国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

滑坡監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

2020-11-20 02:10韓祖麗
裝備維修技術(shù) 2020年11期
關(guān)鍵詞:預(yù)警系統(tǒng)滑坡監(jiān)測

韓祖麗

摘要:本文分析我國現(xiàn)行滑坡監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)存在的不足,結(jié)合實踐經(jīng)驗,基于滑坡監(jiān)測預(yù)警技術(shù)和巖石破裂理論,提出一款由滑坡探測器、數(shù)據(jù)采集中轉(zhuǎn)站、監(jiān)控中心監(jiān)測系統(tǒng)三部分構(gòu)成的滑坡智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng),該系統(tǒng)具有集成度高,預(yù)警信息發(fā)布準確、迅速等特點,為滑坡預(yù)警監(jiān)測提供一種新的監(jiān)測手段。

關(guān)鍵詞:滑坡;監(jiān)測;預(yù)警系統(tǒng);研究

1、前言

滑坡、崩塌、泥石流、地震是我國危害最大的地質(zhì)災(zāi)害。近年來我國大力推動地質(zhì)災(zāi)害的專業(yè)監(jiān)測預(yù)警工作,建立了大量地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)監(jiān)測示范點,為防災(zāi)減災(zāi)發(fā)揮了引領(lǐng)示范作用。但地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)監(jiān)測在實施過程中也存在一些問題,如監(jiān)測設(shè)備不智能、監(jiān)測方案不科學、預(yù)警模型無法滿足需求等,使專業(yè)監(jiān)測預(yù)警未充分發(fā)揮作用。

2、提出問題

通過實踐研究,本文從滑坡監(jiān)測參數(shù)、供電問題、監(jiān)測采集頻率、信號傳輸、滑坡預(yù)警模型、設(shè)備自檢等六方面分析研究我國現(xiàn)行主流滑坡監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)存在的缺陷,并提出改進建議。

2.1 滑坡監(jiān)測參數(shù)

滑坡監(jiān)測參數(shù)通常可劃分為五類:物理參數(shù)、變形參數(shù)、機理參數(shù)、誘發(fā)參數(shù)和間接參數(shù)。1.物理參數(shù),實踐中將聲發(fā)射數(shù)和射氣量變化兩個指標作為滑坡預(yù)報物理指標。2.變形參數(shù),各種試驗證明,位移是一個容易測量和獲得的特征變量,它能夠反映巖土體的變形破壞特征。3.機理參數(shù),滑坡機理預(yù)測參數(shù)指的是表示滑坡地質(zhì)災(zāi)害變形作用機理的參數(shù)。4.誘發(fā)參數(shù),滑坡預(yù)報的誘發(fā)參數(shù)指的是誘發(fā)滑坡活動的參數(shù)。降雨量、人工幵挖坡腳、地表水和地下水作用是其常用指標。這些參數(shù)不是滑坡變形的本質(zhì)參數(shù),但卻是導致滑坡發(fā)生的主要誘發(fā)因素。在宏觀上講,降雨量也可作為中長期預(yù)報的參數(shù)。5.間接參數(shù),滑坡間接預(yù)報參數(shù)是指難以準確量化的滑坡監(jiān)測指標,通過特殊的理論分析,用定量的指標表示分散且模糊不清的信息。

目前我國滑坡地表監(jiān)測參數(shù)以位移、加速度指標為主,通過監(jiān)測點布置GNSS接收或位移傳感器、加速度傳感器實施監(jiān)測,但無法無法監(jiān)測深部巖體變形,對于突發(fā)滑坡也無法預(yù)警。然而確定滑坡監(jiān)測參數(shù),要考慮滑坡的變形破壞特征與監(jiān)測技術(shù)的可行性,堅持多參數(shù)綜合分析、整體監(jiān)測與動態(tài)預(yù)測的原則。國內(nèi)學者有采用多種探測器采集監(jiān)測點多參數(shù)的報道,但現(xiàn)場組網(wǎng)、安裝、信號傳輸難度大;因而集成監(jiān)測傳感器、處理器、供電和遠程通信于一體化的智能監(jiān)測設(shè)備,大大降低監(jiān)測設(shè)備被篡改和破壞的風險,是未來的研究熱點之一。

