一、方案介绍

本方案针对公路、铁路、市政、矿山、机场等各类护坡结构，受雨水冲刷、地质沉降、土体侧压力、荷载变化及恶劣天气影响引发的倾斜、滑移、开裂等安全隐患，采用欣仰邦S-CGYQ系列4G无线倾斜传感器，构建“4G全网通+云端平台”的全自动在线监测体系，实现护坡结构倾角实时采集、无线传输、智能分析与分级预警，全程无人值守，全面保障护坡结构安全，规避滑坡、坍塌等安全事故，为护坡施工管控、日常运维、加固整改提供精准量化数据支撑，推动护坡安全管理模式向“实时监控、智能预警、主动防控”转变。

二、监测目标

1. 实时精准监测护坡结构X、Y、Z三轴倾角及三轴加速度变化，捕捉微小倾斜变形，识别早期结构异常，做到隐患早发现、早处置；

2. 连续追踪护坡倾斜变形趋势、变形速率，结合温度数据，科学评估护坡结构健康状态及稳定性，预判病害发展方向；

3. 倾角及加速度数据超限自动触发分级预警，及时推送预警信息，防范护坡坍塌、滑移等安全事故，保障周边人员、设备及交通设施安全；

4. 积累护坡倾斜监测数据，为结构维护、加固设计、病害防治及后期护坡工程设计优化提供可靠量化依据；

5. 满足国家相关规范对护坡监测的精度、频次、预警等要求，实现护坡结构全生命周期安全管控，符合自动化监测行业发展趋势。

三、需求分析

1. 环境适配：护坡多位于户外露天场景，易受雨水、高温、严寒、粉尘、振动影响，设备需具备IP67防水等级，抗冲击、抗电磁干扰，适应-30~+60℃工作环境，适合野外自然环境中长期稳定工作；

2. 供电约束：户外无稳定市电接入，需设备具备超低功耗特性，支持自供电，内置大容量电池，减少现场运维工作量，降低运维成本；

3. 布线限制：护坡分布分散、地形复杂，部分区域坡度较陡，无法大规模布线，需采用4G无线传输模式，免布线、易部署，适配复杂地形；

4. 传输要求：户外部分区域信号可能不稳定，需设备支持4G全网通，无距离限制，数据传输稳定，采用TCP通信协议，确保数据不丢数、不断连；

5. 精度要求：护坡微小倾斜（毫米级关联倾角）需精准捕捉，要求设备具备高分辨率、高长期稳定性，可同时监测三轴倾角及加速度，满足精细化监测需求；

6. 管理需求：支持远程控制与管理，可远程配置参数、校准零点、查询设备状态及电量，实现多点位集中管理，运维便捷高效；

7. 合规要求：监测精度、布点规范、预警阈值符合国家相关行业标准，监测数据可追溯、可用于工程验收及运维决策。

四、监测方法

采用“分布式点位布设+S-CGYQ系列4G无线倾斜传感器采集+4G全网通直传云端+智能分析”的监测模式，结合护坡实际工况优化布设，具体流程如下：

1. 结合护坡高度、坡度、结构类型（浆砌石、混凝土、生态护坡等）及风险等级，在护坡关键部位布设S-CGYQ系列4G无线倾斜传感器；

2. 传感器采用定时唤醒+运动唤醒双重模式，默认每2小时采集1次数据（可自行设置采集频次），自动采集护坡X、Y、Z三轴倾角、三轴加速度及温度数据；

3. 内置4G模块直接接入运营商网络，采用TCP通信协议，将监测数据以TCP/JSON/云格式、MQTT格式直传云端监测平台，无需架设网关；

4. 云端平台完成数据解析、存储、分析，生成变形趋势图、数据报表，实现实时监控及历史数据回溯；

5. 支持远程解锁下发功能，可远程校准设备零点、调整休眠时间、设置报警阈值及数据上报次数，实现无人值守监测，降低运维成本。

五、应用原理

1. 测量原理：核心采用MMES-3D测斜单元，搭配专利滤波融合算法，精准测量护坡X、Y、Z三轴倾角及三轴加速度变化，检测频率达100Hz，有效过滤雨水冲击、车辆振动、温度变化带来的干扰，确保数据准确性；同时可同步采集传感器温度数据，为倾角数据校准提供参考；

