劉黔云,龔 偉
貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院,貴州貴陽 550081
地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性和破壞性極強(qiáng),如果不加以有效防治,就可能帶來難以估計(jì)的損失和風(fēng)險(xiǎn)。因此,我國高度關(guān)注地質(zhì)災(zāi)害的防治工作。近年來,隨著監(jiān)測(cè)技術(shù)手段的不斷完善,我國一直致力于全面提升地質(zhì)災(zāi)害防治的自動(dòng)化水平,希望以此全面增強(qiáng)管控效果。本研究以此為切入點(diǎn),深入分析了地質(zhì)災(zāi)害防治中自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用思路。
地質(zhì)災(zāi)害防治監(jiān)測(cè)工作的開展需要以自動(dòng)化技術(shù)為支撐,借助先進(jìn)的技術(shù)手段,打造完備的系統(tǒng)體系,并形成統(tǒng)一運(yùn)行的模式,強(qiáng)化對(duì)地質(zhì)災(zāi)害每一個(gè)環(huán)節(jié)和每一個(gè)流程的自動(dòng)化管控,并綜合形成結(jié)論,進(jìn)而提高監(jiān)測(cè)效率。地質(zhì)災(zāi)害涉及的范圍往往非常廣,地質(zhì)構(gòu)造也十分復(fù)雜,在具體監(jiān)測(cè)過程中,需要對(duì)多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)測(cè),涉及的設(shè)施和技術(shù)非常多,如傳感器、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)等[1]。通過將這些環(huán)節(jié)有機(jī)地結(jié)合,形成系統(tǒng)的運(yùn)行模式,可以獲取和識(shí)別地質(zhì)災(zāi)害的各種信息,并據(jù)此形成系統(tǒng)的信息內(nèi)容,幫助管理人員分析具體情況,然后發(fā)出警報(bào),并采取合理的措施防治地質(zhì)災(zāi)害。
自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用能夠更加全面地獲取和分析地質(zhì)災(zāi)害信息,幫助管理部門全過程、精準(zhǔn)化地把握地質(zhì)災(zāi)異常狀況。同時(shí),借助傳感器系統(tǒng),能夠通過數(shù)據(jù)通信獲取大量信息資料,并根據(jù)交換機(jī)和相關(guān)通信設(shè)備,將獲取的信息即時(shí)傳遞給信息處理中心。數(shù)據(jù)處理中心則會(huì)自動(dòng)化綜合評(píng)估和判斷獲取的每一種數(shù)據(jù)信息,對(duì)其中存在的地質(zhì)災(zāi)害問題進(jìn)行宏觀和細(xì)節(jié)方面的了解,全面評(píng)估災(zāi)害的發(fā)生程度和可能引發(fā)的問題,然后據(jù)此得出結(jié)論,為下一步工作提供信息依據(jù)。同時(shí),自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)中還會(huì)設(shè)置自動(dòng)化監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng),根據(jù)具體的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)出報(bào)警信號(hào),制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)方案,全面提高地質(zhì)災(zāi)害的防治效率。
從另外一個(gè)角度來看,地質(zhì)災(zāi)害防治自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)在傳感器的幫助下,能夠及時(shí)獲取目標(biāo)區(qū)域的地質(zhì)信息,并對(duì)此做出合理的分析和研判。自動(dòng)化技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)不間斷的監(jiān)控,避免因間隔時(shí)間出現(xiàn)問題。同時(shí),在自動(dòng)化技術(shù)的支撐下,監(jiān)測(cè)技術(shù)更加智能化。通過分析地質(zhì)災(zāi)害信息,能夠做出精準(zhǔn)判斷,轉(zhuǎn)變了過去以人力為主的運(yùn)行模式。如此一來,自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度更高,不會(huì)出現(xiàn)更大的誤差[2]。尤其是當(dāng)下隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,地質(zhì)災(zāi)害防治自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)也在不斷地豐富和完善,這大大提升了檢驗(yàn)效果。尤其是在三維立體和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等的支撐下,管理人員可以更為精準(zhǔn)、清晰地反映和分析相應(yīng)的數(shù)據(jù),能夠以清晰的視角呈現(xiàn)內(nèi)部構(gòu)造,極大地加深對(duì)地質(zhì)情況的了解,為防治方案的制定提供更加全面的科學(xué)數(shù)據(jù)信息。由此可見,地質(zhì)災(zāi)害防治中自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用具有良好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。
從現(xiàn)階段來看,我國主要針對(duì)一些特殊或?qū)iT區(qū)域的變形、位移以及沉降等進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè),例如礦山邊坡、大型橋梁、水利水電大壩等。同時(shí),隨著我國地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)工作的不斷推進(jìn),我國對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)災(zāi)害體也加強(qiáng)了監(jiān)測(cè),形成了一些較為完善的模式。具體有以下幾種。
