实时监测促进了滑坡风险管理

由Angus W. Stocking

2018年9月30日，不列颠哥伦比亚省老堡（距离圣约翰堡不远）的200多名居民被城外几英里处发生的山体滑坡的轰鸣声所震惊，800万立方米（1050万立方码）的泥土、岩石和巨石冲垮了约1000米（0.6英里）从一个砾石坑到和平河湿地，在他们的道路上的所有东西，包括树木、公用设施和居民最关心的东西上都铺设了垃圾，距离居民的唯一通道——旧堡垒路约600米（2000英尺）。这是一声响彻全国的轰鸣，成为晚间新闻，几乎立刻引起了不列颠哥伦比亚省交通和基础设施部的注意。

被困在老堡的居民的安全是最紧迫的问题。当该部动员调查时，消息并不乐观。早期的现场检查表明，滑坡是一个重大的自然灾害，需要多年的时间来缓解。地方地质学家Westrek岩土的服务很快就能确认下滑是”引起的失败在基岩滑坡,在砾石采石场已经操作上面的山坡上老堡”,地面滑下移动了前几个月的大规模崩溃。

那次大规模的崩塌也没有标志着滑坡向下的进程的结束。尽管它释放了大量储存的能量，但故障仍在发生。坍塌三天后，测量了20米的额外位移。在接下来的几天里，4到50米的位移很常见。这些早期的测量结果非常令人震惊，以至于卑诗省公共安全部长迈克·法恩沃斯在10月7日采取了谨慎但有争议的步骤，疏散了整个城镇，这一行动影响了54户家庭和大约200名居民。

对每个人来说，这都是一段艰难而有压力的时期。考虑到山体滑坡的规模和持续的向下移动，环保部没有人能说清楚是什么时候，甚至是什么时候如果，旧堡垒路将被重建（紧急驳船和直升机从邻近的和平河撤离人员和财产），该部也无法确定该镇本身是否会幸免。一些居民担心他们可能永远无法搬回自己的房子。

复杂的监控，做得恰到好处

几天之内就开始对滑坡进行监测，铁道部人员迅速使用激光雷达设备进行日常飞越。这是提供覆盖数英亩滑坡区域的准确数据的有效且安全的第一步。在最初崩塌后最早和最危险的日子里，空中飞越也让工人们远离了滑梯。

但长期监测的LIDAR飞行是不可持续的，因为日常航班非常昂贵。此外，LIDAR工作只能每24小时记录数据，并且永远无法提供关于运动率的实时信息，这些信息用于自动提醒工人的滑坡快速增加运动可能发出另一个崩溃事件的运动。“激光雷达工作在滑坡后期的立即，早期的数据非常有帮助，”部门地理调查监督员Sean Macisaac说。“但我们知道我们需要确定何时何时稳定速度，以及建立临时道路和恢复公用事业的安全性，我们需要确定。

团队联系了David Rutledge, Leica Geosystems的结构监测主管，以及测量解决方案提供商空间技术公司，在滑坡发生后的两周内设计并安装了一个基于gnss的监测系统，从开始到完成。

Rutledge是在加利福尼亚州和不列颠哥伦比亚省的基础，让自己立即提供，因为被证明是他在职业生涯中涉及的许多监测项目中最迫切和复杂的东西之一。“设计一个可靠地和成本有效地测量实时的精确位移的系统是挑战。我们需要一个可以在时钟周围的毫米电平的三个维度中跟踪滑块的系统。这是为了了解幻灯片的机制，并确保我们没有以危害的方式放置任何人，“Rutledge说。“肖恩和他的团队真正了解风险，并开放了几个使这一解决方案成为可能的创新。”

他的一部分。麦克艾萨克说:“我的调查团队已经在徕卡地球系统设备上标准化很长时间了。鉴于形势的高风险，我们对徕卡经过考验的方法充满信心。”

监控方案由四个主要部分组成:

• 由徕卡地质系统设计的自定义GNSS纪念碑，由直升机移动到活动滑梯区域
• Leica Gm30监控接收器，用于跟踪GPS星座和Glonass星座
• Leica Geosystems设计了具有三向故障转移功能的通信系统，可实现最高可靠性。
• Leica Gemos Now！在线分析软件的定制实现，用于连续实时监测滑坡运动。

非常稳定的纪念碑……

从测量员的角度来看，在主动移动的滑坡上安装GNSS传感器是一项有趣的工作。拉特里奇和麦克艾萨克设计、建造和安装的这一创新的、史无前例的纪念碑设计很可能在未来几年的滑坡监测项目中产生影响。

