地質(zhì)災(zāi)害智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)研究

裴靈+劉鴻燕+粟俊江+李東林

摘 要：傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)手段存在諸多缺陷，不能滿足社會(huì)與工程建設(shè)的基本需求。在此背景下本團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)出地質(zhì)災(zāi)害智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。該智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)能24小時(shí)不間斷的監(jiān)控，利用全球覆蓋的GSM數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)并不限制電腦或者手機(jī)、甚至智能手表等各類終端接收監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。擁有云端的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)RDMS對(duì)位移數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，根據(jù)失穩(wěn)閾值智能發(fā)出預(yù)警。具有智能延遲處理技術(shù)，避免飛鳥走獸對(duì)位移數(shù)據(jù)的影響。通過(guò)對(duì)重慶、四川等地的多個(gè)災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行實(shí)測(cè)，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，預(yù)警效果及時(shí)。是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上處于先進(jìn)水平的整體解決方案，值得推廣。

關(guān)鍵詞：斜坡重力地質(zhì)災(zāi)害；地質(zhì)災(zāi)害智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)；遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)；智能延遲技術(shù)

引言

我國(guó)是一個(gè)多山地的國(guó)家，特別我們重慶，深受滑坡、崩塌、泥石流等重力地質(zhì)災(zāi)害的危害。群測(cè)群防監(jiān)測(cè)手段大多采用人工收集方式，存在數(shù)據(jù)收集不及時(shí)、信息覆蓋面不足的缺點(diǎn)。其他傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)手段存在諸多缺陷，不能滿足社會(huì)與工程建設(shè)的基本需求。2012年的《山洪地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃》、《國(guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害防治工作的決定》，明確了在我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)建立地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)體系、監(jiān)測(cè)預(yù)警體系、防治工程體系和應(yīng)急體系的任務(wù)，其中，建立專業(yè)監(jiān)測(cè)和群測(cè)群防相結(jié)合的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警體系是一項(xiàng)很重要的內(nèi)容，基于傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展監(jiān)測(cè)預(yù)警體系建設(shè)是未來(lái)非常有前景的發(fā)展方向。

1 傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)手段的不足

傳統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)具備以下幾個(gè)缺點(diǎn)：

（1）野外布設(shè)的系統(tǒng)通常無(wú)法做到實(shí)時(shí)智能化的采集數(shù)據(jù)（通常間隔2-4小時(shí)進(jìn)行一次），導(dǎo)致很多時(shí)候不能有效地監(jiān)測(cè)地質(zhì)不穩(wěn)定體；

（2）對(duì)于所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)常會(huì)受到條件的限制而無(wú)法及時(shí)傳回地質(zhì)工作人員手中，大多時(shí)候需要專業(yè)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行采集；

（3）對(duì)動(dòng)物、風(fēng)等非地質(zhì)體位移因素的影響原拉繩式位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)法有效排除干擾，往往造成地質(zhì)人員的誤判[1]。

本文所介紹的系統(tǒng)已經(jīng)做到了對(duì)地質(zhì)不穩(wěn)定體進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控和預(yù)警，具有30-50次/60min的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)頻率，且采用智能延時(shí)處理技術(shù)，避免非位移數(shù)據(jù)所帶來(lái)的干擾。配合遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)區(qū)域性限制、失穩(wěn)智能分析預(yù)警。

2 該智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成及優(yōu)勢(shì)

2.1 系統(tǒng)組成

智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)包括智能化監(jiān)測(cè)設(shè)備和智能化監(jiān)測(cè)預(yù)警信息平臺(tái)。

（1）智能化監(jiān)測(cè)設(shè)備

本系統(tǒng)的智能化監(jiān)測(cè)設(shè)備由以下四個(gè)部分組成：拉繩位式移計(jì)、模擬信號(hào)預(yù)處理模組、GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸模組、太陽(yáng)能電池模組。

（2）智能化監(jiān)測(cè)預(yù)警信息平臺(tái)

本系統(tǒng)配備遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)RDMS（Remote Data Management System）可查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)控制（報(bào)警閥值設(shè)置及報(bào)警方法、數(shù)據(jù)共享及備份、日期時(shí)間及采集發(fā)射時(shí)間周期，各種控制參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)查詢及曲線繪制、報(bào)表輸出等）。同時(shí)設(shè)備擁有整體的超低電能消耗，專為地質(zhì)災(zāi)害野外實(shí)際需求設(shè)計(jì)，可長(zhǎng)時(shí)間、高可靠度工作，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)無(wú)間斷的監(jiān)控。

