千斤顶给砂浆体逐步增加荷载，随着外力的增加，砂浆体变形逐步增大，电缆变形反射曲线亦逐渐增大（见图2电缆的触发变形曲线）；当外力达到一定程度时，握裹同轴电缆的砂浆开始产生微小裂缝，此时电缆变形反射曲线如图3所示（触发报警阀值设置为m,监测曲线中粗红点表示电缆变形值超过变形阀值）；试验还发现，当相对反射系数60ρm）后，电缆反射曲线并不随砂浆体及其包裹的电缆的变形增大而达到一定值（500～550ρ增大，而是保持“相对稳定”的变形状态，如图4所示；当砂浆体变形足够大后，电缆破坏，此时变形曲线出现剧变，如图5所示。
图1 同轴电缆现场布置埋设示意图图2砂浆体初始变形相对应的电缆反射曲线图3 电缆反射曲线随着砂浆变形增大而增大图4 电缆反射曲线不随砂浆体变形增大而增大图5 电缆破坏时反射曲线⑸确定电缆接长时触发变形的报警阀值。
基本原理：在外接不同长度的电缆条件下，当砂浆体产生与未接长时相当的初始变形时对应的报警阀值来测出不同电缆长度的触发变形报警阀值。
图6是埋设长度为18m电缆的试验槽外接50m电缆触发变形时的变形反射曲线。
未接长m，便可明显地捕捉到变形信息；接长后调整不同的变时，电缆的变形预警阀值设为60ρm时，可捕捉到变形信息。
同样的方法可测出形预警阀值，最终得到当预警阀值设为50ρm，如图7所示。
接长100m时电缆的预警阀值为30ρm时68m电缆初始变形曲线图6 预警阀值为50ρm时118m电缆初始变形曲线图7 预警阀值为30ρ2.3 试验结果分析由变形破坏模拟试验可知：由砂浆体握裹的电缆的变形规律是可循的，且电缆的变形范围较祼线变形范围大；较理想的砂浆配合比为1：2，在此配合比下，电缆的触发变形值较能真实反应实际变形情况；剥去外皮的同轴电缆变形更灵敏，更有利于实际应用。
m，但触发变形的变形量微小，肉眼不宜观察且易产电缆的触发变形报警阀值为60ρ生误报警。
因此，实际应用时，将报警阀值设置为120，砂浆体变形较大，周围土体也发生一定的变形，产生误报警的概率已大大降低，同时也有利于巡检人员检查变形发展情况。
通过不同连接长度时电缆的衰减特性试验可知：当电缆长度在30m以内时，电缆对信号的衰减很少，可忽略不计；当电缆接长50m时，变形信号衰减约50%；接长100时，信号衰减了约75%。
此外，通过试验可知，电缆接长时，其变化规律也与未接长时一致。
即反射曲线变化随m），砂浆体与其所包着砂浆体变形的增大而增大，当反射系数达到一定值后（500～550ρ裹的电缆变形增大，但反射曲线变形幅度并不增大，直到电缆随着砂浆体的变形增大而剪断，反射曲线才出现急骤的变化。
3 边坡自动化监测3.1 监测数据采集本试验采用美国 CAMPBELL SCIENTIFIC公司生产的TDR监测系统，主体设备包括电源、CR1000数据采集器、TDR100时域反射仪，SDMX50八通道多路器，作为传感器的同轴电缆及配套的PCTDR、LOGGERNETT软件等。
TDR100可采集一个通道的监测数据，通过与SDMX50八通道多路器、CR1000采集器连接后可采集八个通道的监测数据，采集的内容因监测内容的不同而异，达数百种。
对于本文所研究的边坡变形监测，其主要采集的数据有采集时间、电池电量、仪器温度、采集通道名称及其他与变形监测相关的各种数据。
采集的数据储存于CR1000数据采集器中，应用与CR1000采集器相配套的LOGGERNET软件实现采集。
编辑采集程序时，可按一定的电缆间隔长度设定测数据采集频度，对于监测要求较高的边坡，沿电缆长度每隔0.1m采集一个监测数据，一般边坡每隔0.2m或0.5m采集一个监测数据，而采集时间间隔可根据采集密度设置，一般为12h 或24h。
