山體滑坡監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)研究

　　摘 要：我國是一個山體滑坡頻發(fā)的國家，經(jīng)濟建設(shè)和人民的生活因此遭受了嚴(yán)重的影響。本文主要基于滑坡監(jiān)測預(yù)警技術(shù)和巖石破裂理論，深入研究滑坡監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、傳輸、利用機理，按照“指標(biāo)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，研究一款由滑坡探測器、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)，解決目前滑坡監(jiān)測預(yù)警設(shè)備集成度和智能化程度低、功耗大等難題，為抵御滑坡災(zāi)害提供一種新的監(jiān)測手段。

　　關(guān)鍵詞：滑坡;智能監(jiān)測;預(yù)警系統(tǒng)

　　一、研究背景

　　(一)我國地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)

　　我國疆域遼闊，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜多樣，且地質(zhì)災(zāi)害具有分布廣、類型多、頻度高、強度大等特點， 地震、崩塌、滑坡及泥石流等已經(jīng)成為對我國危害最大的地質(zhì)災(zāi)害，給人們的生命和財產(chǎn)帶來了重大威脅。根據(jù)2006年—2015年的全國地質(zhì)災(zāi)害公報，我國平均每年發(fā)生滑坡與泥石流地質(zhì)災(zāi)害2萬余起、傷亡1千余人、受災(zāi)人口90多萬，直接經(jīng)濟損失10億元以上。

　　(二)防災(zāi)減災(zāi)是國計民生

　　黨的十九大報告中明確提出要“加強地質(zhì)災(zāi)害防治”。2018年10月，習(xí)近平同志主持召開中央財經(jīng)委員會第三次會議，專門研究提高我國自然災(zāi)害防治能力問題，提出加強自然災(zāi)害防治關(guān)系國計民生，建立高效科學(xué)的自然災(zāi)害防治體系，提高全社會自然災(zāi)害防治能力。2011年國務(wù)院發(fā)布《國務(wù)院關(guān)于加強地質(zhì)災(zāi)害防治工作的決定》，指出地質(zhì)災(zāi)害的防治要加強監(jiān)測預(yù)報預(yù)警，完善監(jiān)測預(yù)報網(wǎng)絡(luò)，加強預(yù)警信息發(fā)布手段建設(shè)。《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》，將構(gòu)建重大地質(zhì)災(zāi)害保障體系作為重點領(lǐng)域。2003年國務(wù)院發(fā)布《地質(zhì)災(zāi)害防治條例》，使地質(zhì)災(zāi)害防治有法可依。這些都為我們做好地質(zhì)災(zāi)害防治工作提供了依據(jù)，指明了工作方向。

　　(三)當(dāng)前我國山體滑坡監(jiān)測技術(shù)需進一步改進

　　我國近年來大力推動地質(zhì)災(zāi)害的專業(yè)監(jiān)測預(yù)警工作，大量的地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)監(jiān)測示范點得以建立，為防災(zāi)減災(zāi)發(fā)揮其監(jiān)測預(yù)警作用。目前，國內(nèi)外在山體滑坡監(jiān)測方面上主要監(jiān)測手段包括有：宏觀地質(zhì)監(jiān)測法、設(shè)站觀測法、全球定位系統(tǒng)法、遙感方法、鉆孔測斜儀法，以及新興的光電傳感監(jiān)測技術(shù)。雖然說這些方法、技術(shù)和儀器現(xiàn)在已經(jīng)比較成熟，但是都存在各種問題，有些測量精度不夠、有些需要人定期到現(xiàn)場進行，使得滑坡監(jiān)測缺乏實時性。在很多情況下，不穩(wěn)定邊坡處于邊遠地區(qū)，而暴雨、地震等誘發(fā)的滑坡也使得人員很難到達，尤其是在滑坡的臨發(fā)階段，人員到現(xiàn)場監(jiān)測可能存在危險。同時，由于我國地質(zhì)災(zāi)害眾多，受制于相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員的欠缺，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)備不夠智能、監(jiān)測方案不夠科學(xué)、預(yù)警模型無法滿足需求等，使專業(yè)監(jiān)測預(yù)警的作用沒有完全發(fā)揮出來。2006～2015年10年間，我國成功預(yù)報滑坡等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生累計僅9812次，成功預(yù)測率僅3.76%。

