【導讀】滑坡在地質學中被定義為僅次於地震的第二大地質災害。山體滑坡
、危岩體滑坡也是我國山區地帶最為常見

、最易發的地質災害
，能在短時間內迅速掩埋或摧毀鐵路公路
、涵洞、路(lu)基(ji)橋(qiao)梁(liang)等(deng)設(she)施(shi)，嚴(yan)重(zhong)影(ying)響(xiang)道(dao)路(lu)運(yun)輸(shu)安(an)全(quan)。近(jin)年(nian)來(lai)，國(guo)內(nei)高(gao)速(su)公(gong)路(lu)的(de)建(jian)設(she)步(bu)伐(fa)不(bu)斷(duan)加(jia)快(kuai)，通(tong)車(che)裏(li)程(cheng)不(bu)斷(duan)向(xiang)偏(pian)遠(yuan)地(di)區(qu)延(yan)伸(shen)，山(shan)區(qu)路(lu)段(duan)受(shou)地(di)理(li)地(di)質(zhi)因(yin)素(su)限(xian)製(zhi)，建(jian)設(she)過(guo)程(cheng)中(zhong)不(bu)可(ke)避(bi)免(mian)會(hui)出(chu)現(xian)一(yi)些(xie)危(wei)險(xian)岩(yan)石(shi)。如(ru)何(he)根(gen)據(ju)偏(pian)遠(yuan)地(di)區(qu)特(te)殊(shu)的(de)地(di)形(xing)地(di)貌(mao)因(yin)素(su)
，對(dui)公(gong)路(lu)危(wei)岩(yan)體(ti)災(zai)變(bian)進(jin)行(xing)有(you)效(xiao)的(de)監(jian)測(ce)和(he)脫(tuo)落(luo)預(yu)警(jing)
，從(cong)而(er)有(you)效(xiao)防(fang)止(zhi)出(chu)現(xian)嚴(yan)重(zhong)垮(kua)塌(ta)災(zai)害(hai)事(shi)件(jian)，降(jiang)低(di)公(gong)路(lu)工(gong)程(cheng)建(jian)設(she)和(he)運(yun)營(ying)期(qi)間(jian)人(ren)員(yuan)傷(shang)亡(wang)事(shi)件(jian)與(yu)社(she)會(hui)經(jing)濟(ji)損(sun)失(shi)
，已(yi)成(cheng)為(wei)交(jiao)通(tong)行(xing)業(ye)亟(ji)待(dai)解(jie)決(jue)的(de)工(gong)程(cheng)難(nan)題(ti)。

一
、危岩體滑坡監測現狀

滑坡監測內容主要是以下幾個方麵：地麵變形
、地下變形、應力觀測

、降水、地下水觀測、地震、環境因素和宏觀觀測等。隨著技術的發展，觀測方式也逐漸向高精度化、定量化發展
，觀測方法有了較大的發展。常用的觀測方法及特點見下表1。

表1 滑坡監測技術方法

由(you)上(shang)表(biao)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，不(bu)同(tong)監(jian)測(ce)方(fang)法(fa)的(de)監(jian)測(ce)重(zhong)點(dian)不(bu)同(tong)，還(hai)有(you)各(ge)自(zi)的(de)適(shi)用(yong)性(xing)及(ji)不(bu)足(zu)。就(jiu)宏(hong)觀(guan)觀(guan)測(ce)來(lai)看(kan)，工(gong)程(cheng)師(shi)一(yi)般(ban)選(xuan)擇(ze)簡(jian)單(dan)經(jing)濟(ji)，直(zhi)觀(guan)可(ke)靠(kao)，且(qie)判(pan)斷(duan)較(jiao)為(wei)準(zhun)確(que)的(de)方(fang)式(shi)來(lai)實(shi)現(xian)滑(hua)坡(po)預(yu)警(jing)功(gong)能(neng)。技(ji)術(shu)型(xing)授(shou)權(quan)代(dai)理(li)商(shang)Excelpoint世健的工程師Galen Zhang介紹了ADI滑坡監測解決方案，該方案可以利用傾斜儀測量法來判定滑坡狀態。

二、ADI滑坡監測解決方案

1.測量原理

傾斜類儀器通常分為測斜儀和傾斜儀兩類：用於鑽孔中測斜管內的儀器，習慣上稱之為測斜儀
；而設置在基岩或者建築物表麵，用做測定某一轉動量
，或者某一點相對於另一點垂直位移量的儀器稱之為傾斜儀，即表麵傾角計。

