实时监测促进了滑坡风险管理

安格斯·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)的约200名居民被镇外几英里发生的山体滑坡的轰隆声震惊了，800万立方米(1050万立方码)的泥土，石块和巨石从砾石坑向皮斯河湿地倾泻了约1000米(0.6英里)，所至之处的一切都被夷为平地，包括树木、公用设施，以及居民最关心的——居民唯一的通道——约600米(2000英尺)的老堡路。这一声巨响传遍了全国，成为晚间新闻，并立即引起了不列颠哥伦比亚省交通和基础设施部(Ministry of Transportation and Infrastructure)的注意。

被困在古堡的居民的安全是最紧迫的问题。随着铁道部动员调查，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不意味着滑坡下行进程的结束。虽然它已经释放了大量储存的能量，但失败仍在发生。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米的位移是常见的。这些早期的测量结果是如此的令人震惊，以至于不列颠哥伦比亚省的公共安全部长Mike Farnworth在10月7日采取了谨慎但有争议的措施，疏散了整个城镇，此举影响了54所房屋和大约200名居民。

对参与其中的每个人来说，这都是一段艰难而紧张的时期。考虑到山体滑坡的规模和持续向下的影响，铁道部没有人能说出何时发生，甚至没有人能说出如果老堡路将被重建(疏散人员和物品由紧急驳船和直升机从邻近的和平河进行)，卫生部也不能确定小镇本身是否会幸免。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

山体滑坡的监测在几天内就开始了，该部人员迅速使用激光雷达设备进行了日常飞行。这是一个有效和安全的第一步，以提供精确的数据，覆盖几英亩的滑坡区域。在最初坍塌后最早也是最危险的日子里，空中飞越也让工人们远离了滑坡。

但是，激光雷达的飞越对于长期监测来说是不可持续的，因为日常飞行费用高得令人望而却步。此外，激光雷达工作只能每24小时记录一次数据，永远无法提供移动速度的实时信息，用于在滑坡时自动提醒工人快速增加的移动，这可能预示着另一次坍塌事件。“激光雷达工作在滑坡发生后的第一个阶段至关重要，早期的数据非常有用，”国土测绘调查主管肖恩·麦克伊萨克说。“但我们知道，要确定滑坡何时稳定，何时修建临时道路和恢复公共设施是安全的，我们不需要这种监测。”

该团队联系了徕卡地质系统公司的结构监测主管David Rutledge，以及测量解决方案提供商Spatial Technologies，在滑坡发生后的两周内设计并安装了基于gnss的监测系统，并开始施工。

拉特利奇在加州和不列颠哥伦比亚省工作，他立即就参与了这个项目，事实证明，这是他职业生涯中参与的众多监测项目中最紧迫、最复杂的一个。“设计一个可靠且经济的实时测量位移的系统是一个挑战。我们需要一个系统可以在毫米级的三维范围内全天候跟踪滑动。这需要理解滑梯的力学原理，并确保我们不会将任何人置于危险之中。”拉特里奇说。“Sean和他的团队非常理解风险，并对一些创新持开放态度，这些创新使这个解决方案成为可能。”

他的一部分。MacIsaac说:“我的调查团队已经在徕卡地理系统设备上标准化很久了。鉴于当前形势下的高风险，我们对徕卡经过考验的方法充满信心。”

监测解决方案由四个主要部分组成:

• 由徕卡地质系统公司设计的自定义GNSS纪念碑可以通过直升机移动到活动的滑动区域
• 徕卡GM30监测接收机跟踪GPS星座和GLONASS星座
• 徕卡Geosystems设计的通信系统具有最高可靠性的三路故障转移能力。
• 徕卡GeoMoS的自定义实现!滑坡运动连续实时监测的在线分析软件。

真正稳定的纪念碑…那移动!

