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1、(10)申请公布号 CN 103077585 A (43)申请公布日 2013.05.01 CN 103077585 A *CN103077585A* (21)申请号 201310007315.4 (22)申请日 2013.01.09 G08B 21/10(2006.01) G08B 25/00(2006.01) (71)申请人 中铁二十一局集团有限公司 地址 730000 甘肃省兰州市城关区和平路 63 号 (72)发明人 唐述林 (74)专利代理机构 甘肃省知识产权事务中心 62100 代理人 刘继春 (54) 发明名称 高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警方 法与系统 (57) 摘要 本。
2、发明基于高边坡岩土物理力学参数、 地下 水动力学理论以及 FLAC3D技术， 建立高边坡稳定 性三维数值模型 ； 并基于 VTK 商业软件系统建立 三维可视化预警平台 ； 采集高边坡表面测点三维 坐标数据、 滑动面错动滑移数据以及滑动面周围 孔隙水压力实时监测数据， 并传输到远程用户计 算机进行处理， 高边坡稳定性三维数值模型利用 得到的最初数组数据完成自我参数修正并给出各 参数模型阈值， 之后模型将得到的后续实测数据 进行综合分析并与整体模型阈值进行比对， 并通 过三维可视化安全预警平台进行展现和分级安全 预警 ； 所有预警信息通过与远程计算机连接的短 信模块， 以手机短信方式发送至相关人员。
3、的手机， 从而完成高边坡综合稳定性远程三维数字安全预 警。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103077585 A CN 103077585 A *CN103077585A* 1/2 页 2 1. 一种高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警方法， 包括下述步骤 ： （1） 选择一高边坡作为被研究区域， 查明其工程地质环境， 收集该高边坡岩土物理力学 参数以及实施预警系统区域的水文气象资料 ； （2） 远程监测和数据处理主机安装美国 。
4、Ashtech 阿什泰克 GPS 解算软件 solution ； 远 程监测和数据处理主机基于步骤 （1） 所得高边坡岩土体物理力学参数、 基于地下水动力学 理论以及连续介质快速拉格朗日分析程序 FLAC3D建立高边坡稳定性三维数值模型， 高边坡 稳定性三维数值模型主要包括高边坡应力场模拟、 应变场模拟以及土体含水率变化对应力 应变场的影响模拟等， 高边坡稳定性三维数值模型给出位移场特征参数， 包括潜在滑动面 位置 ； （3） 远程监测和数据处理主机基于岩土体强度c、 折减法计算给出高边坡潜在滑动 面 ； 基于 VTK(Visualization Toolkit) 商业软件系统建立高边坡稳定性。
5、三维可视化安全 预警平台 ； （4） 依据高边坡表面地貌形态、 高边坡稳定性三维数值模型给出的位移特征参数与潜 在滑动面位置， 在高边坡以外适当位置设置 GPS 基准点， 并在高边坡表面安装若干高精度 双频 GPS， 完成 GPS 定位系统布设 ； 在高边坡竖直安装若干测斜仪并竖直穿越滑动面， 同步 穿越滑动面安装若干孔隙水压力计 ； 采集高边坡表面测点三维坐标实时监测数据， 采集高 边坡滑动面错动滑移实时监测数据以及滑动面周围孔隙水压力数据， 所有采集数据被传输 到远程监测和数据处理主机， 加载至高边坡稳定性三维数值模型 ； （5） 高边坡稳定性三维数值模型利用得到的最初数组数据完成自我参数。
6、修正并给出各 参数模型阈值， 之后模型将得到的后续实测高边坡表面测点位移数据、 滑动面滑移数据以 及孔隙水压力数据进行综合分析， 并与整体模型阈值进行比对， 通过高边坡稳定性三维可 视化安全预警平台进行展现并对超警戒参数进行分级安全预警 ； 所有预警信息通过与远程 计算机连接的短信模块， 以手机短信方式发送至相关人员的手机， 从而完成高边坡综合稳 定性远程三维数字安全预警。 2. 一种高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警系统， 包括 GPS 定位系统， 依次连接 的自动化数据采集仪、 GPRS 静态数据采集仪、 通信发射基站、 商用卫星、 通信接收基站、 互联 网及远程计算机 ； 自动化数据采。