滑(hua)坡(po)變(bian)形(xing)下(xia)滑(hua)過(guo)程(cheng)中(zhong)必(bi)然(ran)會(hui)導(dao)致(zhi)滑(hua)坡(po)體(ti)表(biao)麵(mian)的(de)角(jiao)度(du)值(zhi)變(bian)化(hua)。因(yin)此(ci)對(dui)表(biao)麵(mian)傾(qing)角(jiao)的(de)監(jian)測(ce)也(ye)可(ke)以(yi)在(zai)另(ling)一(yi)個(ge)角(jiao)度(du)上(shang)反(fan)映(ying)滑(hua)坡(po)的(de)穩(wen)定(ding)狀(zhuang)態(tai)。傾(qing)角(jiao)的(de)變(bian)化(hua)可(ke)利(li)用(yong)加(jia)速(su)度(du)計(ji)來(lai)計(ji)算(suan)。傾(qing)斜(xie)儀(yi)是(shi)監(jian)測(ce)坡(po)體(ti)水(shui)平(ping)傾(qing)斜(xie)或(huo)者(zhe)垂(chui)直(zhi)傾(qing)斜(xie)的(de)觀(guan)測(ce)儀(yi)器(qi)，一(yi)般(ban)應(ying)用(yong)場(chang)景(jing)如(ru)下(xia)圖(tu)：

圖1 危岩體監測

圖2 滑坡監測

2.係統框圖

下圖3為ADI滑坡監測的信號鏈。利用高精度加速度計ADXL355/7和低功耗MCU MAX32660來完成傾角計算和滑坡監測判斷。

圖3 係統框圖

3.方案介紹

加速度計介紹

常見的加速度傳感器主要有壓電陶瓷、應變式、電容式加速度傳感器和MEMS加速度傳感器。目前市麵上選用較多的是壓電陶瓷加速度傳感器。但隨著MEMS技術的不斷進步
，其在溫漂、抗腐蝕性和長期穩定性上更有優勢，在很多應用上已經開始逐步替代壓電陶瓷傳感器。ADI在MEMS加速度傳感器產品上可以提供豐富的產品來滿足不同的應用場景監測，同時能保持優良的噪聲性能。

表2 ADI加速度計產品參數對比

如表2所示，通過上表的對比可以很直觀地看出ADI加速度計產品的主要特點。ADXL355和ADXL357高精度、低噪聲、寬量程範圍以及ADXL367低功耗等特點。此外ADXL355和ADXL357外殼使用陶瓷封裝，相比較於塑殼封裝加速度計

，應力對它們的影響更小。而且它們還具有更好的工業抗腐蝕性以及長期穩定性。

與壓電式加速度傳感器相比，MEMS加速度傳感器在直流響應時能檢測極低的震動頻率，同時具有更高分辨率、更出色的漂移特性和靈敏度，同性能參數下成本也更低。

MCU介紹

滑坡監測係統中基本都是太陽能和可充電鋰電池供電
，所以對MCU低功耗特性要求比較高。而Maxim係列MCU也主打低功耗特點。ADI滑坡監測方案中推薦的MAX32660zhuyaotedianshixingjiabijiaogao
，keyimanzukehuduidichengbenshejidexuqiu，danshichuliqixingnengheziyuanbiaoxianbutuchu。ruguoyonghuduichanpinshejixingnengyoujiaogaodeyaoqiu
，tuijianshiyongMAX32672
，功耗隻有48μW/MHz At 12Mhz，並且內部集成12位ADC和加密算法。另外對於有藍牙通信應用的設計需求，推薦使用MAX32666，該處理器集成有藍牙5.0協議棧
，用戶可直接開發應用程序
，外部可省去單獨藍牙模塊。MAX32660
，MAX32672和MAX32666的詳細參數對比參考下表3：

表3 MAX32660，MAX32672和MAX32666詳細參數對比

電源介紹

（1）電池充電控製器

LTC4162：

—采用 PowerPath 和 I2C 遙測技術 35V/3.2A 多電池鋰離子降壓電池充電器

—采用端接技術的鋰離子/聚合物電池充電器

—寬充電輸入電壓範圍：4.5V 至 35V

—16 位數字遙測係統可監控 VBAT
、IBAT、RBAT、TBAT、VIN、IIN、VOUT

—可為 1-8 節鋰離子/聚合物電池充電

—輸入欠壓充電電流限製環路

—適用於太陽能板輸入的輸入 MPPT

（2）開關電源和LDO

LT8606：

—具有 2.5μA 靜態電流的 42V、350mA 同步降壓型穩壓器，

—輸出紋波<10mVP-P，

—高效率2MHz同步操作：>92%效率（0.35A，12VIN至5VOUT時）

ADP162:

—超低靜態電流( 560 nA)
、150 mA CMOS線性調節器

—輸入電壓範圍：2.2 V至5.5 V

—低關斷電流：小於50 nA（典型值）

—低壓差：195 mV（150 mA負載）

—初始精度：±1%

三、傾角計算

1.原理

由於加速度傳感器在靜止放置時受到重力作用，因此會有1g 的重力加速度。利用這個性質，通過測量重力加速度在加速度傳感器的X 軸和Y 軸上的分量，可以計算出其在垂直平麵上的傾斜角度。

如上圖所示，有

根據以上原理，一個2 軸加速度傳感器可以測量在X-Y 平麵上的傾斜角度。

需要注意的是，2 軸加速度傳感器隻能測量 X 軸和Y 軸上的重力分量，因而隻能測量 X-Y平麵上的傾斜角度。可是由於物體在空間傾斜的時候，很難保證傾斜完全在 X-Y 平麵上，這樣隻使用2 軸加速度傳感器進行測量會存在局限性

，因此

，我們考慮使用3 軸加速度傳感器。如下圖所示，3 軸加速度傳感器可以測量X 軸、Y 軸和Z 軸的重力分量，計算空間傾斜角度。

注：zhegegongshijiushibenwenzhongyonglaiceliangwutiqingxiejiaodudejibenyuanli。xuyaoshuomingdeshi，zheliliyongdeshiwutizaijingzhishishoudaozhonglidexingzhi，ruguowutitongshiyeyouyundongjiasududehua
，namezhegegongshijiangbuzaizhunque。suoyibixuweigongshizengjiayigexianzhitiaojian，ji：（新增加如下公式）

2.步驟

a、測量X、Y、Z 軸的加速度Ax 
、Ay 、Az 。（對於數字輸出的加速度傳感器，直接通過I²C 或SPI 總線讀取
；對於模擬輸出的加速度傳感器，需要通過ADC 進行采樣。在算法說明部分將不對此加以區分。）

b、計算AX²+ AZ²+ AY²如果這個平方和接近1g 的平方，那麼說明這組采樣值是有效的可以用來計算；否則將該采樣值丟棄，重複第一步。

c


、利用有效的采樣值，通過開平方和反正切函數等數學計算
，求出傾斜角度

四、總結

ADI可以為滑坡監測這類產品的應用提供完整的方案。包括低功耗，低噪聲和高精度加速度計

，低功耗高性能的MCU以及低功耗電源。用戶可根據產品實際應用環境選擇最合適器件以及最優方案。Excelpoint世健為客戶提供技術支持，有助於客戶縮短產品開發周期，加快產品應用部署。

關於世健——亞太區領先的元器件授權代理商

世健是完整解決方案的供應商，為亞洲電子廠商包括原設備生產商(OEM)
、原設計生產商(ODM)和電子製造服務提供商(EMS)提供優質的元器件、工程設計及供應鏈管理服務。

世shi健jian與yu供gong應ying商shang及ji電dian子zi廠chang商shang緊jin密mi協xie作zuo，為wei新xin的de科ke技ji與yu趨qu勢shi作zuo出chu定ding位wei，並bing幫bang助zhu客ke戶hu把ba這zhe些xie最zui先xian進jin的de科ke技ji揉rou合he於yu他ta們men的de產chan品pin當dang中zhong。集ji團tuan分fen別bie在zai新xin加jia坡po、zhongguojiyuenansheyouyanfazhongxin，zhuanyedeyanfatuanduibuduanchuangzaoxindejiejuefangan，bangzhukehutigaochengbenxiaoyibingsuoduanchanpinshangshishijian。shijianyanfadewanzhengjiejuefanganjicankaoshejikeyingyongyugongye
、無線通信及消費電子等領域。世健總部設於新加坡

，擁有超過700名員工，世健的業務已擴展至亞太區的49個城市和地區，遍及新加坡
、馬來西亞、泰國、越南
、中國、印度、印度尼西亞、菲律賓及澳大利亞等十多個國家。世健集團在2021年的年營業額超過16億美元。1993年，世健在香港設立區域總部——世健係統（香港）有限公司，正式開始發展中國業務。目前，世健在中國擁有十多家分公司和辦事處，遍及中國主要大中型城市。憑借專業的研發團隊、頂尖的現場應用支持以及豐富的市場經驗，世健在中國業內享有領先地位。

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