2.2 供電問題

采用拉線方式給野外滑坡監(jiān)測設(shè)備供電的方式,施工難度大,長距離輸電會造成電壓不穩(wěn)定,受限較多;當前許多監(jiān)測設(shè)備已升級采用光伏發(fā)電的供電方案,即通過立桿支架連接太陽能板,再配合大容量蓄電池組成供電模塊,確保設(shè)備長期監(jiān)測的用電需求,但在實際監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn),設(shè)備零部件多、體積較大,增加了偏遠山區(qū)運輸?shù)碾y度,也使后期維護工作量大大增加。使監(jiān)測設(shè)備的供電模塊輕量化,功耗低,不依靠外部供電就能保證正常工作是未來研究的熱點。

2.3 監(jiān)測頻率

目前主流的監(jiān)測設(shè)備為了節(jié)省設(shè)備功耗,無法實現(xiàn)不間斷監(jiān)測,以GNSS接收機為例,通常是0.5~2小時監(jiān)測一次,監(jiān)測頻率依靠人工設(shè)置,這將造成突發(fā)型滑坡和崩塌無法獲取有效監(jiān)測數(shù)據(jù),產(chǎn)生漏報預(yù)警信息的嚴重后果。

貴州龍井村滑坡布設(shè)的常規(guī) GPS 監(jiān)測站,在 2019 年 2 月 17 日凌晨滑坡發(fā)生前,常規(guī) GPS 獲取的累計位移剛開始加速時,滑坡已經(jīng)發(fā)生。同樣在 2017年發(fā)生在甘肅黑方臺的黨川4#突發(fā)型黃土滑坡也出現(xiàn)了常規(guī) GPS 未獲取滑坡加速變形階段的數(shù)據(jù),導致漏報預(yù)警信息的問題[1]。由此可見,具備不間斷監(jiān)測或智能調(diào)節(jié)監(jiān)測頻率的設(shè)備是獲取隱患點有效監(jiān)測數(shù)據(jù)的重要條件,但在變頻觸發(fā)響應(yīng)時間,監(jiān)測頻率變化幅度等具體技術(shù)上還有很大的發(fā)展空間。

2.4 數(shù)據(jù)傳輸

滑坡監(jiān)測預(yù)警即是針對信息的采集、傳輸、處理與發(fā)布過程,監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性與可靠性至關(guān)重要。目前數(shù)據(jù)遠程傳輸主要包括有線和無線兩種方式。

2.4.1有線方式

通常受滑坡監(jiān)測區(qū)域環(huán)境復(fù)雜、線路架設(shè)和電源供給難等限制, 使得有線系統(tǒng)部署起來非常困難,系統(tǒng)維護十分不便;并且監(jiān)測節(jié)點傳感器是通過導線串聯(lián)起來的,當某個傳感器節(jié)點發(fā)生故障時, 會影響其他節(jié)點正常工作, 不能及時的為預(yù)警提供充分的數(shù)據(jù)支持, 從而影響系統(tǒng)的可靠性。

2.4.2無線方式

對于遠程無線傳輸,廣泛采用的是基于移動通信技術(shù)的傳輸方式,包括 GPRS、CDMA 及 4G 網(wǎng)絡(luò)等;對于其他無線方式如北斗(BDS)GPS、GIS的數(shù)據(jù)采集終端, 成本高,衛(wèi)星數(shù)較少、分布不均衡,面向民用領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用領(lǐng)域還存在一定的局限性;合成孔徑雷達干涉測量( InSAR), 雖然具有全天候、連續(xù)獲取信息和高空間分辨率的特點, 但該方法對干涉相位圖像質(zhì)量要求高, 需要高分辨率的衛(wèi)星遙感圖像, 這些決定了它不適合大范圍推廣與應(yīng)用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)的傳感器節(jié)點計算能力和數(shù)據(jù)存儲空間都比其它的終端差,若節(jié)點停止工作,網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)也會因此發(fā)生變化,數(shù)據(jù)采集的有效性會受到影響。

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的不斷更新,我國行政村4G覆蓋率已經(jīng)超過98%,同時5G發(fā)展迅速,能夠滿足用戶對更大容量數(shù)據(jù)遠程無線傳輸?shù)母咝耘c可靠性要求。