7、集仪输出端无线连接 GPRS 静态数据采集仪， GPRS 静态数 据采集仪、 通信发射基站、 商用卫星、 通信接收基站、 互联网之间依次无线信号通讯连接， 互 联网与远程计算机连接， 远程计算机连接有 F2003GSMDTU 短信模块， F2003GSMDTU 短信模块 与数个手机无线信号通讯连接 ； 其特征在于 ： 还包括若干测斜仪 （15） 与若干孔隙水压力计 （16） ； GPS 定位系统、 测斜仪 （15） 与孔隙水压力计 （16） 有线连接至自动化数据采集仪 （2） 输入端。 3. 如权利要求 2 所述的一种高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警系统， 其特征在 于 ： GPS 定位系。
8、统包括数个高边坡表面 GPS 接收仪 （1） 与基准点 GPS 接收仪 （4） ； 高边坡表 面 GPS 接收仪 （1） 与基准点 GPS 接收仪 （4） 之间有线连接， 高边坡表面 GPS 接收仪 （1） 、 基 准点 GPS 接收仪 （4） 、 测斜仪 （15） 与孔隙水压力计 （16） 连接到一根连接主线 ； 连接主线与 自动化数据采集仪 （2） 输入端连接。 4. 如权利要求 3 所述的一种高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警系统， 其特征在 于 ： 在高边坡以外设置基准点 GPS 接收仪 （4） ， 在高边坡表面 （6） 设置数个 GPS 接收仪 （1） ， 权 利 要 求 书 CN。
9、 103077585 A 2 2/2 页 3 在高边坡多处位置均竖直穿越滑动面 （7） 设置数个测斜仪 （15） 和数个孔隙水压力计 （16） ， 每处设置的数个测斜仪 （15） 构成一组测斜仪， 每处设置的数个孔隙水压力计 （16） 构成一 组孔隙水压力计， 三组测斜仪与三组孔隙水压力计以及 GPS 定位系统通过一根连接主线与 自动化数据采集仪 （2） 输入端连接。 权 利 要 求 书 CN 103077585 A 3 1/4 页 4 高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警方法与系统 技术领域 0001 本发明属于公路、 铁路、 水利水电等相关高边坡地质灾害工程领域， 用于高边坡稳 定性的安全。
10、预警 ； 具体涉及高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警方法， 本发明还涉及 高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警系统。 背景技术 0002 随着高等级公路、 山区铁路、 大中型水电站和各种边 （岸） 坡工程等的建设， 滑坡 等地质灾害频发， 高边坡稳定性越来越多引起业界人们的关注， 开发高边坡综合稳定性远 程三维数字安全预警具有十分重要的实际意义。 国内外在高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警研究方面尚少， 根据国内文献， 虽 然我国极少数公路、 矿产、 海底隧道、 铁路已构建有数据库、 隧道施工多元信息预警与安全 管理， 但至目前为止， 尚未见集高边坡稳定性三维数值模型以及三维可视化安全预警。
11、平台 于一体的高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警的文献报道。 发明内容 0003 本发明要解决的技术问题在于提供一种高边坡综合稳定性远程三维数字安全预 警方法， 本发明要解决的第二技术问题在于提供一种高边坡综合稳定性远程三维数字安全 预警系统。使用本发明提供的方法与系统， 能够实时连续监测高边坡表面测点三维坐标变 化情况以及高边坡滑动面错动滑移情况， 并将实测数据实时连续传输到远程监测和数据处 理主机， 根据高边坡表面逐级位移数据、 滑动面滑移数据以及孔隙水压力数据， 完成对高边 坡稳定性分级预警。 0004 本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下 ： 一种高边坡综合稳定性远程三 维数字。
12、安全预警方法， 包括下述步骤 ： （1） 选择一高边坡作为被研究区域， 查明其工程地质环境， 收集该高边坡岩土物理力学 参数以及实施预警系统区域的水文气象资料 ； （2） 远程监测和数据处理主机安装美国 Ashtech 阿什泰克 GPS 解算软件 solution ； 远 程监测和数据处理主机基于步骤 （1） 所得高边坡岩土体物理力学参数、 基于地下水动力学 理论以及连续介质快速拉格朗日分析程序 FLAC3D建立高边坡稳定性三维数值模型， 高边坡 稳定性三维数值模型主要包括高边坡应力场模拟、 应变场模拟以及土体含水率变化对应力 应变场的影响模拟等， 高边坡稳定性三维数值模型给出位移场特征参数，。
