地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案

時(shí)間：2022-02-21作者：中網(wǎng)動(dòng)力（北京）科技發(fā)展有限公司瀏覽：182

1、系統(tǒng)概述

        我國(guó)幅員遼闊，地質(zhì)地貌復(fù)雜，氣候類型多樣，自然災(zāi)害隱患多，分布廣，是世界上地質(zhì)災(zāi)害較嚴(yán)重、受威脅人口較多的國(guó)家之一。我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害主要包括崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、沉降、地裂縫等，具有分布廣泛、活動(dòng)頻繁、危害嚴(yán)重的特點(diǎn)。因此通過(guò)合理布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)坡體表面位移、內(nèi)部形變、地表裂縫、地下水位、孔隙水壓力、降雨量、土壤含水量、次聲、泥水位、巖石裂縫等參數(shù)，形成整體的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)網(wǎng)，結(jié)合深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)處理算法，建立地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)模型，搭建地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，確保危險(xiǎn)區(qū)域發(fā)生災(zāi)害前及時(shí)有效的應(yīng)急響應(yīng)，**人民的生命財(cái)產(chǎn)*。

圖1  地質(zhì)災(zāi)害示意圖（需要重新設(shè)計(jì)）
2、系統(tǒng)組成
  整個(gè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)感知、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)展示五個(gè)部分組成，如圖所示：
（1）數(shù)據(jù)感知：GNSS、沉降儀、孔隙水壓計(jì)、滲壓計(jì)、泥水位計(jì)、裂縫計(jì)、測(cè)斜儀、降雨（雪）、次聲、土壤水分等參數(shù)；
（2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：包括數(shù)據(jù)采集器、供電系統(tǒng)、避雷裝置、結(jié)構(gòu)件；
（3）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：數(shù)據(jù)可通過(guò)4G模塊、天通一號(hào)衛(wèi)星模塊、北斗短報(bào)文模塊、Lora模塊等多種傳輸方式；
（4）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與計(jì)算：包括網(wǎng)關(guān)、*墻、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器和數(shù)據(jù)運(yùn)算服務(wù)；
（5）數(shù)據(jù)展示：現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)全彩LED大屏顯示數(shù)據(jù)、圖片與視頻，遠(yuǎn)程大數(shù)據(jù)平臺(tái)可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)展示、曲線顯示、報(bào)表分析；
圖2  系統(tǒng)組成
3、系統(tǒng)特點(diǎn)
（1）模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)配置靈活：系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)可任意組合，根據(jù)需要增減傳感器種類和傳感器數(shù)量，兼容多種傳輸方式，供電系統(tǒng)根據(jù)需求配置，多個(gè)采集器可級(jí)聯(lián)使用；
（2）多種通訊模式，數(shù)據(jù)無(wú)死角傳輸：可采用4G模塊、衛(wèi)星模塊、loar、有限等多種數(shù)據(jù)傳輸方式，確保數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠傳輸；
（3）低功耗設(shè)計(jì)，多種供電方式：觀測(cè)站采市電、太陽(yáng)能/蓄電池以及市電+太陽(yáng)能三種供電方式，保證系統(tǒng)在無(wú)電地區(qū)常年穩(wěn)定工作；
（4）四種展示形式，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查詢：可在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)采集器自帶的觸摸屏查看數(shù)據(jù)，LED大屏幕展示數(shù)據(jù)，互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)瀏覽數(shù)據(jù)，手機(jī)APP隨時(shí)隨地下載數(shù)據(jù)；
（5）工業(yè)化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠：采用了防雷、抗電磁干擾電路設(shè)計(jì)，安裝避雷裝置確保系統(tǒng)*穩(wěn)定運(yùn)行；
4、應(yīng)用場(chǎng)景
  系統(tǒng)可用于山體滑坡、泥石流、崩塌、地面沉降監(jiān)測(cè)。

圖3  災(zāi)害場(chǎng)景
5、監(jiān)測(cè)參數(shù)與監(jiān)測(cè)方法

圖4  監(jiān)測(cè)方法
       監(jiān)測(cè)參數(shù)包括表面位移、內(nèi)部變形、孔隙水壓力、地下水位、地表裂縫、巖石裂縫、泥水位、降雨量監(jiān)測(cè)、次聲監(jiān)測(cè)、土壤水分、視頻。
圖5  監(jiān)測(cè)參數(shù)
5.1表面位移
  壩體表面位置及變化速率(平面位移和垂直沉降)，確定大壩整體位移和變形的情況是確定壩體*性的重要指標(biāo)。表面位移常用的監(jiān)測(cè)采用GNSS和沉降儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
（1）GNSS測(cè)量
  GNSS采用北斗、GPS、GLONASS等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，通過(guò)高精度定位解算，可實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)精確定位，可對(duì)壩體實(shí)現(xiàn)高精度的位移形變監(jiān)測(cè)。