地面位移能夠反映出崩滑體的運(yùn)行狀況,分析有無地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性,并據(jù)此做出判斷,為后續(xù)工作的開展提供信息支撐。因此,地面位移監(jiān)測(cè)是地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)十分重要的環(huán)節(jié)。在具體監(jiān)測(cè)中,地面的絕對(duì)位移監(jiān)測(cè)是最常規(guī)的方式。工作人員通過應(yīng)用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、紅外測(cè)距儀、激光準(zhǔn)直儀、全站儀以及GPS等技術(shù)設(shè)備,測(cè)量崩滑體測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。通過比對(duì)分析,了解新舊坐標(biāo)的變化情況,據(jù)此了解三維變形的位移量、位移的方位以及位移變形的速率等情況,并做出綜合判斷。同時(shí),地面相對(duì)位移也是重要的監(jiān)測(cè)方式,管理人員借助振弦位移計(jì)、電阻式位移計(jì)、裂縫計(jì)、變位計(jì)、收斂計(jì)等儀器,通過測(cè)量崩滑體重點(diǎn)變形部位,了解點(diǎn)與點(diǎn)之間可能出現(xiàn)的張開、閉合、下沉、抬升、錯(cuò)動(dòng)等位移變化,實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫、崩滑帶、采空區(qū)頂?shù)装宓炔课坏谋O(jiān)測(cè)、沉降觀測(cè)等[3]。
有些地質(zhì)災(zāi)害往往是由結(jié)構(gòu)因素造成的,由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化,造成了地質(zhì)整體變化,進(jìn)而引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。諸如滑坡等問題都是地形深部位移造成的。正因如此,在對(duì)這些地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí),除了要監(jiān)測(cè)地表的位移情況外,還需要對(duì)深部位移的表現(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)了解。通過綜合內(nèi)外部的表現(xiàn),實(shí)現(xiàn)對(duì)整體位移的判斷和監(jiān)測(cè)。管理人員應(yīng)靈活應(yīng)用鉆孔傾斜儀、鉆孔多點(diǎn)位移計(jì)等設(shè)備,在對(duì)鉆孔深部位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí),需要在滑坡等地形區(qū)域鉆孔,然后穿過滑帶,下入專用測(cè)斜管,管孔間環(huán)狀間隙用水泥砂漿或者砂、土石加以回填,通過回填固結(jié)測(cè)斜管實(shí)現(xiàn)固定。同時(shí),管理人員下入鉆孔傾斜儀,以孔底為零位移點(diǎn),向上以一定間隔測(cè)量鉆孔內(nèi)部的各個(gè)深度點(diǎn)相對(duì)于孔底的位移量,實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)信息的靈活管控。
同時(shí),針對(duì)此類滑坡等形體的變化,除了要監(jiān)測(cè)位移的變化外,還需要監(jiān)測(cè)內(nèi)部應(yīng)力變化。在不斷運(yùn)行的過程中,形體區(qū)域內(nèi)部的應(yīng)力變化和調(diào)整狀況是時(shí)刻存在的,管理人員往往會(huì)應(yīng)用錨桿應(yīng)力計(jì)、錨索應(yīng)力計(jì)、振弦式土壓力計(jì)等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè),得出正確的結(jié)論。
很多崩滑體的穩(wěn)定性不強(qiáng),是因?yàn)槠浯嬖谝欢ǔ潭鹊乃w,諸如地下水文、滲流量、地表水的流量、降雨強(qiáng)度等,這些都是影響水體環(huán)境的因素。因此,管理部門需要做好水體的監(jiān)測(cè)工作。同時(shí),地震是崩滑體的特殊荷載。對(duì)于一些處于地震高發(fā)區(qū)的監(jiān)測(cè)區(qū),需要注意監(jiān)測(cè)震中位置的情況,了解地震的烈度以及對(duì)區(qū)內(nèi)崩滑體穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響,形成正確的數(shù)據(jù)信息,有利于后續(xù)工作的開展[4]。
部分監(jiān)測(cè)區(qū)的地形較為復(fù)雜,需要做好綜合調(diào)查監(jiān)測(cè),定期對(duì)崩滑體存在的裂縫、地面沉降、地面膨脹和隆起等情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí),對(duì)于出現(xiàn)的諸如地下水異常、地下發(fā)聲等進(jìn)行調(diào)查,全面了解監(jiān)測(cè)區(qū)的具體狀況,為相關(guān)工作的開展提供全方位的信息支撐。
從上述地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的模式來看,地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的難度較大,不僅種類多樣,而且要求極高,需要進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。而自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用能夠有效提升監(jiān)測(cè)的科學(xué)性、便捷性,具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。
地質(zhì)災(zāi)害防治中自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用需要提升監(jiān)測(cè)的智能化水平,并做出最優(yōu)的判斷,全面提高地質(zhì)災(zāi)害防治的效率和質(zhì)量。具體來說,地質(zhì)災(zāi)害防治中自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用需要做好以下幾個(gè)方面。