2.5 滑坡預(yù)警模型

基于智能監(jiān)測設(shè)備和科學合理的監(jiān)測方案,可以準確獲取監(jiān)測點的監(jiān)測參數(shù)( 如位移、加速度、降雨量等) ,而最關(guān)鍵的問題還是根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析所建立的滑坡預(yù)警模型,建立對滑坡災(zāi)害的內(nèi)部量變演化至外部質(zhì)變的長期監(jiān)控,做到在地質(zhì)內(nèi)部變形滑動發(fā)生之前及時發(fā)現(xiàn)并進行預(yù)警防治。

目前滑坡監(jiān)測預(yù)警技術(shù)一般采用閾值模型進行簡單的判斷,以變形、雨量等因素達到某一閾值后進行對應(yīng)等級的預(yù)警。以泥石流為例,降雨是誘發(fā)泥石流的關(guān)鍵要素,近年來基于過程化的泥石流臨界雨量模型是總結(jié)分析前期降雨量、降雨持續(xù)時間、累計總降雨量等關(guān)鍵降雨特征參數(shù)[2]而建立起來的,并且在汶川地震三大片區(qū)多次成功預(yù)警[3]。貴州龍井村滑坡成功預(yù)警,很大程度上得益于建立了過程化的變形切線角預(yù)警模型[4]。

但現(xiàn)有的預(yù)警模型并未考慮多源數(shù)據(jù)融合問題,即針對某一災(zāi)害點雖然布設(shè)了多個監(jiān)測設(shè)備,但監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析預(yù)警都是單一設(shè)備各自發(fā)布,而滑坡的發(fā)生需要綜合考慮各個監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)信息,確保準確判斷滑坡點的發(fā)展趨勢和危險性,同時閾值的確定也不盡合理。

貴州龍井村在滑坡隱患點布設(shè)了6臺位移監(jiān)測設(shè)備,其中,4#位移計布設(shè)在一塊不穩(wěn)定的巖石上,在2019年2月11日凌晨,由于滑坡變形使該巖石沿張開的裂縫下墜,導致該位移計的監(jiān)測數(shù)據(jù)產(chǎn)生了明顯激增,并觸發(fā)了過程化的紅色預(yù)警,但實質(zhì)上整個坡體仍然相對穩(wěn)定,其余監(jiān)測設(shè)備也并未發(fā)出報警,在這一過程中單一設(shè)備的報警并不代表滑坡即將失穩(wěn)破壞;而滑坡真正發(fā)生的 2019 年 2 月 17 日凌晨,剩余 5 臺自動位移計監(jiān)測數(shù)據(jù)一致出現(xiàn)加速狀態(tài)并幾乎同時發(fā)出了預(yù)警信息,從整體上反映出滑坡全面失穩(wěn)的過程[6]。由此說明,過程化預(yù)警模型中多源數(shù)據(jù)協(xié)同的預(yù)警技術(shù)方法也是今后需要進一步發(fā)展的方向。

2.6 設(shè)備自檢

滑坡監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)檢查、故障判斷、數(shù)據(jù)發(fā)送完整性檢查大多還依靠人工,對于安裝在偏遠山區(qū)的監(jiān)測設(shè)備來說,設(shè)備的智能化自我管理和自我檢測顯得尤為重要,這方面還需要進一步的發(fā)展。

針對滑坡監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的上述缺陷,筆者通過前期的研究,在滑坡監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測工作方法,智能化監(jiān)測設(shè)備的傳感器集成、供電、數(shù)據(jù)傳輸、滑坡預(yù)警模型建立等方面取得了一定成果。

3、解決方案

筆者基于滑坡監(jiān)測預(yù)警技術(shù)和巖石破裂理論,結(jié)合滑坡監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、傳輸、利用機理,按照“指標智能監(jiān)測、信號自主傳輸、險情自動預(yù)警”的設(shè)計理念,通過滑坡監(jiān)測預(yù)警設(shè)備的集成創(chuàng)新,研制一款由滑坡探測器、數(shù)據(jù)采集中轉(zhuǎn)站、監(jiān)控中心監(jiān)測系統(tǒng)三部分構(gòu)成的滑坡智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)(原理圖如圖1)。

3.1關(guān)鍵技術(shù)

