引言

近年来，铁路运输车辆安全事故时有发生，一方面，由于铁路沿线地理条件复杂、自然环境恶劣、气候条件多变，铁路沿线山体滑坡等自然灾害不可避免。另一方面，铁路沿线隧道分布广泛，隧道洞口上方在人为施工、雨水冲刷、风力冲击等因素的影响下，易出现崩塌落石等异物侵限危险情况，严重威胁铁路运营安全。现有技术主要依靠不同专业人员以人工方式来进行铁路线路巡检工作，对巡检人员的主观意识要求较高，同时，缺乏自动化和智能化监测手段。随着信息化技术的快速发展，铁路行业迫切需要引入新技术新手段，构建各类气象条件下能在铁路沿线高陡边坡和隧道口等位置长期值守、自动监测并及时提供准确报警信息的监测预警系统，保障行车安全。

1 铁路高陡边坡监测的重要性

1.1 保障铁路运营安全

铁路高陡边坡的稳定性监测是确保铁路运输安全不可或缺的重要环节，铁路边坡紧邻铁路线路，一旦遭受滑坡、崩塌等地质灾害，将直接威胁到铁路基础设施及列车的安全运行，因此，实施全天候、全方位的边坡监测至关重要。通过高精度监测技术，实现实时捕捉边坡的形变与位移情况，提前预警潜在的地质灾害风险，将为铁路管理部门提供宝贵的时间来采取紧急措施，有效减少或避免灾害对铁路运输的干扰，保障旅客和货物的安全运输。

1.2预防自然灾害发生

受地质构造、气候条件等多种因素影响，高陡边坡易发生滑坡、泥石流等自然灾害。通过定期及连续的边坡监测，可以及时发现并评估这些潜在自然灾害风险，为铁路部门提供预警信息。这种预防性监测方式不仅有助于提前规划并采取针对性的防灾措施，还能增强边坡的整体稳定性和抗灾能力，从而显著降低灾害发生的可能性和造成的损失，确保铁路运营的安全与稳定，维护公众生命财产安全。

1.3优化铁路维护策略

边坡监测数据是铁路维护保养工作的重要依据。通过对监测数据的深入分析，可以科学评估边坡的稳定性状态，为制定精准的维护方案提供数据支持。在边坡稳定性良好的情况下，可以优化维护计划，减少不必要的维护投入，提高运营效率；而在发现边坡存在安全隐患时，能够迅速采取加固措施，有效防止灾害发生，保障铁路线路的安全与稳固。这种基于数据的维护策略调整，不仅提高了维护工作的针对性和有效性，还实现了资源的合理配置，降低了维护成本。

1.4提升应急响应能力

在边坡发生紧急情况时，高效的实时监测系统能够迅速捕捉并传输灾害的关键信息，包括灾害规模、影响范围及发展趋势等。这些信息对于紧急指挥和救援行动至关重要。借助实时监测系统，应急指挥部门能够更全面地掌握灾害情况，制定科学合理的救援方案，并快速调配救援资源。这种高效的应急响应机制能够最大限度地减少灾害损失，提高救援行动的效率和成功率，确保铁路运营在紧急情况下能够迅速恢复正常。

铁路高陡边坡监测在保障铁路运输安全、预防自然灾害发生、优化维护策略及提升应急响应能力等方面均发挥着不可替代的作用。因此，加强边坡监测体系建设，提升监测技术水平，对于促进铁路事业的可持续发展具有重要意义。

2 铁路高陡边坡稳定性监测

2.1详尽勘察与科学规划

在铁路高陡边坡监测设备建设前期，开展全面深入的勘察工作是确保项目成功的基石。这一阶段，地质结构勘探尤为重要，通过地质钻探、地球物理勘探（如地震勘探、电阻率成像、电磁法等）及地质测绘等多种技术手段，精确获取施工区域的地质结构、土壤类型、水文条件等核心参数。基于这些数据，进行综合分析评估，预判边坡潜在的稳定性风险，为后续的监测方案设计提供科学依据。监测方案的设计应充分考虑地质、土壤、水文等自然条件，确保监测的全面性、针对性和有效性，为施工及运营阶段的边坡稳定性保障奠定坚实基础。

