gnss位移監(jiān)測(cè)儀的開(kāi)發(fā)及在公路邊坡中的應(yīng)用

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　　GNSS 位移監(jiān)測(cè)儀的開(kāi)發(fā)及在公路邊坡中的應(yīng)用

　　一、GNSS 位移監(jiān)測(cè)儀的開(kāi)發(fā)目標(biāo)與技術(shù)要點(diǎn)

　　公路邊坡多位于山區(qū)，面臨降雨沖刷、車輛震動(dòng)、地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)等影響，需 GNSS 位移監(jiān)測(cè)儀具備小型化、低功耗、抗干擾、高精度四大核心特性。開(kāi)發(fā)過(guò)程圍繞硬件架構(gòu)、軟件功能、防護(hù)設(shè)計(jì)三大維度展開(kāi)：

　　(一)硬件架構(gòu)優(yōu)化

　　采用 “多模 GNSS 芯片 + 輕量化主板 + 集成化模塊" 設(shè)計(jì)：選用支持北斗三號(hào)、GPS、GLONASS 的多模定位芯片，定位精度達(dá)水平 ±2mm、垂直 ±3mm，采樣率可在 1Hz~10Hz 間靈活調(diào)整，滿足公路邊坡細(xì)微變形捕捉需求;主板集成數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、傳輸功能，體積壓縮至傳統(tǒng)設(shè)備的 1/3(長(zhǎng) × 寬 × 高 = 15cm×10cm×8cm)，適配公路邊坡狹窄安裝空間;供電模塊采用 “太陽(yáng)能電池板 + 鋰電池" 組合，鋰電池容量 10000mAh，低功耗模式下續(xù)航可達(dá) 15 天，解決山區(qū)無(wú)市電供電難題;數(shù)據(jù)傳輸模塊支持 4G/5G 與 LoRa 雙模，4G/5G 保障實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)回傳，LoRa 適配信號(hào)薄弱區(qū)域短距離組網(wǎng)，確保數(shù)據(jù)不中斷。

　　(二)軟件功能定制

　　開(kāi)發(fā)專屬數(shù)據(jù)處理軟件，核心功能包括：一是實(shí)時(shí)誤差修正，內(nèi)置電離層、對(duì)流層延遲動(dòng)態(tài)修正模型，結(jié)合公路邊坡地形數(shù)據(jù)(如坡度、坡向)補(bǔ)償多路徑效應(yīng)，將定位誤差進(jìn)一步降低 15%~20%;二是分級(jí)預(yù)警，預(yù)設(shè)公路邊坡安全閾值(日均變形速率>1mm 觸發(fā)黃色預(yù)警，>3mm 觸發(fā)紅色預(yù)警)，超標(biāo)時(shí)自動(dòng)通過(guò)短信、平臺(tái)推送預(yù)警信息至養(yǎng)護(hù)部門;三是數(shù)據(jù)可視化，支持位移曲線、邊坡變形熱力圖實(shí)時(shí)展示，便于管理人員直觀掌握邊坡穩(wěn)定狀態(tài)。

　　(三)防護(hù)性能強(qiáng)化

　　針對(duì)公路邊坡多雨、粉塵多、車輛震動(dòng)大的環(huán)境，監(jiān)測(cè)儀外殼采用 IP67 防水防塵材質(zhì)，抗沖擊等級(jí)達(dá) IK08;天線加裝防雷接地裝置，耐受 10kV 直擊雷;設(shè)備底部設(shè)計(jì)可拆卸固定支架，適配邊坡混凝土基座、鋼構(gòu)立柱等多種安裝場(chǎng)景，確保長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

　　二、在公路邊坡中的應(yīng)用實(shí)踐

　　(一)監(jiān)測(cè)儀布設(shè)方案

　　結(jié)合公路邊坡風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)差異化布設(shè)：高風(fēng)險(xiǎn)邊坡(坡高>30m、巖層破碎)每 50m 布設(shè) 1 臺(tái)監(jiān)測(cè)儀，重點(diǎn)覆蓋坡頂、坡腳及裂縫發(fā)育區(qū)域;中低風(fēng)險(xiǎn)邊坡(坡高 10~30m、土質(zhì)穩(wěn)定)每 100~150m 布設(shè) 1 臺(tái)，形成 “點(diǎn) - 線 - 面" 結(jié)合的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。布設(shè)時(shí)避開(kāi)公路紅線內(nèi)車輛通行干擾區(qū)，天線安裝高度不低于 2m，確保視野無(wú)遮擋。

　　(二)應(yīng)用案例：某山區(qū)高速公路邊坡監(jiān)測(cè)

　　某山區(qū)高速公路 K23+500~K23+800 段邊坡為粉質(zhì)黏土邊坡，坡高 28m，歷曾因暴雨發(fā)生小型滑塌。2024 年 3 月，該路段部署 12 臺(tái)定制開(kāi)發(fā)的 GNSS 位移監(jiān)測(cè)儀，開(kāi)展為期 6 個(gè)月的監(jiān)測(cè)應(yīng)用。

　　應(yīng)用：一是精準(zhǔn)捕捉變形，監(jiān)測(cè)期間 5 號(hào)監(jiān)測(cè)儀(位于邊坡中部)在 4 月暴雨后出現(xiàn)持續(xù)變形，日均變形速率從 0.3mm/d 升至 1.2mm/d，系統(tǒng)觸發(fā)黃色預(yù)警;二是支撐應(yīng)急處置，養(yǎng)護(hù)部門根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)對(duì)該區(qū)域采取 “截水溝疏通 + 錨桿加固" 措施，1 個(gè)月后變形速率回落至 0.2mm/d 以下，避免邊坡失穩(wěn)影響公路通行;三是降低養(yǎng)護(hù)成本，相比傳統(tǒng)人工巡檢(每月 2 次，單次成本 5000 元)，監(jiān)測(cè)儀實(shí)現(xiàn) 24 小時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，半年節(jié)省養(yǎng)護(hù)成本 4.5 萬(wàn)元，同時(shí)避免人工巡檢的安全風(fēng)險(xiǎn)。

　　此外，監(jiān)測(cè)儀數(shù)據(jù)與公路養(yǎng)護(hù)管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)接，管理人員通過(guò)平臺(tái)可遠(yuǎn)程查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史趨勢(shì)，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)值守，大幅提升管理效率。

　　三、應(yīng)用總結(jié)與展望

　　定制開(kāi)發(fā)的 GNSS 位移監(jiān)測(cè)儀，通過(guò)硬件小型化、軟件智能化、防護(hù)強(qiáng)化設(shè)計(jì)，適配公路邊坡復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景，在精度、穩(wěn)定性、易用性上均滿足公路養(yǎng)護(hù)需求。未來(lái)可進(jìn)一步優(yōu)化：一是開(kāi)發(fā)多傳感器集成版本，融合傾角、滲壓數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)更全面的邊坡?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè);二是引入邊緣計(jì)算技術(shù)，在監(jiān)測(cè)儀本地完成數(shù)據(jù)預(yù)處理，降低數(shù)據(jù)傳輸量與延遲，為公路邊坡安全監(jiān)測(cè)提供更高效的技術(shù)支撐。