2. 功耗原理：设备默认进入低功耗休眠模式，待机功耗仅24μA，内置19AH锂亚硫酸氯电池，具有极低的电池自放电率，默认每2小时采集1次数据的情况下，可连续工作5年以上，支持定时唤醒和运动唤醒功能，平衡采集精度与续航时长；

3. 传输原理：内置4G全网通模块，默认4G信号传输，采用TCP通信协议，数据上下行均采用JSON格式传输，直接接入运营商网络将监测数据直传云端，实现远距离、无死角传输，无需网关中转；

4. 预警原理：结合国标规范及护坡实际工况，预设倾角及加速度预警阈值，云端平台实时对比监测数据与阈值，当数据超限，自动触发分级预警，推送通知至相关运维人员，同时记录预警信息，便于后续追溯。

六、功能特点

1. 三轴全监测：支持X、Y、Z三轴倾角及三轴加速度、温度同步输出，加速度计量程±1g，可全面捕捉护坡多方向倾斜及振动变化，监测更全面；

2. 4G全网通：适配移动、联通、电信三大运营商网络，无传输距离限制，户外露天、偏远区域均可稳定传输，采用TCP通信协议，数据传输稳定可靠；

3. 超低功耗长续航：内置19AH锂亚硫酸氯电池，待机功耗24μA，默认每2小时采集1次数据可连续工作5年以上，电池自放电率低，减少电池更换频次；

4. 高精度稳定：绝对精度0.1°，分辨率0.01°，长期稳定性＜0.1°，零点温度系数±0.01°/℃，专利滤波融合算法，抗干扰、抗振动，数据精度符合监测规范；

5. 免网关部署：4G直传云端，无需架设网关，减少设备投入和施工工作量，安装部署快速便捷，单人即可完成；

6. 智能唤醒：支持定时唤醒和运动唤醒功能，可灵活设置采集频次及唤醒阈值，异常变形及振动可即时触发采集上传，确保异常数据不遗漏；

7. 远程管理：支持远程控制与管理，可远程解锁下发功能、校准零点、调整休眠时间、设置报警阈值及数据上报次数，查询设备电量及工作状态，无需现场操作；

8. 环境耐用：IP67防水等级，抗冲击＞20000g（0.5ms，3次/轴），绝缘电阻≥100MΩ，工作温度-30~+60℃，适应户外各种恶劣环境，适合野外长期稳定工作；

9. 数据安全：参数掉电保存，4G加密传输，云端永久存储数据，支持TCP/JSON/云格式、MQTT格式传输，可导出数据报表，便于后续分析与存档；

10. 体积小巧：产品尺寸L115*W64*H52mm，重量仅250g（不含包装盒），安装灵活，不影响护坡结构外观及稳定性。

七、硬件清单

序号	设备名称	型号	数量	用途
1	4G无线倾斜传感器	S-CGYQ-10/S-CGYQ-30/S-CGYQ-60/S-CGYQ-90（按需选择）	按监测点位配置	采集护坡X、Y、Z三轴倾角、三轴加速度及温度数据，4G直传云端
2	物联网流量卡	4G全网通	按传感器数量配置	提供4G数据传输流量，保障数据稳定上传
3	安装配件	专用支架、不锈钢螺栓	配套	将传感器固定在护坡表面，确保安装牢固、贴合紧密
4	太阳能补能板	配套	可选	延长户外设备续航时长，适配高采集频次场景
5	云端监测平台	定制/通用	1套	数据接收、解析、分析、预警、可视化展示，支持远程管理