13、 包括潜在滑动面 位置 ； （3） 远程监测和数据处理主机基于岩土体强度c、 折减法计算给出高边坡潜在滑动 面 ； 基于 VTK(Visualization Toolkit) 商业软件系统建立高边坡稳定性三维可视化安全 预警平台 ； （4） 依据高边坡表面地貌形态、 高边坡稳定性三维数值模型给出的位移特征参数与潜 在滑动面位置， 在高边坡以外适当位置设置 GPS 基准点， 并在高边坡表面安装若干高精度 说 明 书 CN 103077585 A 4 2/4 页 5 双频 GPS， 完成 GPS 定位系统布设 ； 在高边坡竖直安装若干测斜仪并竖直穿越滑动面， 同步 穿越滑动面安装若干孔隙水压力计 。
14、； 采集高边坡表面测点三维坐标实时监测数据， 采集高 边坡滑动面错动滑移实时监测数据以及滑动面周围孔隙水压力数据， 所有采集数据被传输 到远程监测和数据处理主机， 加载至高边坡稳定性三维数值模型 ； （5） 高边坡稳定性三维数值模型利用得到的最初数组数据完成自我参数修正并给出各 参数模型阈值， 之后模型将得到的后续实测高边坡表面测点位移数据、 滑动面滑移数据以 及孔隙水压力数据进行综合分析， 并与整体模型阈值进行比对， 通过高边坡稳定性三维可 视化安全预警平台进行展现并对超警戒参数进行分级安全预警 ； 所有预警信息通过与远程 计算机连接的短信模块， 以手机短信方式发送至相关人员的手机， 从而完。
15、成高边坡综合稳 定性远程三维数字安全预警。 0005 本发明解决上述第二技术问题所采取的技术方案如下 ： 一种高边坡综合稳定性远 程三维数字安全预警系统， 包括 GPS 定位系统， 依次连接的自动化数据采集仪、 GPRS 静态 数据采集仪、 通信发射基站、 商用卫星、 通信接收基站、 互联网及计算机 ； 自动化数据采集仪 输出端无线连接 GPRS 静态数据采集仪， GPRS 静态数据采集仪、 通信发射基站、 商用卫星、 通信接收基站、 互联网之间依次无线信号通讯连接， 互联网与远程计算机连接， 计算机连接 有 F2003GSMDTU 短信模块， F2003GSMDTU 短信模块与数个手机无线信。
16、号通讯连接 ； 其特征在 于 ： 还包括若干测斜仪与若干孔隙水压力计 ； GPS 定位系统、 测斜仪与孔隙水压力计有线连 接至自动化数据采集仪输入端。 0006 应用时， 依据高边坡表面地貌形态、 高边坡稳定性三维数值模型给出高边坡位移 场特征参数， 包括潜在滑动面位置， 确定 GPS 接收仪在高边坡表面的布设位置数量以及测 斜仪和孔隙水压力计在高边坡滑动面的布设位置数量。 0007 本发明提供了一种基于 GPS 定位系统、 测斜仪以及孔隙水压力计的高边坡综合稳 定性远程三维数字安全预警技术。 应用本发明能使相关人员根据预警信息及时采取预防 措施， 同时提高了处于高边坡附近人员安全性。 附图说。
17、明 0008 图 1 是高边坡表面 GPS 接收仪、 测斜仪与孔隙水压力计布置纵断面示意图， 图 2 是高边坡表面 GPS 接收仪、 基准点 GPS 接收仪、 测斜仪、 孔隙水压力计、 自动化数据 采集仪以及 GPRS 静态数据采集仪布置平面示意图， 图 3 是本发明结构关系、 数据从现场传感器至手机的传输示意图。 0009 图中 ： 1高边坡表面 GPS 接收仪， 2自动化数据采集仪， 3GPRS 静态数据采集 仪， 4基准点 GPS 接收仪， 5滑坡体， 6高边坡表面， 7滑动面， 8商用卫星， 9通信 发射基站， 10互联网， 11远程监测和数据处理主机， 也称远程计算机， 12F200。
18、3GSMDTU 短信模块， 13手机， 14通信接收基站， 15测斜仪， 16孔隙水压力计。 具体实施方式 0010 系统实施例 如图 1、 图 2 与图 3 所示 ： 一种高边坡综合稳定性远程三维数字安 全预警系统， 包括 GPS 定位系统、 三组测斜仪与三组孔隙水压力计， 依次连接的自动化数据 采集仪2、 GPRS静态数据采集仪3、 通信发射基站9、 商用卫星8、 通信接收基站14、 互联网10 说 明 书 CN 103077585 A 5 3/4 页 6 及计算机 11 ； GPS 定位系统包括三个高边坡表面 GPS 接收仪 1 与基准点 GPS 接收仪 4 ； 高 边坡表面 GPS 接。
19、收仪 1 与基准点 GPS 接收仪 4 之间有线连接， 高边坡表面 GPS 接收仪 1、 基 准点 GPS 接收仪 4、 测斜仪 15 与孔隙水压力计 16 连接到一根连接主线 ； 连接主线与自动化 数据采集仪 2 输入端连接 ； 自动化数据采集仪 2 输出端无线连接 GPRS 静态数据采集仪 3， GPRS 静态数据采集仪 3、 通信发射基站 14、 商用卫星 8、 通信接收基站 14、 互联网 10 之间依 次无线信号通讯连接， 互联网 10 与远程计算机 11 连接， 计算机 11 连接有 F2003GSMDTU 短 信模块 12， F2003GSMDTU 短信模块 12 与数个手机 1。