为了在没有电网供电的情况下持续运行，GM30接收器需要一个基于太阳能的健壮的直流电源系统。它由一个合适大小的太阳能电池板和一个电池阵列组成，能够在任何天气下提供电力。为了保持整个系统的“底部沉重”和抗风倾倒，徕卡Geosystems设计了一个最小膨胀的混凝土圆筒底座，重量超过1700磅，使整个安装组件的重量超过一吨。

拉特利奇说：“像这样一个系统的替代物需要在现场安装钻机来建立一个深基础。”“但这将使成本翻两番，可能不是一个更好的解决方案。我们将纪念碑与预期位移信号相匹配，这是测量科学中经常被忽视的一个方面。设计和特殊的混凝土混合意味着我们可以在几天内制造出现场附近的所有东西。我们觉得我们有了f我们找到了一种安装GM30的好方法，这种GM30在旧堡垒的特殊条件下工作，从那时起，它们的性能证明了我们的正确性。我们现在在低毫米范围内跟踪滑块。”

一个问题仍然存在：一个问题是如何实现安装这些GNSS站位于已知危险不稳定的地形上？总而言之，最初的六个带安装支架的混凝土基座、电池组和太阳能电池板，当然还有GM30，都是在滑坡附近的一个限制区安装的，然后，在一天的时间里，将其升降到在滑坡上战略性分布的地点（除了一个安装在远离滑坡的地方并用作基站的接收器外）。“在大多数情况下，传感器放置在测量员可以安全行走的地点，然后在直升机降落时对底座和部件进行必要的组装，”MacIsaac解释道。“但我们确实在没有合理的步行通道的地方放置了一些，在这些情况下，我们在勘测员中继续前进并降低了高度，这对我们的团队来说是异常激动人心的野外工作日！”

初始的6个传感器就位后，位移数据立即可用。激光雷达的飞行又持续了几天，“只是为了检查GNSS的数据，帮助我们获得对设备的信任，”MacIsaac说。“这两组数据非常吻合。”GNSS数据的实时处理由Leica Spider软件完成，然后由GeoMoS Now!，一个基于云的分析工具。MacIsaac定义了用于自动生成警报信息的位移阈值，BC MOT和其他实体依赖这些警报信息，必须安全地与滑坡区域互动，并为当地房主和旅行公众提供指导。

徕卡地球系统监测系统已经投入使用一年多了，并提供了幻灯片位移的不间断记录(在低毫米水平)，支持了铁道部使用徕卡地球系统的专业技术、设备和软件来完成这项要求苛刻的任务。

“系统正常运行时间对我们来说非常重要，是我们监控解决方案的一个大型差异化，”Rutledge说。“我们的GM30S有内存可以分区，以便它的一部分首先开放。这意味着即使存在通信故障，或者如果事工的服务器失败，则该站点收集的所有数据都可以从此分区提供一年左右。我们会自动检索它并在系统返回后处理它。“

监测系统就位一个月后，MacIsaac和MOT岩土工程团队根据全球导航卫星系统数据得出结论，滑坡已经稳定，并批准重建旧堡垒道路、恢复公用设施服务和结束疏散命令。

压力系统测试

On November 29, 2018, just a few days after residents began to return home, a 4.5 magnitude earthquake was felt over the Peace River region and was particularly noticeable in Old Fort—the earthquake’s epicenter was less than 20 kilometers from the still-recovering town. Residents across Northeast B.C. reported strong tremors that rattled homes and businesses for several seconds. That kind of seismic activity worries anyone who feels it, but Old Fort residents were understandably more alarmed than most. Had the earthquake triggered a new, massive landslide event? One that could easily destroy the newly restored access to their little community, forcing another evacuation?

“这确实是一个惊喜，”麦西萨克说。“我们附近没有太多地震活动。当然，我的第一个想法是检查山体滑坡。”拉特利奇，他在该地区，也很担心。由于徕卡地球系统监测系统已经收集了一段时间的数据，他和MacIsaac现在能够登录到GeoMoS！网站，看看它是否引发了任何位移。MacIsaac说：“我们看了一下，可以马上证实根本没有位移，这非常令人惊讶。”。“卫生部能够立即给镇上的官员打电话，并满怀信心地告诉他们，他们的通行没有受到影响。”

正如拉特利奇所说，这是财政部的一大胜利，也是“风险管理的胜利”。MacIsaac解释说：“陆地边在这里并不罕见，我们已经有了其他长期监测项目的候选人。”。“幻灯片修复和评估可能需要很长时间，利用我们在旧堡垒学到的知识和我们组装的设备，我们将能够更快、更有效地做出响应。”

Angus Stocking是一名持有执照的土地测量师，他从2002年起就开始写关于基础设施的文章。欲了解更多创新监控解决方案，请访问//www.sendai-torema.com/industries/monitoring-solutions.