八、硬件参数（S-CGYQ系列核心，量程、精度重点）

参数项	S-CGYQ-10	S-CGYQ-30	S-CGYQ-60	S-CGYQ-90	单位
测量量程（倾角）	±10	±30	±60	±90	°
测量轴	X、Y、Z轴	X、Y、Z轴	X、Y、Z轴	X、Y、Z轴	-
加速度计量程	±1g	±1g	±1g	±1g	-
绝对精度（-40～+85℃）	0.1	0.1	0.1	0.1	°
分辨率	0.01	0.01	0.01	0.01	°
长期稳定性（@25℃）	＜0.1	＜0.1	＜0.1	＜0.1	°
零点温度系数（-40～+85℃）	±0.01	±0.01	±0.01	±0.01	°/℃
检测频率	100	100	100	100	Hz
通讯方式	4G全网通（TCP协议）	4G全网通（TCP协议）	4G全网通（TCP协议）	4G全网通（TCP协议）	-
电池容量	19	19	19	19	AH
待机功耗	24	24	24	24	μA
防水等级	IP67	IP67	IP67	IP67	-
工作温度	-30~+60	-30~+60	-30~+60	-30~+60	℃

九、方案实现

（一）监测布点设计

1. 布点原则：结合护坡高度、坡度、结构形式、地质条件及风险等级，遵循“关键部位全覆盖、风险区域加密布”的原则，参照边坡监测相关规范，重点覆盖坡顶、坡肩、坡中、坡脚及地质变化处、荷载集中处、裂缝发育处等关键部位；

2. 布点间距：一般区域每15~30m布设1个监测断面，每个断面布设1~2台传感器；高风险区域（高度超过20米的土质/岩质护坡、地质灾害多发区、曾发生过滑坡的护坡）加密至每10~15m布设1个断面，每个断面布设2~3台传感器，确保监测无死角；

3. 布点要求：传感器安装面需平整、牢固，与护坡表面紧密贴合，避免松动、晃动，确保测量数据真实反映护坡倾斜状态；安装方向根据护坡走向，设置为水平或竖直模式，确保X、Y、Z三轴精准捕捉护坡多方向倾斜及振动变化；避开雨水冲刷严重、易被碰撞的区域，做好防护措施。

（二）硬件安装部署

1. 安装准备：清理护坡安装点位表面，去除粉尘、杂物、浮土，确保安装面平整、干燥，对于不平整部位，可采用水泥砂浆找平；

2. 固定安装：用专用支架和不锈钢螺栓，将S-CGYQ系列4G无线倾斜传感器固定在预设点位，确保设备无松动、无倾斜，贴合紧密，安装高度便于后期维护；

3. 网络配置：插入4G物联网流量卡，启动设备，检查4G信号强度，确保设备成功接入网络，采用TCP通信协议完成网络适配；

4. 参数校准：通过云端平台发送解锁下发指令，根据现场工况，校准设备相对零点或绝对零点（发送对应指令），确保测量基准准确；

5. 参数设置：设置采集频次（默认2小时1次，可自行调整）、休眠时间（最大4320分钟）、数据上报次数（推荐1~2次，减少电量损耗）、加速度预警阈值；

6. 保存确认：发送保存设置命令，确保所有参数掉电不丢失，设备正常启动采集工作，同步将传感器绑定至云端监测平台，完成点位标注。

（三）系统配置

1. 通讯配置：设备自动适配4G全网通，采用TCP通信协议，数据上下行均采用JSON格式传输，无需手动配网，确保数据稳定上传至云端平台；

2. 采集配置：根据护坡风险等级，灵活调整采集频次，高风险区域可提高采集频率，低风险区域可降低频次，平衡续航与监测精度；设置合理的运动唤醒阈值，确保异常变形及振动可及时触发采集；

3. 预警配置：结合国标规范及护坡实际工况，设置三级预警阈值，绑定运维人员联系方式，确保预警信息通过多渠道及时推送；

4. 平台配置：完成传感器与云端平台的绑定，对每个传感器进行命名、点位标注，设置数据存储周期，开启数据加密传输功能，实现多点位集中管理，便于实时查看各点位数据及设备状态。

（四）数据上传与展示

传感器按预设频率采集三轴倾角、三轴加速度及温度数据，通过4G网络、TCP通信协议，以TCP/JSON/云格式、MQTT格式实时上传至云端监测平台，平台完成数据解析、存储后，以实时曲线、历史报表、变形趋势图等形式展示，支持PC管理端、手机APP查看，可导出数据报表，便于后续分析与存档；同时可实时查看设备电量、信号状态，及时发现设备异常。