3.1.1滑坡探測器設(shè)計

根據(jù)“滑坡發(fā)生前,巖石的微小變形均會導致地磁感強度、磁偏角、磁傾角變化”的機理,通過監(jiān)測地磁變化作為預(yù)警滑坡發(fā)生的核心指標?;绿綔y器采用工業(yè)塑料外殼,呈圓柱體,截面直徑8~10cm,高0.6~0.8m,內(nèi)部集成震動傳感器、地磁場傳感器、傾角傳感器、加速度傳感、數(shù)據(jù)處理器、供電模塊、干電池、433MHz無線電通信模塊、定時開關(guān)控制器等元器件。其工作原理:震動傳感器探測到微震動→供電模塊觸發(fā)電池向地磁場傳感器、傾角傳感器、加速度傳感器、數(shù)據(jù)處理器、無線電通信模塊供電→探測磁偏角、傾斜角、加速度的變量→數(shù)據(jù)處理器根據(jù)預(yù)設(shè)算法計算磁偏角、傾斜角、加速度參數(shù),若達到閾值,將磁偏角、傾斜角、加速度參數(shù)和滑坡探測器代碼(代碼預(yù)存儲在數(shù)據(jù)處理器中)→433MHz無線電通信模塊→數(shù)據(jù)采集中轉(zhuǎn)站;若監(jiān)測點的磁偏角、傾斜角、加速度無異常,在每天某一指定時刻,定時開關(guān)控制器激活數(shù)據(jù)處理器,通過無線電通信模塊向數(shù)據(jù)采集中轉(zhuǎn)站發(fā)送自檢信號。安裝方法:在滑坡監(jiān)測點,將該探測器豎直進入巖土層約30cm(無需安裝混凝土底座)、夯實、校正。

3.1.2數(shù)據(jù)采集中轉(zhuǎn)站設(shè)計

數(shù)據(jù)采集中轉(zhuǎn)站具備接收多個滑坡探測器信號、滑坡點判斷、報警器報警、險情廣播、向監(jiān)控中心監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送信號等功能。采用薄壁金屬外殼,呈長方體,內(nèi)部為空腔,截面尺寸約為35×35cm,高約1.2~1.4m,集成無線電接收模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、光伏發(fā)電系統(tǒng)(太陽能電池板功率20W、蓄電池60AH)、供電模塊、翻斗式雨量計(承雨口徑:200mm)、報警器、4G通信模塊等。工作原理:無線電接收模塊接收滑坡探測器信號→數(shù)據(jù)處理模塊判定滑坡發(fā)生點的位置和預(yù)警級別→觸發(fā)安裝在數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站上的報警器或廣播,播報預(yù)警信息(若未達到相應(yīng)預(yù)警級別則不警報,直接將信號傳遞至下一級)→4G移動通信模塊將滑坡探測器代碼和磁偏角、傾斜角、加速度參數(shù)通過移動網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心監(jiān)測系統(tǒng);若為滑坡探測器的每日自檢信號,數(shù)據(jù)處理模塊直接通過4G通信模塊將自檢信號發(fā)送給監(jiān)控中心監(jiān)測系統(tǒng)。翻斗式雨量計用于監(jiān)測降雨臨界值和土壤含水,作為判斷滑坡的輔助參數(shù)。安裝方法:安裝在滑坡監(jiān)測點附近的居民區(qū)或邊坡的高位,通過地腳螺絲與地面固定牢。

3.1.3監(jiān)控中心監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

監(jiān)控中心監(jiān)測系統(tǒng)具備接收數(shù)據(jù)采集中轉(zhuǎn)站數(shù)據(jù)、滑坡監(jiān)測模型動態(tài)曲線、自動呼叫險情負責人、動態(tài)顯示各滑坡探測器狀態(tài)、監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲管理、歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢、警報數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)收發(fā)接口管理、自動生成報表、系統(tǒng)維護管理等功能。

圖1 滑坡智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)原理圖

3.2技術(shù)分析

3.2.1系統(tǒng)架構(gòu)及滑坡監(jiān)測工作方式創(chuàng)新

筆者對滑坡監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)及滑坡監(jiān)測工作方式方面進行了改革創(chuàng)新,特別是滑坡探測器、數(shù)據(jù)采集中轉(zhuǎn)站、監(jiān)控中心監(jiān)測系統(tǒng)三者集成度高,銜接性強、依次遞進;預(yù)警信息發(fā)布準確、迅速;便于批量生產(chǎn)和推廣。

