一、引言

　　【JD-LF2】，山東競(jìng)道光電，以客戶為中心，以品質(zhì)為根本，攜手共進(jìn)，共贏未來。隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)向山區(qū)、丘陵區(qū)域不斷延伸，以及礦山開采、水利開發(fā)、交通基建等工程的持續(xù)推進(jìn)，巖土工程安全問題日益受到重視。邊坡失穩(wěn)、巖土體開裂、滑坡崩塌等災(zāi)害，不僅會(huì)造成工程損毀、工期延誤，還可能引發(fā)重大人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失。與此同時(shí)，多數(shù)巖土工程與邊坡隱患點(diǎn)位于偏遠(yuǎn)區(qū)域，地形復(fù)雜、交通不便，傳統(tǒng)人工巡查、定期測(cè)量的監(jiān)測(cè)模式存在效率低、覆蓋有限、數(shù)據(jù)滯后等不足，難以滿足現(xiàn)代化安全管理的需求。

　　拉繩式位移傳感器是巖土位移監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的核心感知設(shè)備，兼具接觸式測(cè)量的可靠性與數(shù)字化傳感的便捷性，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)巖土裂縫的動(dòng)態(tài)感知，支撐邊坡全天候在線監(jiān)測(cè)，并可通過通訊鏈路實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)上傳，是構(gòu)建智能化巖土安全監(jiān)測(cè)體系的重要基礎(chǔ)。在邊坡治理、礦山安全、交通沿線防護(hù)、地質(zhì)災(zāi)害防治等領(lǐng)域，拉繩式位移傳感器已得到廣泛應(yīng)用，推動(dòng)巖土安全管理從人工巡檢模式向數(shù)字化、遠(yuǎn)程化、智能化模式轉(zhuǎn)型。

　　二、拉繩式位移傳感器的技術(shù)原理與感知特性

　　拉繩式位移傳感器是一種將直線位移量轉(zhuǎn)換為可輸出電信號(hào)或數(shù)字信號(hào)的傳感裝置，其基本工作原理依托柔性拉繩的位移傳導(dǎo)與內(nèi)部傳感單元的信號(hào)轉(zhuǎn)換。設(shè)備主要由拉繩組件、收線機(jī)構(gòu)、傳感轉(zhuǎn)換模塊與信號(hào)輸出單元構(gòu)成，整體結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高，便于在各類巖土工程現(xiàn)場(chǎng)安裝布設(shè)。

　　工作過程中，傳感器主體固定于穩(wěn)定的基準(zhǔn)位置，拉繩末端與被測(cè)巖土體或結(jié)構(gòu)相連。當(dāng)巖土體發(fā)生變形、產(chǎn)生相對(duì)位移時(shí)，拉繩隨之產(chǎn)生伸縮動(dòng)作，收線機(jī)構(gòu)始終保持拉繩處于張緊狀態(tài)，確保位移傳導(dǎo)的準(zhǔn)確性。內(nèi)部的傳感轉(zhuǎn)換模塊將拉繩的機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，通過輸出接口傳輸至采集設(shè)備，完成位移狀態(tài)的感知與量化。

　　從感知特性來看，拉繩式位移傳感器具備良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，能夠捕捉巖土體快速變形過程中的位移變化，而非僅能測(cè)量靜態(tài)位移。同時(shí)，接觸式的測(cè)量方式使其受環(huán)境干擾小，在巖土現(xiàn)場(chǎng)常見的粉塵、霧氣、光線變化等條件下，仍可保持穩(wěn)定的測(cè)量性能，不會(huì)出現(xiàn)非接觸式傳感器易受環(huán)境干擾而失效的問題。這種穩(wěn)定可靠的感知特性，是其適用于復(fù)雜巖土工程場(chǎng)景的核心基礎(chǔ)。

　　三、巖土裂縫動(dòng)態(tài)感知：捕捉巖體失穩(wěn)的前兆信號(hào)