十、数据分析

1. 原始数据处理：对采集的倾角、加速度、温度原始数据进行滤波去噪处理，剔除雨水冲击、车辆振动、温度变化等干扰因素带来的异常数据，结合零点温度系数进行校准，确保数据准确性；

2. 变形计算：将实时三轴倾角值换算为护坡相对倾斜量、累计倾斜量、倾斜速率，结合加速度数据，量化护坡变形程度及振动强度，判断护坡是否存在滑移隐患；

3. 趋势分析：生成日、周、月、年倾斜变形及加速度变化曲线，分析护坡倾斜变形趋势，结合温度数据，判断护坡结构处于稳定状态、缓慢变形状态或急剧变形状态；

4. 对比分析：将监测数据与国标阈值、历史数据、相邻点位数据进行横向、纵向对比，识别异常倾斜点位，分析变形原因（如雨水冲刷、地质沉降等）；

5. 病害关联：将倾角、加速度异常与护坡开裂、鼓包、滑移、水土流失等病害进行关联分析，评估病害发展趋势，结合温度数据预判环境因素对护坡结构的影响，为加固整改提供科学依据。

十一、预警决策

（一）分级预警（参考相关国标规范，结合护坡工况调整）

预警等级	倾角阈值	加速度阈值	处置措施
一级预警（注意）	≤0.2°	≤0.3g	加密监测频率，开展现场人工巡查，排查倾斜及振动原因，做好记录，重点关注雨水、地质变化情况；
二级预警（警戒）	0.2°~0.5°	0.3g~0.6g	限制护坡周边荷载及人员、设备通行，设置警示标识，组织专业人员进行结构检测，分析变形原因，制定加固方案；
三级预警（紧急）	≥0.5°	≥0.6g	立即封锁护坡周边区域，疏散人员及设备，启动应急处置预案，实施紧急加固或卸载措施，防止事故扩大。

（二）预警方式

云端监测平台弹窗、短信推送、手机APP推送、声光报警（可选）同步触发，多渠道通知运维管理人员，同时记录预警时间、预警点位、预警数据，确保预警信息不遗漏，为应急处置争取时间。

（三）闭环处置

建立“预警触发→现场核查→原因分析→措施实施→复测验证→预警销项”的闭环管控流程，确保每一次预警都能得到及时处置，防范安全事故扩大；同时记录处置过程、监测数据变化，形成运维档案，为后续护坡运维提供参考，实现主动防控。

十二、方案优点

1. 三轴全监测，监测更全面：相较于传统双轴监测，可同时监测X、Y、Z三轴倾角及三轴加速度、温度，全面捕捉护坡多方向倾斜、振动及环境温度变化，隐患识别更精准；

2. 4G无距传输，适配性强：4G全网通覆盖，无距离限制，采用TCP通信协议，数据传输稳定，适配户外分散式、高陡护坡监测，偏远区域也能稳定传输数据，无信号盲区；

3. 超长续航，运维成本低：内置19AH大容量锂亚硫酸氯电池，待机功耗仅24μA，默认每2小时采集1次数据可连续工作5年以上，电池自放电率低，减少电池更换及现场运维工作量；

4. 免网关免布线，部署便捷：4G直传云端，无需架设网关，减少设备投入和施工工作量，传感器体积小巧、重量轻，安装灵活，单人即可完成安装部署，不影响护坡结构稳定性；

5. 高精度可靠，数据有保障：绝对精度0.1°，分辨率0.01°，搭配专利滤波融合算法及零点温度校准，抗干扰、抗振动，数据精度符合国标要求，可精准捕捉微小倾斜变形；

6. 远程管理，运维高效：支持远程解锁下发、校准零点、调整参数、查询设备状态，实现无人值守监测，大幅提升运维效率，降低人工成本；

7. 环境适配性强，稳定性高：IP67防水、宽温工作，抗冲击、抗电磁干扰，绝缘性能优良，适合户外雨水、高温、严寒等恶劣环境，可在野外自然环境中长期稳定工作；

8. 合规性强，扩展性好：监测精度、布点规范、预警阈值完全符合国家相关行业标准，监测数据可追溯；单云端平台可接入上千台传感器，支持多区域、多类型护坡集中监测，便于后期扩容。

