科技扶贫在行动 ｜ 长安大学公路灾害智能监测预警系统投入使用并成功预警

7月14日，商洛市首个公路灾害智能监测预警系统在商南县金丝峡镇乡道207乔家坡滑坡段建成并投入使用。据悉，该监测预警系统由长安大学援建，由公路学院李家春科研团队提供技术支持。包含北斗监测站、北斗基站、地表位移计等设备，引入我国最新的北斗3号系统技术及移动互联网、大数据分析技术，实现实时滑坡监测预警，探索高新技术在农村公路风险管控方面的应用。

基本情况

//为什么在商南县乔家坡公路投入使用？

商南县作为大秦岭的封面，又名“鹿城”。位于陕西省东南部，为三省八县结合部，属于陕西省下辖县市。地处中国南北分界线秦岭以南，大巴山北坡，属长江流域汉江水系丹江中游地区，行政区划属于中国西北，地理区划属于中国南方。

商南县地处中纬度偏南地带，属于亚热带季风性气候。由于北有秦岭天然屏障，阻挡寒潮不易侵入，致使气候温暖，雨量充沛，四季分明，冬无严寒，夏无酷暑。年平均温度14.0℃，年极端最高温为40.5℃；历史极端最低气温为零下21℃。与月平均气温的年内变化规律相同，7 月最热， 元月最冷。气温空间分布受海拔影响，具体表现为：南北深山气温低，中部的312 国道沿线及丹江两岸气温高，东部高，西部低，最大冻土深度14cm，多年最大平均冻土深度10cm。商南县降水受地形地貌影响，地域分布很不均匀，南北深山区多于中部，而东部又高于西部。全县多年平均降水量862.5mm，多年最大降水量为1211.5mm（2017 年），多年最小降水量为593.4mm（2013 年）。

商南县城区

商南是国家级贫困县，农村公路是广大农村经济发展的基础、是广大农村最大的民生工程。但由于建设资金少、公路等级低，农村公路沿线地质灾害基本未经治理，每年、特别是汛期公路因塌方、滑坡、泥石流时有中断，严重制约了农村生产和生活，也成为影响脱贫的重要环节。

乔家坡滑坡位于商南县金丝峡镇将石沟村乔家坡，农村公路乡道Y207开白路从滑坡中前部通过，E110°30′0.52″,N33°21′21.28″，海拔高度为1185m。乔家山滑坡所在区平均降水量800mm。该区域属侵蚀中高山地貌，斜坡平均坡度30°。

滑坡路段

地层岩性：D3x星红铺组浅变质碎屑岩，即千枚岩为主，夹泥灰岩，该岩组之上为板岩。滑坡体千枚岩节理发育，风化强烈，坡面残坡积层1-2m，片理产状与公路斜交，倾角45°。滑体沿片理面滑动，滑动方向245°，即向西南方向。

滑坡体千枚岩

本项目拟选择典型农村公路滑坡路段，引入我国最新的北斗3号系统技术及移动互联网、大数据分析技术，实施滑坡监测预警试点，探索高新技术在农村公路风险管控方面的应用，促进当地经济发展，助力农村脱贫。

所在区域地质构造复杂，属商丹地壳对接带，即华北板块与扬子板块多期对接缝合带，构造形迹呈东西方向。该地段位于商南—丹凤大断裂（F1）以南约25公里，该一级断裂呈北西西向展布，北侧为北秦岭构造带，南为南秦岭构造带。断裂由多条相互平行伴生的脆— 韧性断层组成，宽100～2000m，碎性断裂破碎带发育碎裂岩、断层泥，北恻丹凤群分布区为强烈挤压的剪切片理化带和糜棱岩带，夹有构造透镜体、岩块、岩片等。断面总体南倾，倾角50～75°。该断裂形成于晚元古代，加里东期、华力西期、印支期强烈活动，以韧性变形为主要特征，燕山期叠加了脆性应变。新生代该断裂带仍有活动。因此各种区域构造现象发育，岩体破碎，属地质灾害易发地层和构造带。

