地質(zhì)災(zāi)害專群結(jié)合監(jiān)測預(yù)警設(shè)備選型及預(yù)期成果

王 凱，陳永弟

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水 741020）

1 案例基本概況

2020年8月，甘肅省隴東南地區(qū)普遍遭遇大到暴雨，給秦州區(qū)16個鄉(xiāng)鎮(zhèn)造成了巨大的經(jīng)濟損失。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，此次暴洪災(zāi)害致使近2 000人無家可歸，同時造成經(jīng)濟損失達760萬元，嚴(yán)重威脅了人民群眾的生命財產(chǎn)安全。對地質(zhì)災(zāi)害進行防治與監(jiān)測，是災(zāi)后恢復(fù)重建工作的重要內(nèi)容[1]，目前地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測工作主要依靠群測群防員的人工巡查和簡易監(jiān)測，專業(yè)化和信息化程度較低，迫切需要運用新技術(shù)裝備手段用于監(jiān)測預(yù)警。但由于成本過高、穩(wěn)定性差、運行維護難度大、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等諸多因素的影響，現(xiàn)有監(jiān)測預(yù)警裝備產(chǎn)業(yè)化水平較低，難以適應(yīng)新時期地質(zhì)災(zāi)害防治需求?；诖?，天水市秦州區(qū)開展地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警項目，通對數(shù)據(jù)庫“普適性地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測儀”的使用狀況進行分析后，探索出能夠?qū)崿F(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警技術(shù)信息化建設(shè)的具體方法，進而探索出更多能夠推動地質(zhì)災(zāi)害工作有效發(fā)展的新途徑。

2 測點位置的選擇及設(shè)備類型的確定

本項目實施的普適型儀器設(shè)備監(jiān)測預(yù)警點共8處，其中6處滑坡、2處不穩(wěn)定斜坡災(zāi)害點。共建設(shè)普適性監(jiān)測儀器31臺，監(jiān)測內(nèi)容以地表變形和降雨為主[2]，具體包括位移（如GNSS）、裂縫、雨量等測項。一般情況來說，專群結(jié)合監(jiān)測預(yù)警的這類設(shè)備類型主要體現(xiàn)在如下幾個方面。

（1）普適型雨量監(jiān)測站（壓電式）

一體化雨量監(jiān)測站采用一體化設(shè)計，將數(shù)據(jù)采集、傳輸和電源控制集成于一體，數(shù)據(jù)遙測終端內(nèi)置鋰電池，配合外部太陽能板可實現(xiàn)持續(xù)工作。具有多路數(shù)據(jù)接口，可同時接入雨量計、裂縫計和其他數(shù)字信號。遙測終端設(shè)備外殼采用ABS材質(zhì)，設(shè)計防水結(jié)構(gòu)，防護等級可達IP67。普適性雨量監(jiān)測站具有雨量數(shù)據(jù)采集、長期固態(tài)存儲和遠距離傳輸功能，與其他監(jiān)測設(shè)備可實現(xiàn)互聯(lián)互動，能夠適應(yīng)野外惡劣環(huán)境（圖1）。技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 普適性雨量監(jiān)測站技術(shù)指標(biāo)

圖1 普適型雨量監(jiān)測站

（2）普適型裂縫監(jiān)測站

普適型裂縫位移監(jiān)測站用于野外滑坡等災(zāi)害體的裂縫自動監(jiān)測，具有裂縫數(shù)據(jù)智能采集，長期固態(tài)存儲和遠距離傳輸功能，可通過無線傳輸實現(xiàn)近距離顯示，人工置數(shù)及設(shè)備配置，采用一體化結(jié)構(gòu)，具有體積小，安裝靈活方便，操作簡單、技術(shù)先進、功能齊全、運行穩(wěn)定可靠等特點。由此可以看出，這是一款能夠適合惡劣環(huán)境下開展日常監(jiān)測與管理的高性能監(jiān)測產(chǎn)品（圖2）。技術(shù)參數(shù)見表2。

圖2 普適型裂縫監(jiān)測站

表2 普適型裂縫監(jiān)測站技術(shù)參數(shù)

（3）普適型GNSS 監(jiān)測站

GNSS 形變監(jiān)測設(shè)備為三星八頻，采用北斗/GPS高精度形變監(jiān)測數(shù)據(jù)處理算法，低功耗設(shè)計，提供毫米級載波相位觀測值和后處理定位精度，支持芯片級多路徑抑制，以便用戶實時掌握被監(jiān)測體的瞬時形變情況，可滿足用戶實時掌握被監(jiān)測體瞬時形變的需求[3]。產(chǎn)品采用寬溫、全封閉式設(shè)計，外置接口均采用航空型接頭，可有效地實現(xiàn)抗高溫、防塵、防電磁干擾、防腐蝕等，在各種惡劣的現(xiàn)場環(huán)境下均能持續(xù)穩(wěn)定工作（圖3）。技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 普適型GNSS監(jiān)測站技術(shù)指標(biāo)

圖3 普適型GNSS監(jiān)測站

（4）智能聲光報警器

當(dāng)?shù)刭|(zhì)災(zāi)害隱患點發(fā)生災(zāi)害時，啟動智能聲光報警器通過聲音和各種光向隱患點附近居民發(fā)出示警信號，提醒受威脅居民立刻撤離地災(zāi)害威脅范圍。技術(shù)參數(shù)見表4。

表4 智能聲光報警器技術(shù)指標(biāo)

（5）設(shè)備安全防護及維護

第一，設(shè)備安全防護。

①設(shè)置主機箱防護。機箱內(nèi)部與外設(shè)如圖4—圖5所示，對于使用機箱的設(shè)備來說，其機箱往往采用304不銹鋼材質(zhì)。同時，機箱中的螺絲、螺帽等部件也均采用304不銹鋼材質(zhì)。這一材質(zhì)具有較強的防水性，禁止使用扎帶式抱箍。