2.2精准选型与综合应用

针对铁路高陡边坡的特殊性和复杂性，精准选择并综合应用多种稳定性动态监测设备至关重要。市面上监测设备种类繁多，包括但不限于GNSS监测接收机、雷达水位监测计（如图1）等。根据边坡的具体情况和监测需求，灵活组合这些设备，实现边坡稳定性的全方位、高精度实时监测。通过综合监测，不仅能够获取丰富的边坡动态数据，还能提升数据的质量和可靠性，为后续的分析评估提供坚实的数据支撑。

图1 GNSS监测接收机、雷达水位监测计

2.3科学布置与精确安装

监测设备的布置与安装是确保监测效果的关键环节。需根据边坡的几何形态、地质特征以及监测目标，科学规划监测点的位置，确保监测网络覆盖全面、无遗漏。同时，监测设备的安装应精确到位，确保测量方向准确、设备稳定可靠。这一步骤直接关系到监测数据的准确性和可信度，是后续数据分析与评估的基础^[1]。

2.4定期监控与深入分析

在铁路高陡边坡运营过程中，实施定期监控与深入数据分析是预防边坡失稳、保障铁路安全的重要措施。通过定期收集监测数据，并运用专业方法进行数据分析，及时发现边坡稳定性方面的异常情况。一旦发现潜在风险点，应立即组织专家团队进行风险评估，明确风险性质、规模及潜在影响，并据此制定针对性的应对措施。这些措施可能包括增设支护结构（如锚杆、抗滑桩、挡土墙等）、调整施工方案等，以有效预防边坡失稳等安全事故的发生。此外，定期监控与数据分析还能为边坡的长期稳定性评估提供重要依据，为铁路的安全运营保驾护航。

3 铁路异物侵限监测

3.1视频监控技术

在铁路异物侵限监测技术中，视频监控技术占据核心地位。视频监控系统集成了高清摄像头与智能图像识别处理模块，实现了对风险区域24小时不间断的直观观测，具有高效性和精确度等特点（如图2）。视频监控系统能即时回传图像数据，使远程管理者和专家能迅速掌握现场情况，通过与现场人员实时沟通，可有效指导应急处置，为应急决策提供了数据支撑，因其在异物侵限监测上的表现较为卓越，受到业界广泛认可。同时，也需要认识到，因视频监控系统为光学仪器设备，其性能可能受到天气和光线变化等外部因素影响，因此建议结合其他传感技术融合使用，进一步增强监测准确性。

图2 视频监控画面

3.2红外传感技术

红外传感器在异物侵限监测中因其独特的工作原理而备受青睐，该技术巧妙地利用红外线的特性，精准感知物体发射或反射的红外辐射，进而有效探测到异物的存在，即便在恶劣气候条件下也能稳定工作。然而，该技术也有其限制，红外线传感器对环境变化高度敏感，易受阳光反射、夜间车灯等外部光源的干扰，可能导致监测精度下降，出现误报或漏报。为克服这些挑战，需精确规划传感器的布局，减少外部干扰，并考虑与视频监控、雷达等技术融合，以提升整体监测的准确性和稳定性^[2]。

3.3微波或超声波探测技术

铁路异物侵限监测也可以采用微波或超声波探测技术实现。微波与超声波探测技术基于波的传播与反射原理，通过发射高频信号并接收反射波形，实现对异物的精准识别。其出色的穿透力和抗干扰能力，使之在远距离异物探测中表现突出，并能提供详细的异物信息。然而，受地形地貌等环境因素影响，探测效果可能会有所减弱，且设备成本较高。因此，在实际应用中，应综合考虑其优势与局限，结合其他监测手段，以实现最佳监测效果^[3]。

3.4雷达探测技术

雷达探测技术结合高精度三维重建算法，生成高精度三维点云（如图3），为铁路异物侵限提供了全天候、高精度的监测解决方案，其穿透性和非接触测量特性，确保了在恶劣天气和低光照条件下的稳定工作。然而，雷达监测技术也存在直观性不足、分辨率受距离影响以及告警显示方式不直观等缺陷。为优化用户体验，需增强三维图像的自动识别与分析能力，改进告警显示方式，使之更加直观易懂。同时，结合其他监测技术，形成综合监测体系，将进一步提升铁路异物侵限监测的效率和准确性。

图3 三维点云画面

4 铁路高陡边坡及异物侵限监测案例

4.1工程概况

针对某一特定铁路沿线的高陡边坡，鉴于其地质复杂性及潜在稳定性风险与异物侵限威胁，项目中进行了详尽的地形地质勘查并部署了高陡边坡及异物侵限监测设备，架构如图4所示。该区域主要由风化严重的片麻岩等构成，长期自然作用导致多处裂隙发育，加之边坡顶部自然坡度陡峭，传统平缓坡率处理方案不仅会增加开挖难度与成本，还可能诱发上部边坡表层岩土的剥离，加剧不稳定性。