　　二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

　　近年來，為了提高滑坡預(yù)警的準(zhǔn)確性、時效性和降低監(jiān)測設(shè)備成本，國內(nèi)學(xué)者和技術(shù)人員對滑坡監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)進行了深入的研究，并公布了很多具有實用性的專利和研究成果。

　　王念秦等[1]公開了一種坡體點位移運動方位監(jiān)測裝置及其監(jiān)測方法，該監(jiān)測儀包括方位監(jiān)測儀和數(shù)據(jù)處理模塊，方位監(jiān)測模塊包括殼體電子線路板、微控制器、第一無線通信模塊、三軸陀螺儀、三軸磁場傳感器和溫度傳感器;方位監(jiān)測模塊設(shè)置第一無線通信模塊，數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)置第二無線通信模塊，方位監(jiān)測模塊監(jiān)測到的數(shù)據(jù)通過第一無線通信模塊和第二無線通信模塊無線發(fā)送至計算機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸，便于方位監(jiān)測儀的安裝。實現(xiàn)坡體監(jiān)測點的方位動態(tài)監(jiān)測，操作簡單，監(jiān)測精度高。

　　張曉華[2]公開了一種山洪地質(zhì)災(zāi)害綜合監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及實現(xiàn)方法，系統(tǒng)包括預(yù)警平臺和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括智能網(wǎng)關(guān)和多個監(jiān)測樁，監(jiān)測樁包括洪水監(jiān)測樁和振動監(jiān)測樁，洪水監(jiān)測樁用于對洪水水位報警等級和樁體自身的傾斜角度進行監(jiān)測，振動監(jiān)測樁用于對樁體自身受沖擊導(dǎo)致的加速度和傾斜角度進行監(jiān)測，監(jiān)測樁還具有現(xiàn)場告警功能，所述監(jiān)測樁的數(shù)據(jù)通過智能網(wǎng)關(guān)發(fā)送到預(yù)警平臺;通過RS485通信模塊采集現(xiàn)地雨量計的降雨量數(shù)據(jù)，根據(jù)現(xiàn)地降雨量的監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整輪詢的時間;預(yù)警平臺將監(jiān)測數(shù)據(jù)信息實時在GIS信息地圖中展示，同時還以Web形式對大眾進行實時預(yù)警展示。

　　張飆、周叔一等[3]公開了一種實用的滑坡預(yù)警裝置，包括一個主控單元和多個滑坡傳感器。主控單元由無線接收模塊、微處理器、短息模塊、存儲模塊、聲光報警器、狀態(tài)指示模塊和接收天線構(gòu)成。滑坡傳感器由機械式雙軸傾角檢測模塊，無線發(fā)射模塊，天線和電池構(gòu)成。多個滑坡傳感器垂直于水平面埋入可能出現(xiàn)滑坡的現(xiàn)場的不同位置，各滑坡傳感器可設(shè)置不同的傾角閾值，且平時處于斷電狀態(tài)。主控單元安裝在滑坡點附近的人員家中或企事業(yè)單位內(nèi)或其它能夠不間斷供電的地方。機械式雙軸傾角檢測模塊兼做電源開關(guān)，平時不耗電，只有滑坡跡象出現(xiàn)時傾角閾值達到才觸發(fā)供電。采用長壽命堿性干電池供電，未出現(xiàn)滑坡時，滑坡傳感器可保證五年不用換電池;每個滑坡傳感器中的機械式雙軸傾角檢測模塊可以預(yù)設(shè)不同的傾角檢測閾值，在滑坡的蠕動變形階段、急劇變形階段和滑動階段都能發(fā)出預(yù)警信號。

　　L. Zan 等[4]研制的“超前預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)”，能夠自動監(jiān)測滑坡體內(nèi)的震動噪音、孔隙水壓力、地表位移、降雨量等參數(shù)，并自動激發(fā)警報程序發(fā)出滑坡災(zāi)害預(yù)警。

　　B. A. Reevea 等[5]利用In-SAR 技術(shù)，對露天礦巖石邊坡進行監(jiān)測，監(jiān)測目的是為了對經(jīng)常發(fā)生崩塌災(zāi)害的邊坡進行穩(wěn)定性評價，以此來判斷邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)。

　　R. Ohbayashi 等[6]提出應(yīng)用“感知節(jié)點網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”對滑坡體變形進行監(jiān)測，該系統(tǒng)具有自我恢復(fù)、自動控制和高效數(shù)據(jù)傳輸功能，避免自然災(zāi)害對傳感裝置的破壞。

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