　　巖土裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展是巖土體失穩(wěn)的重要前兆，從初始的微小開裂，到裂縫逐漸擴(kuò)展、貫通，再到巖土體整體失穩(wěn)，是一個(gè)漸進(jìn)演化的過程。在此過程中，裂縫的位移變化速率、變形模式與發(fā)展趨勢(shì)，直接反映了巖土體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)與穩(wěn)定程度。實(shí)現(xiàn)對(duì)巖土裂縫的動(dòng)態(tài)感知，是提前識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)、開展災(zāi)害預(yù)警的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

　　拉繩式位移傳感器可針對(duì)巖土裂縫開展高精度的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，通常采用跨裂縫安裝方式，在裂縫兩側(cè)分別固定傳感器主體與拉繩端頭，實(shí)時(shí)測(cè)量裂縫兩側(cè)的相對(duì)位移。相較于靜態(tài)測(cè)量方式，動(dòng)態(tài)感知能夠完整記錄裂縫在降雨、加載、震動(dòng)等外界因素作用下的實(shí)時(shí)響應(yīng)，捕捉裂縫變形的動(dòng)態(tài)過程，識(shí)別位移速率的突變特征，從而更精準(zhǔn)地判斷巖土體所處的變形階段。

　　除了常規(guī)的開合位移監(jiān)測(cè)，通過合理的布設(shè)方案，拉繩式位移傳感器還可識(shí)別巖土裂縫的剪切錯(cuò)動(dòng)、垂向沉降等多方向變形特征，幫助技術(shù)人員分析裂縫的力學(xué)成因，判斷是張拉型裂縫、剪切型裂縫還是復(fù)合型裂縫，為后續(xù)的治理方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)。對(duì)于礦區(qū)、山體等區(qū)域的多條裂縫，可通過多點(diǎn)位傳感器組網(wǎng)監(jiān)測(cè)，掌握裂縫群的整體發(fā)展規(guī)律，評(píng)估區(qū)域巖土體的整體穩(wěn)定性。

　　四、邊坡在線監(jiān)測(cè)：構(gòu)建全天候的邊坡安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)

　　邊坡是巖土工程中最常見的結(jié)構(gòu)形式之一，廣泛存在于公路鐵路沿線、露天礦山、水利庫區(qū)、建筑基坑等場(chǎng)景。邊坡失穩(wěn)具有突發(fā)性強(qiáng)、破壞力大的特點(diǎn)，尤其是雨季、凍融期等特殊時(shí)段，邊坡穩(wěn)定性快速下降，易發(fā)生滑坡、崩塌等災(zāi)害。構(gòu)建全天候的邊坡在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是保障邊坡安全的核心措施。

　　拉繩式位移傳感器是邊坡在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心前端感知設(shè)備，主要用于邊坡表面位移與裂縫變形監(jiān)測(cè)。在邊坡監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)中，通常沿邊坡關(guān)鍵斷面布設(shè)多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，形成覆蓋坡頂、坡中、坡腳的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，全面掌握邊坡不同位置的位移狀態(tài)。傳感器接入在線采集系統(tǒng)后，可實(shí)現(xiàn) 24 小時(shí)不間斷自動(dòng)監(jiān)測(cè)，無需人員現(xiàn)場(chǎng)操作，無論晝夜與天氣狀況，都能持續(xù)輸出監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

　　與傳統(tǒng)人工邊坡巡檢相比，在線監(jiān)測(cè)模式具有顯著優(yōu)勢(shì)。一方面，監(jiān)測(cè)頻次大幅提升，可實(shí)現(xiàn)短間隔的數(shù)據(jù)采集，能夠及時(shí)捕捉邊坡變形加速的過程，避免人工巡檢間隔期內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)漏判;另一方面，解決了高危邊坡、偏遠(yuǎn)邊坡的巡檢難題，對(duì)于人員難以抵達(dá)的高陡邊坡、深山區(qū)域的邊坡，在線監(jiān)測(cè)可替代人工作業(yè)，降低巡檢人員的安全風(fēng)險(xiǎn)。在汛期、臺(tái)風(fēng)等災(zāi)害天氣期間，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可全程值守，實(shí)時(shí)掌握邊坡安全狀態(tài)，為應(yīng)急指揮提供數(shù)據(jù)支撐。

　　五、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)上傳：賦能智能化監(jiān)測(cè)的數(shù)字化鏈路