十三、应用领域

本方案适用于各类护坡结构倾斜监测，具体应用场景包括：公路、铁路路基护坡监测；市政道路、小区周边护坡监测；矿山、厂区护坡监测；机场边坡护坡监测；水利工程护坡监测；古建筑周边护坡监测；高陡边坡、地质灾害多发区护坡监测；生态护坡、浆砌石护坡、混凝土护坡等各类结构护坡监测。

十四、效益分析

1. 安全效益：提前预警护坡倾斜、振动异常，及时处置安全隐患，杜绝护坡坍塌、滑移等安全事故，保障周边人员、设备及交通设施安全，防范地质灾害扩大，践行“安全第一、预防为主”的管理原则；

2. 经济效益：替代传统人工巡检，减少人工成本和巡检频次，解决人工巡检不够全面、精准的短板；提前发现病害，避免病害扩大，降低加固整改费用；减少因护坡坍塌造成的交通中断、财产损失及抢修成本；

3. 管理效益：实现护坡监测数字化、智能化，全程可追溯，提升运维管理效率，便于管理人员全面掌握护坡健康状态，结合数据分析做出科学决策，推动护坡安全管理向主动防控转变；

4. 社会效益：保障公路、铁路、市政道路等交通设施正常通行，维护城市公共安全，提升基础设施运维水平，助力生态环境保护及地质灾害防治，推动城市及交通领域安全发展。

十五、国标规范

1. 《建筑变形测量规范》JGJ 8-2016

2. 《公路路基设计规范》JTG D30-2015

3. 《铁路路基支挡结构设计规范》TB 10025-2020

4. 《建筑边坡工程技术规范》GB 50330-2013

5. 《基坑工程监测技术规范》GB 50497-2009

6. 《倾斜仪、水平仪通用规范》SJ 20873-2003

7. 《电子水平仪校准规范》JJF1119-2004

8. 《电磁兼容 试验和测量技术》GB/T 17626

十六、参考文献

1. 厦门欣仰邦《S-CGYQ无线倾斜传感器产品规格书》

2. JGJ 8-2016《建筑变形测量规范》

3. GB 50330-2013《建筑边坡工程技术规范》

4. SJ 20873-2003《倾斜仪、水平仪通用规范》

5. 护坡结构倾斜监测技术研究与应用（中国知网期刊）

6. 户外无线倾角监测系统在边坡护坡中的应用（工程技术期刊）

7. 公路边坡自动化监测技术实践与探讨（交通运输类期刊）

十七、案例分享

某省级公路路基护坡监测项目，该路段护坡全长1.8km，为浆砌石护坡，部分区段为高陡边坡（高度12~18m），受雨水冲刷、路基沉降影响，曾出现局部倾斜、裂缝隐患，属于高风险护坡区域，参照边坡自动化监测相关标准布设监测点位。本项目采用欣仰邦S-CGYQ-30型4G无线倾斜传感器，共布设72个监测点位，按25m/断面布置，高风险区段加密至15m/断面，4G直传云端，无需网关，采用TCP通信协议传输数据。

系统连续稳定运行16个月，精准捕捉到6处护坡微小倾斜异常（倾角0.23°~0.38°）及3处振动异常（加速度0.35g~0.48g），及时触发二级预警，运维单位立即组织现场核查，发现为雨水冲刷导致土体流失、护坡基础松动，随即采取注浆加固、增设排水设施、铺设防护网等措施，成功遏制了倾斜变形及振动加剧，避免了护坡坍塌事故。

项目运行期间，设备无断连、无丢数，监测数据精度完全符合JGJ 8-2016及SJ 20873-2003规范要求，电池续航稳定，无需频繁更换，大幅降低了人工巡检成本，提升了护坡运维管理效率，实现了护坡安全的主动防控，获得业主单位高度认可，为同类公路护坡监测项目提供了实践参考。