衛(wèi)星定位技術(shù)能夠精準(zhǔn)地定位地質(zhì)災(zāi)害的變化情況,可以實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管控,以此提升監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化水平。針對(duì)目前我國地質(zhì)災(zāi)害的特點(diǎn),同時(shí)考慮到我國北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的日漸完善,在防治地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行時(shí),可以借助北斗GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng),對(duì)需要觀測(cè)的地質(zhì)區(qū)域進(jìn)行外部形變監(jiān)測(cè),同時(shí)需要對(duì)固定測(cè)斜部形變進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí),為了提升自動(dòng)化監(jiān)測(cè)水平,在需要觀測(cè)的位置,放入符合需求的裂縫計(jì)、超聲波泥石流液位計(jì)、雨量視頻監(jiān)控等設(shè)備,針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)的時(shí)段和地段進(jìn)行全方位監(jiān)控,并通過GPS系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化定位和監(jiān)管[5]。通過系統(tǒng)的監(jiān)測(cè),匯總和分析相關(guān)數(shù)據(jù),對(duì)于地質(zhì)崩塌、沉降、裂縫等情況通過數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬和評(píng)估,得出專業(yè)的結(jié)論,并通過打造系統(tǒng)完善的監(jiān)測(cè)控制預(yù)警機(jī)制,通過前端控制,快速精準(zhǔn)地獲取地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),全方位提升監(jiān)測(cè)預(yù)警的自動(dòng)化水平,提高監(jiān)測(cè)效率。
為了全面提升地質(zhì)災(zāi)害防治的自動(dòng)化水平,可以考慮搭建完善的自動(dòng)化地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)網(wǎng),在當(dāng)?shù)卦O(shè)置地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)控中心,全面監(jiān)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害。為了提升監(jiān)管的有效性,在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)控中,應(yīng)形成省級(jí)、市級(jí)、縣級(jí)三級(jí)聯(lián)控機(jī)制,并全部對(duì)接監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)要對(duì)接各種監(jiān)測(cè)設(shè)施,同衛(wèi)星定位、互聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)攝影、監(jiān)控平臺(tái)、移動(dòng)巡查終端以及各種移動(dòng)終端等建立統(tǒng)一的練習(xí),針對(duì)GNSS形變、內(nèi)部位移、滲壓以及泥石流液位等多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)測(cè),動(dòng)態(tài)化傳輸獲取的數(shù)據(jù)信息,通過智能分析,形成最終結(jié)論,回饋給各級(jí)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中心。地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中心根據(jù)回饋的信息作出判斷,第一時(shí)間處理存在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)或已經(jīng)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的情況,全面提升對(duì)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)和處理的有效性。
地質(zhì)災(zāi)害類型多樣,需要采用不同的手段進(jìn)行防治。在應(yīng)用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的過程中,相關(guān)部門需要應(yīng)用多元自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù),不斷提升地質(zhì)災(zāi)害防治的針對(duì)性,立足具體的地質(zhì)災(zāi)害表現(xiàn),設(shè)定不同的防治方案,從而提升管理的合理性。
從目前來看,地質(zhì)災(zāi)害主要有山體滑坡、泥石流、崩塌、沉降、裂縫等,在具體監(jiān)測(cè)時(shí),需要立足不同的問題,合理設(shè)定不同的方案。例如,針對(duì)山體滑坡地質(zhì)災(zāi)害,需要建立綜合自動(dòng)化監(jiān)測(cè)機(jī)制,通過應(yīng)用外部形變監(jiān)測(cè)、內(nèi)部形變監(jiān)測(cè)、地裂縫監(jiān)測(cè)、降雨量監(jiān)測(cè)等技術(shù)手段強(qiáng)化多個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)測(cè)。引發(fā)山體滑坡的因素很多,因此,要對(duì)內(nèi)外部的形變狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè),結(jié)合地裂縫的情況綜合判斷,尤其是在降雨量大的季節(jié),應(yīng)加大監(jiān)測(cè)力度。在具體監(jiān)測(cè)時(shí),管理部門可以通過衛(wèi)星計(jì)算形變量,并用固定測(cè)斜儀測(cè)量山體的內(nèi)部形變狀況,了解滑坡體傾斜角的狀況。如果出現(xiàn)了山體裂縫,則要相應(yīng)地增加地裂縫監(jiān)測(cè),并通過自動(dòng)化系統(tǒng)強(qiáng)化數(shù)據(jù)對(duì)比,對(duì)于雨量的閾值做好自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警。
又如,在對(duì)泥石流進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)時(shí),管理部門要做好一體化設(shè)施的布置,通過設(shè)置完善的一體化降雨量監(jiān)測(cè)設(shè)施、一體化視頻監(jiān)測(cè)設(shè)施、泥石流位移監(jiān)測(cè)設(shè)施等,形成系統(tǒng)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)體系,并基于泥石流的形成條件、發(fā)生類型以及誘發(fā)因素等,做好實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并通過自動(dòng)化設(shè)施分析降雨量和泥石流泥味的動(dòng)態(tài)變化等,并基于實(shí)際數(shù)據(jù),綜合評(píng)估泥石流發(fā)生的概率,做好預(yù)警工作。