　　遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)上傳是現(xiàn)代智能化監(jiān)測(cè)區(qū)別于傳統(tǒng)本地監(jiān)測(cè)的重要特征，也是實(shí)現(xiàn)分散點(diǎn)位集中管理的核心支撐。巖土工程與邊坡監(jiān)測(cè)項(xiàng)目往往具有點(diǎn)位分散、分布范圍廣的特點(diǎn)，若僅依靠本地存儲(chǔ)、現(xiàn)場(chǎng)讀取數(shù)據(jù)的方式，管理效率低，且無法實(shí)現(xiàn)及時(shí)預(yù)警。拉繩式位移傳感器配套相應(yīng)的采集與傳輸單元后，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程上傳，構(gòu)建 “前端感知 — 數(shù)據(jù)傳輸 — 云端管理” 的完整數(shù)字化鏈路。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，傳感器輸出的位移數(shù)據(jù)接入智能采集終端，終端通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至云端監(jiān)測(cè)平臺(tái)。傳輸方式可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)條件靈活選擇，確保在偏遠(yuǎn)無有線網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域也能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸。數(shù)據(jù)上傳至平臺(tái)后，可實(shí)現(xiàn)永j存儲(chǔ)、多端共享，管理人員通過電腦、移動(dòng)端即可隨時(shí)查看各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的實(shí)時(shí)位移數(shù)據(jù)、歷史變化曲線與統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，無需奔赴現(xiàn)場(chǎng)即可全面掌握監(jiān)測(cè)區(qū)域的安全狀況。

　　遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)上傳不僅提升了管理效率，更為分級(jí)預(yù)警與快速響應(yīng)提供了基礎(chǔ)。云端平臺(tái)可對(duì)上傳的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，當(dāng)位移速率、累計(jì)位移等指標(biāo)達(dá)到預(yù)警閾值時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)通過短信、平臺(tái)消息等方式向相關(guān)管理人員推送預(yù)警信息，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的早發(fā)現(xiàn)、早通報(bào)、早處置。對(duì)于多區(qū)域、多項(xiàng)目的集中管理場(chǎng)景，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)上傳模式可將所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)位納入統(tǒng)一的管理平臺(tái)，大幅提升安全管理的集約化水平。

　　六、融合應(yīng)用與行業(yè)發(fā)展展望

　　拉繩式位移傳感器很少單獨(dú)應(yīng)用，通常與傾角傳感器、滲壓計(jì)、雨量計(jì)等其他監(jiān)測(cè)設(shè)備配合，構(gòu)成多參數(shù)的巖土安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過位移、應(yīng)力、滲流、環(huán)境等多源數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析，能夠更全面、更準(zhǔn)確地評(píng)估巖土體的穩(wěn)定狀態(tài)，提升風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判的準(zhǔn)確性。隨著物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，基于拉繩式位移傳感器等前端設(shè)備采集的海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合人工智能算法開展變形趨勢(shì)預(yù)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)智能研判，已成為行業(yè)發(fā)展的重要方向。

　　從行業(yè)應(yīng)用前景來看，我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與地質(zhì)災(zāi)害防治的持續(xù)推進(jìn)，將持續(xù)帶動(dòng)巖土安全監(jiān)測(cè)市場(chǎng)的需求增長(zhǎng)。拉繩式位移傳感器作為技術(shù)成熟、成本適中、可靠性高的位移感知設(shè)備，將在更廣泛的場(chǎng)景中得到應(yīng)用。未來，設(shè)備將進(jìn)一步向低功耗、智能化、小型化方向升級(jí)，適配更多復(fù)雜的安裝場(chǎng)景，同時(shí)與監(jiān)測(cè)平臺(tái)的融合將更加深入，實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集到智能分析的全鏈路優(yōu)化。

　　綜上，拉繩式位移傳感器憑借動(dòng)態(tài)感知能力、在線監(jiān)測(cè)適配性與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸支持，已成為巖土邊坡安全監(jiān)測(cè)的核心裝備。在推動(dòng)巖土工程安全管理數(shù)字化、智能化升級(jí)的進(jìn)程中，拉繩式位移傳感器將持續(xù)發(fā)揮重要作用，為工程安全與地質(zhì)災(zāi)害防治提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。