从测绘员的角度来看，将GNSS传感器放置在活跃移动的滑坡上是一项有趣的工作。拉特里奇和麦克伊萨克设计、建造和安装的这一创新的、史无前例的纪念碑设计，可能会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连续运行，GM30接收器需要一个基于太阳能的强大的直流电力系统。这包括一个适当大小的太阳能电池板和一个电池阵列，能够在任何天气提供电力。为了保持整个系统的“底部重量”和抗风倾覆，徕卡地质系统设计了一个最小膨胀的混凝土圆柱体底座，重量超过1700磅，使整个安装组件的重量超过1吨。

拉特利奇说:“这种系统的替代方案需要在现场安装钻机，在那里打一个很深的地基。”但这将使成本增加四倍，而且可能不是一个更好的解决方案。我们将我们的纪念碑与预期的位移信号匹配，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在工地附近制造所有的东西。我们觉得我们已经找到了一个很好的方法来安装gm30，在旧堡的特殊条件下，他们的表现证明我们是正确的。我们现在跟踪的是低毫米范围内的滑动。”

还有一个问题:如何安装这些GNSS站建在非常不稳定的地形上?总而言之，直升机——最初的六个混凝土底座，安装支架，电池组和太阳能电池板，当然还有gm30直升机——在滑坡附近的一个限制区域部署，然后，在一天的时间里，吊放至沿山崩策略性地展开的地点(除了一个安装在山崩之外用作基站的接收器)。MacIsaac解释说:“在大多数情况下，传感器被放置在测量人员可以安全行走的地点，然后在直升机降落的时候对基地和组件进行必要的组装。”“但是，我们确实把一些地方放在了步行不可能到达的地方，在这种情况下，我们就向前走，到测量员那里去了——这对我们的团队来说，是一个非常激动人心的野外工作的日子!”

随着最初的6个传感器就位，位移数据立即可用。激光雷达继续飞行了几天，“只是为了检查GNSS数据，帮助我们获得对设备的信任，”麦克伊萨克说。“两组数据非常吻合。”GNSS数据的实时处理由徕卡Spider软件完成，这些数据然后由GeoMoS Now!，一个基于云的分析工具。MacIsaac定义了位移阈值，用于自动生成BC MOT和其他实体所依赖的警报信息，这些信息必须安全地与滑梯区域互动，并为当地房主和旅行的公众提供指导。

徕卡地质系统监测系统已经安装了一年多，并提供了从滑块(和低毫米水平)的不间断位移记录，支持了该部决定使用徕卡地质系统的专业知识、设备和软件来完成这项任务。

“系统正常运行时间对我们来说非常重要，也是我们监控解决方案的一大区别，”Rutledge说。“我们的gm30有内部内存，可以进行分区，这样部分内存就可以在先进先出的基础上运行。这意味着，即使发生了通信故障，或者国土部的服务器宕机，在一年左右的时间里，该站点收集的所有数据都可以从这个分区获得。一旦系统重新上线，我们就会自动检索并处理它。”

监测系统就位一个月后，MacIsaac和MOT岩土团队根据GNSS数据得出结论，滑坡已经稳定下来，并批准重建老堡路，恢复公用设施服务，并结束疏散命令。

有压力的系统测试

2018年11月29日，就在居民们开始回家的几天后，和平河地区发生了4.5级地震，在距离仍在恢复中的小镇不到20公里的古堡地区尤为明显。据不列颠哥伦比亚省东北部的居民报告，强烈的地震使房屋和企业摇晃了几秒钟。这种地震活动让任何有感觉的人感到担忧，但可以理解的是，老堡的居民比大多数人都更加警觉。地震是否引发了新的大规模滑坡事件?一个可以轻易摧毁新修复的通往他们小社区的通道，迫使他们再次撤离的通道?

麦克伊萨克说:“这确实是一个惊喜。”“我们这里没有很多地震活动。当然，我的第一个想法是检查滑坡。”当时在该地区的拉特利奇也很担心。由于徕卡地质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 !上网看看它是否引发了位移。麦克伊萨克说:“我们观察了一下，可以马上证实根本没有位移，这非常令人惊讶。”“政府部门能够立即打电话给当地官员，并自信地告诉他们，他们的访问没有受到影响。”

正如拉特里奇所说，这是财政部的一大胜利，也是“风险管理的胜利”。“山体滑坡在这里并不罕见，我们已经有了长期监测项目的其他候选项目，”麦克伊萨克解释说。“滑梯修复和评估可能需要很长时间，根据我们在老堡学到的知识，以及我们组装的设备，我们将能够更快、更有效地做出反应。”

Angus Stocking是一名持照土地测量师，自2002年以来一直在写关于基础设施的文章。要了解更多关于创新监控解决方案的信息，请访问//www.sendai-torema.com/industries/monitoring-solutions．