圖6  地表形變監(jiān)測(cè)示意圖
工作原理
  各北斗監(jiān)測(cè)點(diǎn)與參考點(diǎn)接收機(jī)實(shí)時(shí)接收北斗信號(hào)，并通過(guò)數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送到控制中心，控制中心服務(wù)器北斗數(shù)據(jù)處理軟件解算出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)，數(shù)據(jù)分析模塊獲取各監(jiān)測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)，并與初始坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比而獲得該監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化量。
技術(shù)參數(shù)

（2）沉降儀
   液壓式沉降儀是用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)構(gòu)筑物內(nèi)外部的沉降，廣泛適用大壩、橋梁、邊坡、地基、公路路堤、工民用建筑等，以及回填土體的內(nèi)、外部沉降變形的監(jiān)測(cè)。液壓式沉降儀分辨率高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快，輸出信號(hào)為 RS485 數(shù)字量，同步測(cè)量埋設(shè)點(diǎn)的溫度。

圖7  地面沉降監(jiān)測(cè)示意圖
工作原理
   當(dāng)傳感器和儲(chǔ)液罐之間的高差產(chǎn)生變化時(shí)，傳感器感應(yīng)膜上的壓力同時(shí)產(chǎn)生變化，壓力使感應(yīng)膜的全橋硅片發(fā)生形變，形變轉(zhuǎn)化的電信號(hào)經(jīng)電纜傳輸至采集裝置，即可測(cè)出觀測(cè)點(diǎn)的沉降變化量。傳感器與儲(chǔ)液罐由通液管相通，傳感器所受的壓力與到儲(chǔ)液罐液面的高度有關(guān)。儲(chǔ)液罐自帶硅壓傳感器，測(cè)量?jī)?chǔ)液罐內(nèi)液位的變化量，用以修正測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量值。
技術(shù)參數(shù)

（3）拉線位移傳感器
  拉線位移傳感器用于野外環(huán)境的主要用于地表位移監(jiān)測(cè)。壩體位移是大壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)內(nèi)容。
工作原理
   將機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換成可計(jì)量的、成線性比例的電信號(hào)。當(dāng)被測(cè)物體產(chǎn)生位移時(shí)，拉動(dòng)與其相連接的傳感器繩索，繩索帶動(dòng)傳感器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與編碼器同步轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)位移反向移動(dòng)時(shí)，傳感器內(nèi)部的自動(dòng)回旋裝置將自動(dòng)收回繩索，并在繩索伸收過(guò)程中保持其張力不變；從而輸出一個(gè)與繩索移動(dòng)量成正比例的電信號(hào)。

圖8  水平位移監(jiān)測(cè)示意圖
5.2內(nèi)部變形
   串聯(lián)式固定測(cè)斜儀主要用于長(zhǎng)期自動(dòng)監(jiān)測(cè)大壩、深基坑、邊坡、地基、建筑橋梁、船泊平臺(tái)等水平位移及傾角。通過(guò)鉆孔方式，將測(cè)斜探頭通過(guò)連桿方式埋入地下，測(cè)建船泊,平臺(tái),筑物和橋梁則直接將探頭固定在被測(cè)點(diǎn)上,當(dāng)基坑、邊坡、地基,橋梁和建筑物產(chǎn)生形變或船泊平臺(tái)傾斜時(shí)，測(cè)斜探頭隨之傾斜，可精確測(cè)出水平位移量或傾角，在鉆孔內(nèi)安裝多只測(cè)斜儀可以較加準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)建筑物的變形情況。本儀器通過(guò)大量工程檢驗(yàn)，測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)便，適合各種環(huán)境，是目前**的測(cè)斜儀器。

圖9  內(nèi)部形變監(jiān)測(cè)示意圖
技術(shù)參數(shù)