图4 高陡边坡及异物侵限监测系统架构

4.2稳定性监测

（1）地表变形监测

为全面监控边坡的变形情况，构建了以方格状布局为主的地表观测网络。边坡平台上均匀布设观测点，点间距离精心控制在15至20米之间，以确保数据的全面性和代表性。在潜在的滑动带及核心监测区域，进一步加密观测点，以实现更精细化的监控。同时，引入高精度（误差小于2mm）的全站仪设备，采用直角坐标法对各观测点进行精确测量，通过数据处理与分析，绘制施工期间坡面各点的水平位移图，为边坡稳定性评估及预警信息发布提供坚实的数据支撑。

（2）地下水位监测

地下水位作为反映边坡排水状况及稳定性的重要指标，通过在高边坡两侧设置观测井，并在井内安装稳定水准点作为测量基准，定期测量水位面与基准点之间的高度差，从而准确掌握地下水位变化情况。此数据有助于评估边坡的排水效率及潜在的水文地质风险。

（3）锚杆应力监测

为评估锚杆支护系统的有效性及预应力状态，在本项目中进行了锚杆拉拔力试验，选取具有代表性特征的锚杆，在其关键位置布置应力计测点。通过持续监测锚杆在张拉过程中及张拉完成后的应力变化，深入分析预应力的动态演变趋势，为边坡加固设计与施工提供科学依据^[4]。

4.3异物侵限监测

（1）视频监控监测

鉴于该工程位置地质条件复杂，为有效监控异物侵限情况，在合适位置安装部署了高清视频监控系统。该系统具备全天候、无间断监测能力，摄像头覆盖范围广、图像清晰，能够及时发现并记录异物入侵事件。同时，摄像头采用防雨、防尘、抗风设计，确保在恶劣天气条件下仍能稳定工作。系统还具备数据存储与快速检索回放功能，为异物入侵事件的深入分析提供便利。

（2）红外感应监测

为进一步提升异物监测的灵敏度和准确性，在边坡裂缝周围及底部等易受侵扰区域安装了红外感应装置。这些装置通过探测物体的红外辐射实现监测功能，不受光线限制，即使在夜间或恶劣环境下也能有效工作。当监测区域内有异物闯入时，装置会立即触发报警机制，通过声光信号或远程通讯方式迅速通知相关人员，以便及时采取应对措施^[5]。

（3）雷达扫描技术

同时，为保障在不同气候、不同时间段的监测效果，引入了雷达扫描技术，通过测量激光信号的时间差和相位差来确定距离，通过水平旋转扫描测定角度，并根据两个参数建立二维极坐标系，再通过获取不同俯仰角度信号获得三维中的高度信息，用此数据进行成像处理后，得到精准的三维立体图像，总体实现采集防区内异物的位置、长度、宽度、高度等信息，确认为入侵物体后，进行报警处理。

5 结语

综上所述，铁路高陡边坡的稳定性监测与异物侵限防范是保障铁路运输安全不可或缺的重要环节。通过集成并应用最前沿的监控技术手段，能够实现对边坡微小位移、形变等潜在失稳迹象的即时捕捉与预警，有效延长了线路结构的安全服役周期，保障铁路运输事业健康发展。

参考文献

[1]曾绍聪, 高仕斌, 于龙, 等. 接触网侵限异物检测与挂网异物清除技术综述[J]. 铁道学报, 2024, 46(07): 51-64.

[2]陈茜, 张宁晓, 林智勇. 爆破扰动下顺层岩质破碎高陡边坡的稳定性监测与数值分析[J]. 矿冶, 2023, 32(03): 11-17.

[3]杨雪, 李亚群, 徐成伟, 等. 基于5G的高速铁路自然灾害与侵限监测系统研究与设计[J]. 铁路计算机应用, 2023, 32(06): 57-61.

[4]钱思娜. 基于深度学习的铁路异物侵限视频检测方法研究与设计[D]. 北京交通大学, 2023.

[5]罗来林, 蔡璋, 马凯, 等. 城门山铜矿临湖开采高陡边坡在线安全监测系统建设研究[J]. 现代矿业, 2021, 37(07): 217-223+232.