Page 101 - 2024年第55卷第11期

胀土渠坡安全监测系统，实现了位移、含水率等监测信息采集，通过位移等监测数据分析渠道边坡稳
定状态，以简报形式发出预警。黄超等 ［２０］ 开发了南水北调中线膨胀土渠道安全监控的三维信息管理与
分析系统，基于 ＳｋｙｌｉｎｅＧｌｏｂｅ平台构建了渠道虚拟三维场景，实现了地质和监测信息采集，并通过监
测数据与地质经验综合判断渠道边坡安全性。Ｃｏｎｇｒｅｓｓ等 ［２１］ 和 Ｐｕｐｐａｌａ等 ［２２］ 提出通过无人机低空摄影
测量获取膨胀土影像，经算法处理后得到膨胀土表面裂隙等参数，进而预测膨胀土岸坡对基础设施影
响。从上述研究看，现有系统多侧重于单一环节，如监测数据采集及信息管理，结合监测数据、影像
数据及工程经验对膨胀土岸坡安全进行预测等，还未见从信息采集融合到健康动态评估与预警再到修
复加固的膨胀土岸坡防治全链条技术平台。国内外膨胀土岸坡防治系统（平台）主要功能对比如表 １
所示。

表 １ 国内外膨胀土岸坡防治系统（平台）主要功能对比
数据采集与融合 健康动态评估与预警
可视化 修复
名称?国家?时间?开发者 数值型 空间性 数据 健康度
预警 分析 加固
数据采集 数据采集 融合 动态评估
基于 ＧＩＳ的膨胀岩土信息系统?中国?２０１０?马浩 ［１３］ 是 是（部分） 是（部分） 否 否 是 否
基于开源 ＧＩＳ的海南省公路膨胀土信息管理系统?中
是 是（部分） 是（部分） 否 否 是 否
国?２０１４?邓丁杰 ［１４］
基于 ＧＩＳ技 术 的 膨 胀 土 空 间 分 析 程 序?美 国?２０１５?
是 是（部分） 是（部分） 否 否 是 否
Ｌａｕｒｅａｎｏ 等 ［１５］
南水北调中线工程南阳膨胀土渠坡安全监测系统?中 是
是 否 否 否 否 否
国?２０１５?刘祖强等 ［１８ － １９］ （简报型式）
南水北调中线膨胀土渠道安全监控的三维信息管理
是 是（部分） 是（部分） 否 是（非实时） 是 否
与分析系统?中国?２０１９?黄超等 ［２０］
基于无人机低空摄影测量的膨胀土影响分析软件?美
是 是（部分） 是（部分） 否 是 是 否
国?２０２０?Ｐｕｐｐａｌａ等 ［２２］

针对目前国内外暂无膨胀土岸坡健康在线评估与修复全链条技术平台，本文开展了系统研究，设
计了包括信息采集层、逻辑应用层、分析决策层的总体平台架构；建立了膨胀土岸坡健康在线评估与
修复加固数学模型及运行准则，明确平台载体、数据流及控制中枢；研发了数值型、空间型和图片型
各类数据采集技术，以及像素级、特征级和决策级多元数据融合技术；提出了膨胀土岸坡健康度动态
评估和预警算法，实现了岸坡 “健康” “亚健康” 和 “隐患” 状态实时评估及 “不健康” 预警；针对
预警区域提出 “外隔内排” 修复加固措施。试验表明，所研发的平台数据采集完整，安全监测等数值
型数据与数字高程模型 ＤＥＭ等空间型数据融合度较好，２２０３组在线评估与预警数据与实际膨胀土岸
坡稳定状态相符，修复加固措施明显降低了土壤湿度和渗压值等指标，具有较好推广价值。

２ 平台框架设计与数学模型

２．１ 平台总体架构设计 膨胀土岸坡健康在线评估与修复平台总体框架包括信息采集层、逻辑应用层
和分析决策层三部分。信息采集层：信息采集根据载体不同进行分类采集，①通过无人机近景摄影测
量获取岸坡三维场景及岸坡表面膨胀土裂隙分布；②通过 ＧＰＳ接收机动态获取岸坡表面位置信息，经
数据解析软件处理后动态存储至平台；③基于埋设于岸坡内部的传感器，通过数据采集仪实时采集雨
量、渗压、位移等监测信息；④采用图片定时更新技术采集电阻率等物探检测信息。逻辑应用层：包
括构建在线监测与评估场景、多元数据存储及交汇、场景与数据动态耦合、健康在线评估算法集成，
其以膨胀土岸坡在线监测与评估数学模型为载体为分析决策层提供模型和数据支撑。分析决策层：包
括多元数据融合、基于 ３ＤＧＩＳ场景为基础的可视化分析、膨胀土岸坡健康在线动态评估、膨胀土岸坡

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