5.3孔隙水監(jiān)測(cè)
  飽和上受荷載后首先產(chǎn)生的是孔隙水壓力的變化，隨后才是顆粒的團(tuán)結(jié)變形，孔隙水壓力的變化是土體運(yùn)動(dòng)的前兆。孔隙水壓力的變化會(huì)引起巖土體的位移變化。因此監(jiān)測(cè)孔隙水壓力的變化有效預(yù)防災(zāi)害的發(fā)生。
圖10  孔隙水和地下水監(jiān)測(cè)示意圖
5.4地下水監(jiān)測(cè)
  近年來(lái)由于地下水長(zhǎng)期影響造成的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象頻頻出現(xiàn)，降落漏斗、地面沉降、地裂縫、巖溶塌陷、海水入侵、水質(zhì)污染等在造成恐慌的同時(shí)，提醒著人們對(duì)地下水監(jiān)測(cè)的*性、準(zhǔn)確性還有很大的提高空間。該系統(tǒng)采用滲壓計(jì)對(duì)地下水進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
5.5裂縫監(jiān)測(cè)
  在混凝土硬化過(guò)程中，由于混凝土脫水，引起收縮，或者受溫度高低的溫差影響，引起脹縮不均勻而產(chǎn)生的裂縫。在土木工程質(zhì)量檢測(cè)中常使用測(cè)縫儀（測(cè)縫計(jì)）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)縫儀（測(cè)縫計(jì)）適用于長(zhǎng)期埋設(shè)在水工建筑物或其它混凝土建筑物內(nèi)或表面，測(cè)量結(jié)構(gòu)物伸縮縫或周邊縫的開(kāi)合度（變形），并可同步測(cè)量埋設(shè)點(diǎn)的溫度。

圖11  裂縫監(jiān)測(cè)示意圖
技術(shù)參數(shù)
5.6泥水位監(jiān)測(cè)
   利用電磁波雷達(dá)測(cè)距原理，在泥石流的流通渠上方加裝電磁波雷達(dá)物位計(jì)對(duì)泥石流溝內(nèi)的泥水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該傳感器較大量程可達(dá)70米，其測(cè)量的泥水位數(shù)據(jù)直觀可靠，可作為泥石流災(zāi)害預(yù)警的可靠依據(jù)。
圖 12 泥水位監(jiān)測(cè)示意圖
技術(shù)參數(shù)

5.7降雨量監(jiān)測(cè)
   降雨量自動(dòng)化監(jiān)測(cè)采用翻斗式雨量計(jì)傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。雨水由承水器收集—經(jīng)過(guò)進(jìn)水閥—進(jìn)入貯水室—水位上升—浮子上升—傳感器讀取數(shù)據(jù)—微機(jī)控制電路輸出無(wú)源脈沖。
5.8視頻監(jiān)測(cè)
  視頻用于監(jiān)測(cè)閘門(mén)運(yùn)行狀態(tài)、水庫(kù)水雨情實(shí)況、大壩周邊環(huán)境等
5.9 土壤含水量監(jiān)測(cè)
  土壤含水率主要反映土體中的水分含量，土壤含水率變化會(huì)導(dǎo)致土體自重、土體粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角的變化，從而改變土體內(nèi)部力學(xué)平衡結(jié)構(gòu)，是滑坡監(jiān)測(cè)的重要參考依據(jù)。采用在監(jiān)測(cè)點(diǎn)土體內(nèi)部埋設(shè)土壤含水率傳感器的方法，通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)采集傳輸設(shè)備的配合實(shí)現(xiàn)土壤含水率的監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸。
圖13  土壤含水量監(jiān)測(cè)示意圖
5.10地聲/次聲監(jiān)測(cè)
   地聲/次聲傳感器，其通過(guò)捕捉、滑坡、泥石流、崩塌地源的地聲/次聲信號(hào)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并及時(shí)預(yù)警。

圖14 次聲監(jiān)測(cè)示意圖
6、大數(shù)據(jù)平臺(tái)
   大數(shù)據(jù)平臺(tái)操作簡(jiǎn)潔，容易上手。支持監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的查看，處理，分析，評(píng)價(jià)，管理等需求。為每個(gè)客戶分配權(quán)限，*可靠，用戶可登陸系統(tǒng)查看下載數(shù)據(jù)，登錄界面如圖所示：
（1）地理信息系統(tǒng)
   將監(jiān)測(cè)站采集的氣象、水質(zhì)、水文、環(huán)保、路面狀態(tài)等數(shù)據(jù)匯入系統(tǒng)。對(duì)數(shù)據(jù)的分類存儲(chǔ)、顯示、管理。實(shí)現(xiàn)地理信息、數(shù)據(jù)、基本信息和進(jìn)行關(guān)聯(lián)，地理信息界面見(jiàn)圖：
（2）數(shù)據(jù)查詢與分析
   以不同的索引查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)及曲線，監(jiān)測(cè)結(jié)果可瀏覽和下載，支持?jǐn)?shù)據(jù)上傳功能，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、歷史數(shù)據(jù)曲線顯示、列表顯示查詢界面如圖：
（3）遠(yuǎn)程視頻查看與控制
    可遠(yuǎn)程通過(guò)視頻查看現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，調(diào)整攝像頭角度，選裝、鏡頭變焦。界面如圖所示：



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