gnss位移监测仪的开发及在公路边坡中的应用

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　　GNSS 位移监测仪的开发及在公路边坡中的应用

　　一、GNSS 位移监测仪的开发目标与技术要点

　　公路边坡多位于山区，面临降雨冲刷、车辆震动、地质构造活动等影响，需 GNSS 位移监测仪具备小型化、低功耗、抗干扰、高精度四大核心特性。开发过程围绕硬件架构、软件功能、防护设计三大维度展开：

　　(一)硬件架构优化

　　采用 “多模 GNSS 芯片 + 轻量化主板 + 集成化模块" 设计：选用支持北斗三号、GPS、GLONASS 的多模定位芯片，定位精度达水平 ±2mm、垂直 ±3mm，采样率可在 1Hz~10Hz 间灵活调整，满足公路边坡细微变形捕捉需求;主板集成数据采集、存储、传输功能，体积压缩至传统设备的 1/3(长 × 宽 × 高 = 15cm×10cm×8cm)，适配公路边坡狭窄安装空间;供电模块采用 “太阳能电池板 + 锂电池" 组合，锂电池容量 10000mAh，低功耗模式下续航可达 15 天，解决山区无市电供电难题;数据传输模块支持 4G/5G 与 LoRa 双模，4G/5G 保障实时数据回传，LoRa 适配信号薄弱区域短距离组网，确保数据不中断。

　　(二)软件功能定制

　　开发专属数据处理软件，核心功能包括：一是实时误差修正，内置电离层、对流层延迟动态修正模型，结合公路边坡地形数据(如坡度、坡向)补偿多路径效应，将定位误差进一步降低 15%~20%;二是分级预警，预设公路边坡安全阈值(日均变形速率>1mm 触发黄色预警，>3mm 触发红色预警)，超标时自动通过短信、平台推送预警信息至养护部门;三是数据可视化，支持位移曲线、边坡变形热力图实时展示，便于管理人员直观掌握边坡稳定状态。

　　(三)防护性能强化

　　针对公路边坡多雨、粉尘多、车辆震动大的环境，监测仪外壳采用 IP67 防水防尘材质，抗冲击等级达 IK08;天线加装防雷接地装置，耐受 10kV 直击雷;设备底部设计可拆卸固定支架，适配边坡混凝土基座、钢构立柱等多种安装场景，确保长期稳定运行。

　　二、在公路边坡中的应用实践

　　(一)监测仪布设方案

　　结合公路边坡风险等级差异化布设：高风险边坡(坡高>30m、岩层破碎)每 50m 布设 1 台监测仪，重点覆盖坡顶、坡脚及裂缝发育区域;中低风险边坡(坡高 10~30m、土质稳定)每 100~150m 布设 1 台，形成 “点 - 线 - 面" 结合的监测网络。布设时避开公路红线内车辆通行干扰区，天线安装高度不低于 2m，确保视野无遮挡。

　　(二)应用案例：某山区高速公路边坡监测

　　某山区高速公路 K23+500~K23+800 段边坡为粉质黏土边坡，坡高 28m，历曾因暴雨发生小型滑塌。2024 年 3 月，该路段部署 12 台定制开发的 GNSS 位移监测仪，开展为期 6 个月的监测应用。

　　应用：一是精准捕捉变形，监测期间 5 号监测仪(位于边坡中部)在 4 月暴雨后出现持续变形，日均变形速率从 0.3mm/d 升至 1.2mm/d，系统触发黄色预警;二是支撑应急处置，养护部门根据监测数据，及时对该区域采取 “截水沟疏通 + 锚杆加固" 措施，1 个月后变形速率回落至 0.2mm/d 以下，避免边坡失稳影响公路通行;三是降低养护成本，相比传统人工巡检(每月 2 次，单次成本 5000 元)，监测仪实现 24 小时自动监测，半年节省养护成本 4.5 万元，同时避免人工巡检的安全风险。

　　此外，监测仪数据与公路养护管理平台实现对接，管理人员通过平台可远程查看实时数据、历史趋势，无需现场值守，大幅提升管理效率。

　　三、应用总结与展望

　　定制开发的 GNSS 位移监测仪，通过硬件小型化、软件智能化、防护强化设计，适配公路边坡复杂应用场景，在精度、稳定性、易用性上均满足公路养护需求。未来可进一步优化：一是开发多传感器集成版本，融合倾角、渗压数据，实现更全面的边坡状态监测;二是引入边缘计算技术，在监测仪本地完成数据预处理，降低数据传输量与延迟，为公路边坡安全监测提供更高效的技术支撑。