3.2.2滑坡監(jiān)測數(shù)據(jù)采集器集成創(chuàng)新

在滑坡探測器內(nèi)集成傳感器作為數(shù)據(jù)采集器,以地磁場為核心監(jiān)測指標,通過監(jiān)測地磁變化等作為預(yù)判滑坡的監(jiān)測工作方式;突破當前市場主流滑坡監(jiān)測器采用GNSS接收機作為數(shù)據(jù)采集器,依托衛(wèi)星定位系統(tǒng),以監(jiān)測點坐標變化為監(jiān)測指標,僅在較大滑坡發(fā)生時才警報的工作方式?;绿綔y器最小傾斜監(jiān)測精度達0.1°,達到國內(nèi)領(lǐng)先水平,能夠?qū)逻M行預(yù)警,最大化保障人民生命財產(chǎn)安全。

3.2.3滑坡探測器供電方式創(chuàng)新

滑坡探測器采用分級觸發(fā)式供電,通過供電模塊創(chuàng)新,使滑坡探測器僅需電池供電,解決困擾監(jiān)測行業(yè)多年的供電問題。

3.2.4信號傳輸方式創(chuàng)新

通過無線電信號傳輸模塊和4G通信模塊的組合,保證信號實時、精準傳輸,解決了GNSS接收機采用GPS傳輸模塊因信號不穩(wěn)定導致數(shù)據(jù)傳輸延遲、中斷等問題。與市面上同類產(chǎn)品相比,成本更低、監(jiān)測范圍更廣,受氣候條件影響小。

結(jié)論

綜上所述,本文提出的滑坡智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的智能化產(chǎn)品,能根據(jù)巖土層的微小地質(zhì)變化,結(jié)合多參數(shù)算法和滑坡預(yù)警模型,對山體、邊坡進行全天候的數(shù)據(jù)采集、傳輸和分析,使地災(zāi)防治人員對地質(zhì)災(zāi)害作出高效應(yīng)對,為抵御滑坡災(zāi)害提供一種新的監(jiān)測手段。

參考文獻:

[1]亓星,朱星,修德皓,等.智能變頻位移計在突發(fā)型黃土滑坡中的應(yīng)用——以甘肅黑方臺黃土滑坡為例[J].水利水電技術(shù),2019,50( 5) : 190-195.

[2]亓星,許強,孫亮,等.降雨型黃土滑坡預(yù)警研究現(xiàn)狀綜述[J].地質(zhì)科技情報,2014,33( 6) : 219- 225.

[3]尹國龍.汶川地震三大片區(qū)降雨特征分析及泥石流預(yù)警方法研究[D].成都:成都理工大學,2014.

[4]許強,曾裕平,錢江澎,等.一種改進的切線角及對應(yīng)的滑坡預(yù)警判據(jù)[J].地質(zhì)通報,2009,28(4):501-505.

[5]汪江田,顧學章,龔耀,等.從巖石的應(yīng)變、破裂與電性的變化關(guān)系探索對地震的預(yù)報[J].地震學刊,2000,20(03):1-8.

[6]亓星.地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)方法探討[J]. 四川理工學院學報:自然科學版,2019,32(04):49-54.

基金項目:2020年崇左市科技立項項目(新型滑坡智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)研發(fā))

猜你喜歡
預(yù)警系統(tǒng)滑坡監(jiān)測
氣囊測壓表在腹內(nèi)壓監(jiān)測中的應(yīng)用
某停車場滑坡分析及治理措施
學校肺結(jié)核流行趨勢控制及預(yù)警系統(tǒng)監(jiān)測分析
基于 WSN 的隧道健康監(jiān)測研究
俄太空預(yù)警系統(tǒng)探測到64枚導彈發(fā)射
夏季大山里的隱形殺手——滑坡
高層建筑沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中多元回歸分析方法的應(yīng)用研究
高層建筑沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中多元回歸分析方法的應(yīng)用研究
交通流量增長下的空管安全預(yù)警系統(tǒng)研究
學習監(jiān)測手環(huán)
尤溪县| 晋宁县| 手游| 特克斯县| 鹤庆县| 万安县| 宜宾市| 金坛市| 东莞市| 秦安县| 交城县| 黑龙江省| 石首市| 颍上县| 郧西县| 双峰县| 双流县| 获嘉县| 兴山县| 新安县| 浦城县| 阿拉善右旗| 绥棱县| 尉犁县| 兴隆县| 泸州市| 兰溪市| 石嘴山市| 南雄市| 沽源县| 西平县| 武安市| 新民市| 阿巴嘎旗| 兰西县| 蒙阴县| 商水县| 兰考县| 垦利县| 抚宁县| 台中市|