实时监测促进了滑坡风险管理

安格斯·w·斯托克著

2018年9月30日，不列颠哥伦比亚省(British Columbia)老堡(Old Fort)(距离圣约翰堡不远)的约200名居民被城外几英里处发生的山体滑坡的轰隆隆声震惊了，800万立方米(1050万立方码)的泥土，岩石和大圆石从砾石坑冲下约1000米(0.6英里)到和平河湿地，把沿途的一切都夷为平地，包括树木、公用设施，以及居民最担心的——大约600米(2000英尺)的老堡路，这是居民唯一的通道。这一轰鸣传遍了全国，成为了晚间新闻，并几乎立即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。早期现场检查表明，滑坡是一种重大的自然灾害，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。

这次大规模的崩塌也不意味着滑坡向下运动的结束。虽然它已经释放了大量储存的能量，但故障仍在发生。坍塌三天后，又测量了20米的位移。在接下来的几天里，位移4到50米是常见的。这些早期的措施是如此的令人担忧，以至于公元前的公共安全部长Mike Farnworth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个家庭和大约200名居民。

这对每个人来说都是一段艰难而充满压力的时期。考虑到山体滑坡的规模和持续的下行趋势，国土交通省没有人知道何时会发生，甚至是何时如果(紧急驳船和直升机从邻近的和平河上疏散了人们和财产)，政府部门也不能确定城镇本身能否幸免。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，恰到好处

山体滑坡的监测在几天内就开始了，该部人员迅速利用激光雷达设备进行了日常飞越。这是一个有效和安全的第一步，为覆盖数英亩的滑坡区域提供准确的数据。在坍塌后最早也是最危险的几天里，空中俯瞰也让工人们远离了滑梯。

但是，激光雷达无法对飞越上空进行长期监测，因为每天的飞行成本太高。此外，激光雷达只能每24小时记录一次数据，无法提供移动速度的实时信息，而移动速度的快速增加可能是另一场坍塌事件的信号，可以用来自动提醒滑坡工作人员。“激光雷达工作在滑坡的直接后果中至关重要，早期数据非常有用，”内政部测绘测量主管肖恩·麦克伊萨克(Sean MacIsaac)说。“但我们知道，在确定滑坡什么时候稳定下来、什么时候修建临时道路和恢复公共设施是安全的时候，我们不需要这种监控。”

该团队联系了Leica Geosystems的结构监测主管David Rutledge，以及测量解决方案提供商Spatial Technologies，在滑坡开始的两周内设计并安装了一个基于gnss的监测系统，从开始到结束。

生活在加州和不列颠哥伦比亚省的拉特利奇，在他的职业生涯中参与过的众多监控项目中，被证明是最紧迫、最复杂的项目之一。“设计一个能够可靠且经济有效地实时测量精确位移的系统是一个挑战。我们需要一个系统可以在毫米级别的三维空间中全天候追踪幻灯片。拉特里奇说:“这是为了了解滑坡的机制，确保我们不会让任何人受到伤害。”“肖恩和他的团队真正了解风险，并对一些创新持开放态度，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球系统设备上标准化工作很长时间了。鉴于形势的高风险，我们对徕卡久经考验的做法充满信心。”

监控解决方案包括四个主要部分:

• 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
• 徕卡GM30监控接收器跟踪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向故障转移能力。
• 一个自定义实现的徕卡GeoMoS现在!滑坡运动连续实时监测在线分析软件。

真正稳定的纪念碑…动起来!

从勘测者的角度来看，将GNSS传感器放置在活跃的滑坡上是一项有趣的工作。拉特利奇和麦克伊萨克设计、建造和安装的这种创新的、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。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扩展的混凝土圆筒底座，重量超过1700磅，使整个安装组件的重量超过一吨。

拉特里奇说:“替代这种系统的方法需要在现场安装一台钻机来放置一个深的地基。”“但这样做的成本会增加四倍，而且可能不是一个更好的解决方案。我们将纪念碑与预期的位移信号相匹配，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短短几天内在基地附近制造一切。我们觉得我们找到了一种很好的方法来安装gm30，它可以在老堡的特定条件下工作，从那时起，它们的性能证明我们是正确的。我们现在在低毫米范围内跟踪幻灯片。”

还有一个问题:如何安装这些全球卫星导航系统站在已知的危险不稳定的地形上?总而言之，直升机——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直升机——被安排在滑坡附近的限制区域，然后，在一天的时间里，在滑坡上有策略地展开的地点升起和降低(除了在远离滑坡的地方安装一个接收器，用作基站)。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，然后在直升机降落时对基座和组件进行必要的组装。”“但我们确实在一些不能步行的地方放置了一些，在这些情况下，我们也先放下了测量员——对我们的团队来说，这是一个不同寻常的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。激光雷达飞行持续了几天，“只是为了检查GNSS的数据，帮助我们获得对设备的信任，”MacIsaac说。“两组数据匹配得非常好。”GNSS数据的实时处理由Leica Spider软件完成，然后由GeoMoS Now!，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。

徕卡地质系统监测系统已经安装了一年多，并提供了滑动位移的不间断记录(低毫米级)，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艰巨的任务。

Rutledge说:“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大区别。“我们的gm30有内部内存，可以进行分区，所以它的一部分以先进先出的方式运行。这意味着，即使出现通信故障，或者国防部的服务器宕机，该站点收集的所有数据在一年左右的时间里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。”

在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，并批准重建旧堡垒路，恢复公用事业服务，并结束疏散命令。

压力系统测试

2018年11月29日，就在居民开始回家几天后，和平河地区发生了4.5级地震，在老堡地区尤为明显，地震震中距离仍在恢复中的小镇不到20公里。B.C.东北部的居民报告说，强烈的震动震动了房屋和企业几秒钟。这种地震活动让任何有感受的人都感到担忧，但可以理解的是，老堡的居民比大多数人更担心。地震引发了新的大规模山体滑坡事件吗?一个可以轻易摧毁刚刚恢复的通往他们小社区的通道，迫使再次疏散的地方?

“这确实令人惊讶，”MacIsaac说。“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。”当时就在附近的拉特利奇也很担心。由于徕卡地球系统监测系统已经收集数据一段时间了，他和MacIsaac现在就可以登录到GeoMoS了!网站，看看是否有可能引发位移。MacIsaac说:“我们观察了它，马上就可以证实它根本没有位移，这非常令人惊讶。”“国土安全部能够立即打电话给当地官员，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，这是财政部的一个重大胜利，也是“风险管理的一次胜利”。麦克伊萨克解释说:“在这里，山坡并不罕见，我们已经有了其他长期监测项目的候选项目。”“幻灯片修复和评估可能需要很长时间，利用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、更有效地应对。”

安格斯·斯托克(Angus Stocking)是一名持有执照的土地测量师，自2002年以来，他一直在撰写有关基础设施的文章。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．