而對(duì)于崩塌災(zāi)害而言,管理部門可以設(shè)置落石監(jiān)測(cè)儀監(jiān)控山區(qū)、公路周圍落石和危巖姿態(tài)和位移狀況,通過自動(dòng)化監(jiān)測(cè)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警,以避免崩塌出現(xiàn)后造成不必要的風(fēng)險(xiǎn),并通過搭配裂縫位移計(jì)、傾角儀以及智能雨量站等,做好各個(gè)環(huán)節(jié)的綜合監(jiān)控,全方位提升防治的系統(tǒng)性和針對(duì)性。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠進(jìn)一步提升地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化水平,提高地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)化水平和靈活性。因此,在當(dāng)前發(fā)展背景下,管理部門需要加強(qiáng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用,據(jù)此打造自動(dòng)化水平更高、反應(yīng)能力更快的地質(zhì)災(zāi)害防治指揮系統(tǒng)。在系統(tǒng)設(shè)置過程中,通過融入自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、群測(cè)群防系統(tǒng)、工程治理系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)、指揮調(diào)度系統(tǒng)等多個(gè)業(yè)務(wù)子系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)的智能化管控。管理部門在管轄范圍內(nèi)部署自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備,如雨量計(jì)、地表位移計(jì)、裂縫計(jì)、測(cè)斜儀、土壤含水率計(jì)、次聲、地聲等,通過利用多種傳感器對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè),并利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析,并傳回?cái)?shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心通過分析與研究,一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常,可以第一時(shí)間預(yù)警并及時(shí)處理。
此外,隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展與優(yōu)化,在地質(zhì)災(zāi)害防治自動(dòng)化監(jiān)測(cè)過程中,相關(guān)部門可以通過綜合應(yīng)用傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)、地理信息技術(shù)、云計(jì)算等進(jìn)一步提高地質(zhì)災(zāi)害在線預(yù)警和智能可視化監(jiān)管質(zhì)量,在以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的智能地質(zhì)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警和指揮調(diào)度系統(tǒng)的支撐下,不斷提升地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化和智能化水平,為防災(zāi)減災(zāi)提供強(qiáng)有力的支撐。
在全面提高地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)質(zhì)量的過程中,相關(guān)部門需要注意重視配套自動(dòng)化監(jiān)測(cè)保障機(jī)制建設(shè)。為了更好地保障地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行,可以為工作人員提供手持物聯(lián)網(wǎng)終端,在采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí),能夠動(dòng)態(tài)化且實(shí)時(shí)上傳采集地點(diǎn)的基本狀況,精確定位采集區(qū)域,保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的完整性。同時(shí),管理部門要相應(yīng)地完善指揮調(diào)度機(jī)制,并通過為工作人員和設(shè)備設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽,在在線地圖上實(shí)時(shí)定位人員和物資的具體位置,一旦出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn),系統(tǒng)能夠快速響應(yīng),準(zhǔn)確定位,并對(duì)地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)地周邊的救援人員發(fā)出指令,迅速開展救援工作,快速提供救援物質(zhì),并借助系統(tǒng)分析,找出最優(yōu)的路線,方便救援人員快速介入。管理部門也可以在部門開展協(xié)商會(huì)議,與前線進(jìn)行實(shí)時(shí)連接,對(duì)救災(zāi)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)化管理,及時(shí)整理現(xiàn)場視頻等資料,為后續(xù)工作的開展提供科學(xué)依據(jù)。
地質(zhì)災(zāi)害的防治問題一直都十分棘手。由于設(shè)備大多都位于外部環(huán)境,長期暴露使得監(jiān)測(cè)設(shè)備十分容易出現(xiàn)問題,也會(huì)造成監(jiān)測(cè)不穩(wěn)定的情況出現(xiàn)。同時(shí),由于不同地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的表現(xiàn)不同,地質(zhì)內(nèi)部構(gòu)造也較為復(fù)雜,使得地質(zhì)災(zāi)害防治工作面臨巨大的挑戰(zhàn)。而應(yīng)用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù),不但能夠提升監(jiān)測(cè)的持續(xù)性和靈活性,而且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)相關(guān)信息的精準(zhǔn)分析,使得地質(zhì)災(zāi)害防治工作的開展更加合理、高效。