圖4 機箱內(nèi)部

圖5 機箱外部

②接線防護。所有線路必須通過立桿穿線，外漏部分需使用不銹鋼波紋管保護，并使用樹脂密封。所有線纜的接線處必須使用接線端子及線鼻子。

③圍欄、防護網(wǎng)防護。護欄和防護網(wǎng)安裝如圖6—圖7所示，所有安裝于戶外的監(jiān)測預(yù)警設(shè)備需采用保護措施，對于保護要求較高的監(jiān)測點，可修建圍欄、防護網(wǎng)等防止破壞。

圖6 護欄安裝示意圖

圖7 防護網(wǎng)安裝示意圖

第二，設(shè)備維護。

①試運行期的維護。在對設(shè)備進行安裝并成功調(diào)試完之后，需要先運行設(shè)備，判斷其運行過程中的順利程度。隨后，對其進行定期維護。維護工作過程中應(yīng)開展如下內(nèi)容：設(shè)備的巡檢，主要涉及到設(shè)備的調(diào)試、檢測以及維修等工作；通信線路的維護與調(diào)試；后臺軟件的維護與調(diào)試等。

實施方要為使用方制定詳細的培訓(xùn)計劃，培訓(xùn)內(nèi)容包括系統(tǒng)原理、設(shè)備安裝操作、調(diào)試操作、軟件運行管理、故障排除及設(shè)備維修等內(nèi)容。實施方在試運行期結(jié)束前完成對業(yè)主方的專業(yè)工程師、管理人員的技術(shù)培訓(xùn)，保證項目驗收移交后，業(yè)主方能夠掌握系統(tǒng)的全部運行、操作、線路維護、故障分析處理、設(shè)備維修和保養(yǎng)等工作。

②質(zhì)保期內(nèi)的維護。質(zhì)保期自驗收合格后開始計算。在這段時間，實施方與業(yè)主方共同進行項目的運維管理。具體運維內(nèi)容及分工如下：使用方負責(zé)日常的軟件操作使用，在使用過程中，發(fā)現(xiàn)軟件問題，通知施工方遠程或來現(xiàn)場進行處理；在其質(zhì)保期的范圍之內(nèi)應(yīng)及時對軟件進行更新，并為業(yè)主提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。實施工作者應(yīng)及時對其出現(xiàn)的故障進行診斷。同時，對于維修或施工過程中出現(xiàn)的各種費用，涉及到人工費、交通費、通信費、設(shè)備更換等費用時都必須由實施方自行承擔(dān)。對于實施方來講，應(yīng)定期對現(xiàn)場設(shè)備進行管理和維護，一旦出現(xiàn)任何事故都必須對其進行診斷，結(jié)合實際情況展開維護，確保其設(shè)備的正常運行。

設(shè)備損壞后，立即到現(xiàn)場檢查并在96 h內(nèi)完成維修工作；一旦設(shè)備發(fā)生一些問題或者異常狀況時都必須對其進行多角度派車。

③質(zhì)保期外的維護。在質(zhì)保期的范圍內(nèi)，應(yīng)確保使用方能夠開展相關(guān)的運營維護管理工作。具體涉及到如下內(nèi)容：現(xiàn)場的管理、巡查及維護等；對通信線路的定期巡查及維護工作；對后臺進行有效維護和使用方法的傳遞。

④監(jiān)測運行維護。對監(jiān)測設(shè)備有效保護和正常的運轉(zhuǎn)將直接關(guān)系到監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性和連續(xù)性[4]。所以，監(jiān)測設(shè)施安裝埋設(shè)后建立有效的保護措施十分重要。為此，應(yīng)做到以下幾點：加強監(jiān)測設(shè)施全員保護的宣傳力度，提高場地居民和流動人員的監(jiān)測設(shè)施保護意識；監(jiān)測設(shè)施為永久設(shè)施，對其保護工作各級地方政府主管部門必須予以足夠重視；監(jiān)測設(shè)施埋設(shè)安裝，投入正常監(jiān)測后，主管部門應(yīng)立即介入，以便進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理和有效保護；結(jié)合有關(guān)國家法律法規(guī)制定合理有效的地方監(jiān)測設(shè)施保護法規(guī)體系；監(jiān)測實施單位配合地方主管部門建立必要的永久性監(jiān)測設(shè)施保護措施，設(shè)立協(xié)調(diào)統(tǒng)一的醒目保護警示標(biāo)記。

3 結(jié)語

根據(jù)要求，地質(zhì)災(zāi)害防治專群結(jié)合監(jiān)測預(yù)警項目預(yù)期成果主要包括監(jiān)測預(yù)警報告、監(jiān)測專題圖件、數(shù)據(jù)附表、監(jiān)測設(shè)備安裝記錄等，所有資料成果均提供數(shù)字化成果。

現(xiàn)代化的地質(zhì)災(zāi)害專群結(jié)合監(jiān)測預(yù)警模式的有效應(yīng)用能夠大大提升地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警效果，有效降低災(zāi)害破壞程度，降低對人們生命財產(chǎn)安全的威脅。本研究主要以甘肅省天水市秦州區(qū)地質(zhì)災(zāi)害專群結(jié)合監(jiān)測預(yù)警建設(shè)為例，闡述設(shè)備選型以及相應(yīng)的預(yù)期成果方面的內(nèi)容，通過研究能夠?qū)Ｈ航Y(jié)合監(jiān)測預(yù)警設(shè)備選型提供一定參考和幫助，對于推動此類預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)具有現(xiàn)實意義。