乔家坡滑坡平面呈舌状，面积15000㎡，体积约8×104 m，属小型牵引式顺层滑坡，由于修建农村公路对滑坡下部有开挖扰动，诱发岩层顺层滑动形成滑坡。该滑动整体性好，一旦滑动将以整体下滑方式切断公路，造成交通中断。

乔家坡滑坡卫星影像

//为什么要监测？

（1）通过监测滑坡动态，实时掌握滑坡变形情况和对乡道207的影响，发现危险通过监测系统自动发出预警，避免人员伤亡和不必要的损失。

（2）通过监测数据分析为公路养护提供科学的决策依据和建议。

//监测设备长啥样？

1、北斗GNSS位移监测一体机

北斗位移监测一体机

2、拉线式位移传感器

地表位移计现场图

3、视频监控

视频监控安装效果图

4、科技扶贫牌

长安大学科技扶贫标识牌

//滑坡/边坡监测中运用了哪些高新技术？

1、 北斗定位导航技术

北斗位移监测的最大优点是绝对位移，量程没有限制，监测仪器性能稳定，基本不需要维护。

2、传感器：地表位移计

这种传感器原理简单、技术成熟、性能稳定、精度高（0.1mm）、价格较低。缺点是必须拉线，测的也是相对位移，不能测位移真实方向。

目前的地表位移计自动化程度高，现场可以无线/有线组网，多个传感器以物联网方式通讯。

3、物联网

物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体，它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络

4、移动互联网

滑坡/边坡监测均在野外，缺乏有线接入互联网的条件，通过移动互联将数据传输至互联网平台（云平台），实现远程实时监测。

5、大数据

监测系统实时采集数据，具有数据量大、更新频率高、数据来源多样、数据中混杂大量噪声、真实性特点，是典型的大数据。

6、云计算平台

监测数据通过物联网、移动互联网接入云服务器，在服务器上部署的监测系统软件自动分析处理数据。用户可在全世界任何一台互联网终端同时看到监测数据（包括视频），不再需要在电脑上安装其他软件，为用户节约了成本。

7、人工智能

监测系统中，在北斗RTK数据分析时用到机器学习，在视频监测中用到人工智能，在其他数据分析时也用到机器学习算法。

通过上述技术的集成应用，现在可以在千里之外掌握细微的变化动态。

成功预警

监测设备于7月10日安装完成，7月13日全部正常上线运行。该设备在运行后不久就成功地监测到了一起公路滑坡事件。

7月21日晚上21：00左右开始降暴雨（视频影像），强降雨持续到22日早晨4：00。强降雨引发上边坡原有滑塌松散体浅表层滑动，伴随强降雨形成小型坡面泥石流，堆积掩埋道路边沟及2/3路面宽度，长度约10米，体积约30立方米。

视频监测实时画面

裂缝计监测数据显示，自监测以来至7月21日21点，滑坡稳定。7月22日7:00,位移计2号发生20mm变形，7月22日9:50,位移计1号发生0.3mm变形。位移异常变化表明，上边坡存的前期裂缝，强降雨渗入降低了边坡稳定性，有启动迹象，但尚未达到整体滑坡的条件。

位移计2号突变位移

位移计21号异常位移

与此同时，北斗位移监测系统也发挥了有效作用。北斗位移监测安装在路基上，主要监测路基稳定性。自监测以来数据波动极小，波幅小于1mm，表明路基稳定，路基不受暴雨影响，强降雨条件下路基仍处于稳定状态。

高精度北斗水平位移监测曲线

由设备的监测数据可以看出，此次滑坡的滑坡体整体基本稳定，上边坡表层松散层在强降雨条件下易形成小型滑塌或小块石滚落；路基稳定，上边坡变形与路基下边坡没有联系。

截止发稿时，公路灾害智能监测预警系统又自动发出了橙色预警信息，用户手机同步收到短信。技术人员目前正在赶往现场的路上。

监测预警信息

监测数据

此次成功预警证明“公路灾害智能监测预警系统”技术先进，实现了精准监测、科学预警，将在保障偏远地区农村公路安全以及人民的生命财产安全中发挥重要作用，也将成为长安大学科技扶贫的重要力量。

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党委宣传部 讯澜工作社

资料来源：李家春黄飞

编辑：孙婷婷

审核：羽禾