裴靈+劉鴻燕+粟俊江+李東林

摘 要：傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測手段存在諸多缺陷，不能滿足社會與工程建設(shè)的基本需求。在此背景下本團隊自主研發(fā)出地質(zhì)災(zāi)害智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。該智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)能24小時不間斷的監(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、甚至智能手表等各類終端接收監(jiān)測數(shù)據(jù)。擁有云端的遠程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)RDMS對位移數(shù)據(jù)進行分析判斷，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)，避免飛鳥走獸對位移數(shù)據(jù)的影響。通過對重慶、四川等地的多個災(zāi)害點進行實測，系統(tǒng)運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，預(yù)警效果及時。是國內(nèi)市場上處于先進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)測預(yù)警系統(tǒng)；遠程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)；智能延遲技術(shù)

引言

我國是一個多山地的國家，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。群測群防監(jiān)測手段大多采用人工收集方式，存在數(shù)據(jù)收集不及時、信息覆蓋面不足的缺點。其他傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測手段存在諸多缺陷，不能滿足社會與工程建設(shè)的基本需求。2012年的《山洪地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃》、《國務(wù)院關(guān)于加強地質(zhì)災(zāi)害防治工作的決定》，明確了在我國地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)建立地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價體系、監(jiān)測預(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)測和群測群防相結(jié)合的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警體系是一項很重要的內(nèi)容，基于傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展監(jiān)測預(yù)警體系建設(shè)是未來非常有前景的發(fā)展方向。

1 傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測手段的不足

傳統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測具備以下幾個缺點：

（1）野外布設(shè)的系統(tǒng)通常無法做到實時智能化的采集數(shù)據(jù)（通常間隔2-4小時進行一次），導(dǎo)致很多時候不能有效地監(jiān)測地質(zhì)不穩(wěn)定體；

（2）對于所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)常會受到條件的限制而無法及時傳回地質(zhì)工作人員手中，大多時候需要專業(yè)人員到現(xiàn)場進行采集；

（3）對動物、風等非地質(zhì)體位移因素的影響原拉繩式位移監(jiān)測系統(tǒng)無法有效排除干擾，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)做到了對地質(zhì)不穩(wěn)定體進行自動化監(jiān)控和預(yù)警，具有30-50次/60min的數(shù)據(jù)監(jiān)測頻率，且采用智能延時處理技術(shù)，避免非位移數(shù)據(jù)所帶來的干擾。配合遠程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實現(xiàn)了無區(qū)域性限制、失穩(wěn)智能分析預(yù)警。

2 該智能監(jiān)測系統(tǒng)的組成及優(yōu)勢

2.1 系統(tǒng)組成

智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)包括智能化監(jiān)測設(shè)備和智能化監(jiān)測預(yù)警信息平臺。

（1）智能化監(jiān)測設(shè)備

本系統(tǒng)的智能化監(jiān)測設(shè)備由以下四個部分組成：拉繩位式移計、模擬信號預(yù)處理模組、GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸模組、太陽能電池模組。

（2）智能化監(jiān)測預(yù)警信息平臺

本系統(tǒng)配備遠程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)RDMS（Remote Data Management System）可查看實時數(shù)據(jù)及時進行遠程參數(shù)控制（報警閥值設(shè)置及報警方法、數(shù)據(jù)共享及備份、日期時間及采集發(fā)射時間周期，各種控制參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)查詢及曲線繪制、報表輸出等）。同時設(shè)備擁有整體的超低電能消耗，專為地質(zhì)災(zāi)害野外實際需求設(shè)計，可長時間、高可靠度工作，實現(xiàn)實時無間斷的監(jiān)控。

2.2 系統(tǒng)優(yōu)勢

本監(jiān)測系統(tǒng)相比其他的地質(zhì)災(zāi)害智能監(jiān)測設(shè)備實現(xiàn)了24小時不間斷監(jiān)測，并配備了遠程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對所采集的數(shù)據(jù)進行分析和處理，達到智能預(yù)警效果。在設(shè)備抗干擾方面，采用了延時處理技術(shù)，對動物、風等非地質(zhì)體位移因素的影響進行處理。位移數(shù)據(jù)通過GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸至云端平臺，實現(xiàn)了無區(qū)域性限制的實時監(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小時以上。

3 案例分析

2016年1月，本團隊來到了萬盛經(jīng)開區(qū)腰子山不穩(wěn)定斜坡體進行實地測試。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，我們成功的在手機終端接收到位移數(shù)據(jù)（見圖1），在之后的時間段內(nèi)通過手機利用覆蓋各地的GSM信號穩(wěn)定的接收到監(jiān)測數(shù)據(jù)。

監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：在1月8日到10日期間，該觀測點發(fā)生了1.45cm的位移。在1月10日到18日這段時間，位移數(shù)據(jù)持續(xù)增加，最高達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，則說明該斜坡可能進入滑動階段。根據(jù)遠程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對該變形模式數(shù)據(jù)的預(yù)判處理，自動的發(fā)出了滑坡警告。

事實證明，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)及時預(yù)報，居民及時的進行了避災(zāi)準備，減少了危害造成的損失。

此外，我們在重慶市江津區(qū)油溪鎮(zhèn)殺牛洞、云陽渠馬鎮(zhèn)渠馬村、云陽雙土新集鎮(zhèn)、云陽新津鄉(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)測預(yù)警系統(tǒng)。數(shù)據(jù)顯示以上監(jiān)測點位移沒有發(fā)生明顯變化，這也與以上地點斜坡穩(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)測系統(tǒng)相比其他的地質(zhì)災(zāi)害智能監(jiān)測設(shè)備實現(xiàn)了整體自動化監(jiān)控位移，所配備的遠程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)RDMS對所采集的數(shù)據(jù)進行分析和處理，是目前安全監(jiān)測領(lǐng)域較為完善的數(shù)據(jù)管理軟件。

（2）通過配備的遠程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的處理也實現(xiàn)了整體自動化監(jiān)控地質(zhì)不穩(wěn)定體。

（3）在設(shè)備的抗干擾方面，RDMS采用了延時處理技術(shù)DHS，對動物、風等非地質(zhì)體位移因素的影響進行處理，保證了地質(zhì)不穩(wěn)定體的位移數(shù)據(jù)的真實性，數(shù)據(jù)通過GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸至云端平臺，從而實現(xiàn)了無區(qū)域性限制的實時監(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)透傳模塊，該模塊具有超低功耗的智能數(shù)傳模塊，通過對這類模塊的選用以及兩塊太陽能電池板對蓄電池進行實時充電供能，從而做到了本系統(tǒng)可以安裝在野外持續(xù)工作7000小時以上的先進科技成果。

（5）本團隊研發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，現(xiàn)已經(jīng)成功申請了四項實用新型專利。

參考文獻

[1]韓子夜，薛星橋.地質(zhì)災(zāi)害檢測方法技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學報.2005，16（3）：138-141.

[2]林恢亮.試析我國地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測方法與發(fā)展趨勢[J].科技信息：科學教研，2007（26）：13-13.

[3]重慶有效處置嚴重地災(zāi)險情后重建綜合防治仍需加大投入（新華社國內(nèi)動態(tài)清樣[Z].第4106期.

[4]郭希哲.地質(zhì)災(zāi)害防治[M].水利水電出版社，2007，11-80.

[5]國土資源部.關(guān)于印發(fā)《全國地質(zhì)災(zāi)害防治“十二五”規(guī)劃》的通知國土資發(fā)〔2012〕73號[Z].

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

976.8[P].

作者簡介：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。