20、3 无线信号通讯连接。 0011 图 1 示出高边坡表面 GPS 接收仪 1、 测斜仪 15 以及孔隙水压力计 16 布设情况 ； 高 边坡包括高边坡表面 6、 滑坡体 5 和滑动面 7 ； 参见图 2， 在高边坡以外适当位置设置基准点 GPS 接收仪 4， 在高边坡表面 6 设置三个 GPS 接收仪 1， 在高边坡三处位置均竖直穿越滑动 面 7 设置数个测斜仪 15 和数个孔隙水压力计 16， 每处设置的数个测斜仪 15 构成一组测斜 仪， 每处设置的数个孔隙水压力计 16， 构成一组孔隙水压力计， 三组测斜仪与三组孔隙水压 力计以及 GPS 定位系统通过一根连接主线与自动化数据采集仪 2 。
21、输入端连接。本领域的技 术人员知道， 高边坡表面 GPS 接收仪 1 的数量、 在高边坡几处位置设置测斜仪 15 和孔隙水 压力计16， 以及每处位置所设置测斜仪15和孔隙水压力计16的数量， 具体应用时依据高边 坡表面地貌形态、 高边坡稳定性三维数值模型给出的位移场特征参数来确定， 并不受本实 施例的限制。 0012 远程计算机11安装有美国Ashtech阿什泰克GPS解算软件solution、 建立有高边 坡稳定性三维数值模型以及高边坡稳定性三维可视化安全预警平台。 高边坡稳定性三维数 值模型的建立是基于高边坡区域岩土体物理力学参数、 地下水动力学理论以及连续介质快 速拉格朗日分析程序FL。
22、AC3D， 主要包含高边坡应力场模拟、 应变场模拟以及土体含水率变化 对应力应变场的影响模拟等。 三维可视化安全预警平台基于VTK(Visualization Toolkit) 商业软件系统。 0013 方法实施例 （1） 选择一高边坡作为高边坡综合稳定性远程三维数字安全预警系统实施的对象 ； 查 明其工程地质环境， 收集该高边坡岩土物理力学参数以及实施预警系统区域水文气象资 料 ； （2） 在远程监测和数据处理主机安装美国 Ashtech 阿什泰克 GPS 解算软件 solution ； 远程监测和数据处理主机基于步骤 （1） 所得高边坡岩土体物理力学参数、 基于地下水动力 学理论以及连续介。
23、质快速拉格朗日分析程序 FLAC3D建立预警系统实施对象区域高边坡稳 定性三维数值模型， 高边坡稳定性三维数值模型主要包括高边坡应力场模拟、 应变场模拟 以及土体含水率变化对应力应变场的影响模拟等， 高边坡稳定性三维数值模型给出位移场 特征参数， 包括潜在滑动面位置 ； （3） 远程监测和数据处理主机基于岩土体强度c、 折减法计算给出高边坡潜在滑动 面 ； 基于 VTK(Visualization Toolkit) 商业软件系统建立高边坡稳定性三维可视化安全 预警平台 ； （4） 依据高边坡表面地貌形态、 高边坡稳定性三维数值模型给出的位移特征参数与潜 在滑动面位置， 在高边坡以外适当位置布设。
24、高精度双频GPS接收仪4作为基准点， 并在高边 坡表面安装若干同型号 GPS 接收仪 1， 完成 GPS 定位系统布设， 采集高边坡表面测点三维坐 说 明 书 CN 103077585 A 6 4/4 页 7 标实时监测数据 ； 在高边坡竖直安装测斜仪 15 并竖直穿越滑动面 7， 同步穿越滑动面 7 安 装孔隙水压力计 16， 采集高边坡滑动面错动滑移实时监测数据以及滑动面周围孔隙水压力 数据 ； 并将实时监测数据通过自动化数据采集仪 2 发送至 GPRS 静态数据采集仪 2， 再通过 GPRS 静态数据采集仪 3 附近通信发射基站 9 发至商用卫星 8， 之后传输到其他通信接收基 站 14。
25、， 并进入互联网 10 传输到用户计算机 11， GPS 数据经 GPS 解算软件 solution 解算处 理后输入高边坡稳定性三维数值模型 ； （5） 高边坡稳定性三维数值模型利用得到的最初数组数据完成自我参数修正并给出各 参数模型阈值， 之后模型将得到的后续实测高边坡表面测点位移数据、 滑动面滑移数据以 及孔隙水压力数据进行综合分析， 并与整体模型阈值进行比对， 通过高边坡稳定性三维可 视化安全预警平台进行展现并对超警戒参数进行分级安全预警 ； 所有预警信息通过与远程 计算机连接的短信模块， 以手机短信方式发送至相关人员的手机， 从而完成高边坡综合稳 定性远程三维数字安全预警。 说 明 书 CN 103077585 A 7 1/2 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103077585 A 8 2/2 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 103077585 A 9 。