2.2 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比其他的地質(zhì)災(zāi)害智能監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了24小時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)，并配備了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，達(dá)到智能預(yù)警效果。在設(shè)備抗干擾方面，采用了延時(shí)處理技術(shù)，對(duì)動(dòng)物、風(fēng)等非地質(zhì)體位移因素的影響進(jìn)行處理。位移數(shù)據(jù)通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸至云端平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)區(qū)域性限制的實(shí)時(shí)監(jiān)控。選用具有低功耗高效率的電子元件，在野外持續(xù)工作7000小時(shí)以上。

3 案例分析

2016年1月，本團(tuán)隊(duì)來(lái)到了萬(wàn)盛經(jīng)開區(qū)腰子山不穩(wěn)定斜坡體進(jìn)行實(shí)地測(cè)試。在該不穩(wěn)定體后援上下兩側(cè)安裝了拉繩式位移監(jiān)測(cè)裝置，其中一側(cè)安裝在后緣上部穩(wěn)定基巖中，另一側(cè)安裝在不穩(wěn)定斜坡體上。

在調(diào)試完畢后，我們成功的在手機(jī)終端接收到位移數(shù)據(jù)（見圖1），在之后的時(shí)間段內(nèi)通過(guò)手機(jī)利用覆蓋各地的GSM信號(hào)穩(wěn)定的接收到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示：在1月8日到10日期間，該觀測(cè)點(diǎn)發(fā)生了1.45cm的位移。在1月10日到18日這段時(shí)間，位移數(shù)據(jù)持續(xù)增加，最高達(dá)2cm。由于該不穩(wěn)定斜坡變形破壞模式為蠕滑-拉裂型破壞模式。在此類不穩(wěn)定體的后緣裂隙如果發(fā)生位移持續(xù)增大的趨勢(shì)，則說(shuō)明該斜坡可能進(jìn)入滑動(dòng)階段。根據(jù)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對(duì)該變形模式數(shù)據(jù)的預(yù)判處理，自動(dòng)的發(fā)出了滑坡警告。

事實(shí)證明，該地于2016年1月21日晚上22：50左右，斜坡后緣局部發(fā)生了表層位移（見圖2）。導(dǎo)致位于后緣處的一處單層居民房墻體損壞。由于該系統(tǒng)及時(shí)預(yù)報(bào)，居民及時(shí)的進(jìn)行了避災(zāi)準(zhǔn)備，減少了危害造成的損失。

此外，我們?cè)谥貞c市江津區(qū)油溪鎮(zhèn)殺牛洞、云陽(yáng)渠馬鎮(zhèn)渠馬村、云陽(yáng)雙土新集鎮(zhèn)、云陽(yáng)新津鄉(xiāng)老集鎮(zhèn)等地的不穩(wěn)定斜坡體上也安裝了地質(zhì)災(zāi)害智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。數(shù)據(jù)顯示以上監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移沒(méi)有發(fā)生明顯變化，這也與以上地點(diǎn)斜坡穩(wěn)定現(xiàn)狀相吻合，且數(shù)據(jù)讀取穩(wěn)定。

4 成果及技術(shù)總結(jié)

（1）本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比其他的地質(zhì)災(zāi)害智能監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了整體自動(dòng)化監(jiān)控位移，所配備的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)RDMS對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，是目前安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域較為完善的數(shù)據(jù)管理軟件。

（2）通過(guò)配備的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的處理也實(shí)現(xiàn)了整體自動(dòng)化監(jiān)控地質(zhì)不穩(wěn)定體。

（3）在設(shè)備的抗干擾方面，RDMS采用了延時(shí)處理技術(shù)DHS，對(duì)動(dòng)物、風(fēng)等非地質(zhì)體位移因素的影響進(jìn)行處理，保證了地質(zhì)不穩(wěn)定體的位移數(shù)據(jù)的真實(shí)性，數(shù)據(jù)通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸至云端平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)區(qū)域性限制的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（4）在本系統(tǒng)的內(nèi)部元件選擇方面，選用的是具有低功耗高效率的電子元件，其中包括自主研發(fā)設(shè)計(jì)出了專為地質(zhì)災(zāi)害野外需求的GSM網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)透?jìng)髂K，該模塊具有超低功耗的智能數(shù)傳模塊，通過(guò)對(duì)這類模塊的選用以及兩塊太陽(yáng)能電池板對(duì)蓄電池進(jìn)行實(shí)時(shí)充電供能，從而做到了本系統(tǒng)可以安裝在野外持續(xù)工作7000小時(shí)以上的先進(jìn)科技成果。

（5）本團(tuán)隊(duì)研發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，現(xiàn)已經(jīng)成功申請(qǐng)了四項(xiàng)實(shí)用新型專利。

參考文獻(xiàn)

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[6]延時(shí)處理技術(shù)DHS（Delayed Handle System）（專利號(hào)：201521062

976.8[P].

作者簡(jiǎn)介：裴靈（1985-），男，重慶，碩士研究生，工程師，研究方向：地質(zhì)工程，地質(zhì)災(zāi)害。