基于北斗定位系统的“互联网+”公路高大边坡变形长期监测与滑坡灾害预警技术
【成果名称】基于北斗定位系统的“互联网+”公路高大边坡变形长期监测与滑坡灾害预警技术
【完成单位】杭州都市高速公路有限公司
【鉴定/评价日期】2020-12-07
【被鉴定/评价的水平】国际先进
【成果内容简介】
结合国家“交通强国”战略需求，需要积极推动我国自主研发的北斗卫星导航系统在交通领域的应用，其中边坡安全监测是重要的应用方向。目前边坡变形监测大多采用传统的人工测量方式，少有的自动化监测技术多局限于美国GPS。本项目依托杭州绕城高速公路西复线杭绍段工程，对公路高大边坡安全开展基于北斗GNSS变形监测设备和系统研发、高精度变形数据处理、监测方案优化、变形预测和滑坡灾害风险预警研究，形成了公路高边坡北斗GNSS变形监测技术和滑坡预警方法。取得了下面三个创新成果：
（1）基于载波相位差分和卡尔曼滤波方法提出了北斗GNSS边坡变形高精度数据的综合处理方法，相比传统人工测量技术变形发展趋势基本一致，同时可以满足工程安全监测精度要求，建立了北斗GNSS定位系统高大边坡长期变形监测系统物联网平台，实现了边坡变形监测数据的实时采集与处理；
（2）基于灰色理论建立了不同工况的边坡变形关联度分析方法，通过关联度确定了高边坡变形敏感位置，从而提出了基于北斗GNSS技术的边坡监测优化布置方法，对比传统人工测量方式评估了其经济性，形成了基于北斗定位技术的公路高大边坡变形长期监测系统与应用指南；
（3）结合北斗GNSS监测大数据建立了基于FOS-ELM的公路边坡变形预测方法，实现了监测点时间序列变形的单步、多步超前以及耦合降雨量的变形预测。考虑了岩土体强度参数的空间变异性建立了边坡变形稳定性可靠度分析方法，通过强度折减法建立了边坡各监测点位移与强度折减系数的关系，依据边坡稳定状态判别方法确定了边坡长期稳定性的变形预警指标和暴雨作用下边坡短期稳定性的变形预警指标，从而结合边坡变形预测实现了边坡变形破坏的超前预报。
【成果前景介绍】
北斗卫星导航系统不仅关乎我国国防安全，同时也对进一步提高人民生活水平具有深远影响，目前正在成为全球性的卫星系统，根据国家“交通强国”战略需求需要积极推动我国自主研发的北斗卫星导航系统在交通领域的应用，其中边坡安全监测是其应用的重要方向。因此，本课题依托杭州绕城高速公路西复线杭绍段工程，深入研究基于北斗GNSS公路高大边坡变形监测技术与滑坡灾害预警方法，为今后高边坡安全监测与预警提供一定指导。通过采集原始卫星观测数据，采用载波相位差分定位方法解算变形量，同时运用卡尔曼滤波法进行变形数据降噪处理，实现北斗GNSS边坡变形高精度解算。结合依托工程形成了北斗GNSS变形监测现场布置和安装测试指南，运用物联网平台实现了边坡长期变形监测系统。基于数值分析获得的边坡变形特征运用灰色理论对边坡变形监测布置进行优化，兼顾北斗GNSS监测技术的经济性和现场安装操作性，提出北斗GNSS边坡变形监测布置原则。运用深度学习方法建立边坡变形预测方法，同时结合边坡变形稳定可靠度分析方法获得边坡发生位移的概率分布规律，提出了边坡长期变形预警指标和暴雨条件短期变形预警指标的确定方法，实现了边坡变形破坏的超前预警。最终建立了公路高边坡北斗GNSS变形监测与滑坡预警技术，该关键技术可为今后工程应用提供重要的理论支撑和应用指导，进一步降低滑坡灾害造成的人民财产损失，大大提高了公路高大边坡滑坡灾害预警能力。