地質災害智能監測預警系統研究

裴靈+劉鴻燕+粟俊江+李東林

摘 要：傳統地質災害監測手段存在諸多缺陷，不能滿足社會與工程建設的基本需求。在此背景下本團隊自主研發出地質災害智能監測預警系統。該智能監測預警系統能24小時不間斷的監控，利用全球覆蓋的GSM數據網絡并不限制電腦或者手機、甚至智能手表等各類終端接收監測數據。擁有云端的遠程數據管理系統RDMS對位移數據進行分析判斷，根據失穩閾值智能發出預警。具有智能延遲處理技術，避免飛鳥走獸對位移數據的影響。通過對重慶、四川等地的多個災害點進行實測，系統運轉穩定，預警效果及時。是國內市場上處于先進水平的整體解決方案，值得推廣。

關鍵詞：斜坡重力地質災害；地質災害智能監測預警系統；遠程數據管理系統；智能延遲技術

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、泥石流等重力地質災害的危害。群測群防監測手段大多采用人工收集方式，存在數據收集不及時、信息覆蓋面不足的缺點。其他傳統地質災害監測手段存在諸多缺陷，不能滿足社會與工程建設的基本需求。2012年的《山洪地質災害防治規劃》、《國務院關于加強地質災害防治工作的決定》，明確了在我國地質災害易發區建立地質災害調查評價體系、監測預警體系、防治工程體系和應急體系的任務，其中，建立專業監測和群測群防相結合的地質災害監測預警體系是一項很重要的內容，基于傳感器網絡技術發展監測預警體系建設是未來非常有前景的發展方向。

1 傳統地質災害監測手段的不足

傳統的地質災害監測具備以下幾個缺點：

（1）野外布設的系統通常無法做到實時智能化的采集數據（通常間隔2-4小時進行一次），導致很多時候不能有效地監測地質不穩定體；

（2）對于所采集的數據經常會受到條件的限制而無法及時傳回地質工作人員手中，大多時候需要專業人員到現場進行采集；

（3）對動物、風等非地質體位移因素的影響原拉繩式位移監測系統無法有效排除干擾，往往造成地質人員的誤判[1]。

本文所介紹的系統已經做到了對地質不穩定體進行自動化監控和預警，具有30-50次/60min的數據監測頻率，且采用智能延時處理技術，避免非位移數據所帶來的干擾。配合遠程數據管理系統實現了無區域性限制、失穩智能分析預警。

2 該智能監測系統的組成及優勢

2.1 系統組成

智能監測預警系統包括智能化監測設備和智能化監測預警信息平臺。

（1）智能化監測設備

本系統的智能化監測設備由以下四個部分組成：拉繩位式移計、模擬信號預處理模組、GSM網絡傳輸模組、太陽能電池模組。

（2）智能化監測預警信息平臺

本系統配備遠程數據管理系統RDMS（Remote Data Management System）可查看實時數據及時進行遠程參數控制（報警閥值設置及報警方法、數據共享及備份、日期時間及采集發射時間周期，各種控制參數設置、數據查詢及曲線繪制、報表輸出等）。同時設備擁有整體的超低電能消耗，專為地質災害野外實際需求設計，可長時間、高可靠度工作，實現實時無間斷的監控。

2.2 系統優勢

本監測系統相比其他的地質災害智能監測設備實現了24小時不間斷監測，并配備了遠程數據管理系統對所采集的數據進行分析和處理，達到智能預警效果。在設備抗干擾方面，采用了延時處理技術，對動物、風等非地質體位移因素的影響進行處理。位移數據通過GSM網絡傳輸至云端平臺，實現了無區域性限制的實時監控。選用具有低功耗高效率的電子元件，在野外持續工作7000小時以上。

3 案例分析

2016年1月，本團隊來到了萬盛經開區腰子山不穩定斜坡體進行實地測試。在該不穩定體后援上下兩側安裝了拉繩式位移監測裝置，其中一側安裝在后緣上部穩定基巖中，另一側安裝在不穩定斜坡體上。

在調試完畢后，我們成功的在手機終端接收到位移數據（見圖1），在之后的時間段內通過手機利用覆蓋各地的GSM信號穩定的接收到監測數據。

監測數據顯示：在1月8日到10日期間，該觀測點發生了1.45cm的位移。在1月10日到18日這段時間，位移數據持續增加，最高達2cm。由于該不穩定斜坡變形破壞模式為蠕滑-拉裂型破壞模式。在此類不穩定體的后緣裂隙如果發生位移持續增大的趨勢，則說明該斜坡可能進入滑動階段。根據遠程數據管理系統對該變形模式數據的預判處理，自動的發出了滑坡警告。

事實證明，該地于2016年1月21日晚上22：50左右，斜坡后緣局部發生了表層位移（見圖2）。導致位于后緣處的一處單層居民房墻體損壞。由于該系統及時預報，居民及時的進行了避災準備，減少了危害造成的損失。

此外，我們在重慶市江津區油溪鎮殺牛洞、云陽渠馬鎮渠馬村、云陽雙土新集鎮、云陽新津鄉老集鎮等地的不穩定斜坡體上也安裝了地質災害智能監測預警系統。數據顯示以上監測點位移沒有發生明顯變化，這也與以上地點斜坡穩定現狀相吻合，且數據讀取穩定。

4 成果及技術總結

（1）本監測系統相比其他的地質災害智能監測設備實現了整體自動化監控位移，所配備的遠程數據管理系統RDMS對所采集的數據進行分析和處理，是目前安全監測領域較為完善的數據管理軟件。

（2）通過配備的遠程數據管理系統對數據的處理也實現了整體自動化監控地質不穩定體。

（3）在設備的抗干擾方面，RDMS采用了延時處理技術DHS，對動物、風等非地質體位移因素的影響進行處理，保證了地質不穩定體的位移數據的真實性，數據通過GSM網絡傳輸至云端平臺，從而實現了無區域性限制的實時監控。

（4）在本系統的內部元件選擇方面，選用的是具有低功耗高效率的電子元件，其中包括自主研發設計出了專為地質災害野外需求的GSM網絡數據透傳模塊，該模塊具有超低功耗的智能數傳模塊，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，從而做到了本系統可以安裝在野外持續工作7000小時以上的先進科技成果。

（5）本團隊研發的地質災害監測預警系統，現已經成功申請了四項實用新型專利。

參考文獻

[1]韓子夜，薛星橋.地質災害檢測方法技術現狀與發展趨勢[J].中國地質災害與防治學報.2005，16（3）：138-141.

[2]林恢亮.試析我國地質災害的監測方法與發展趨勢[J].科技信息：科學教研，2007（26）：13-13.

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

[4]郭希哲.地質災害防治[M].水利水電出版社，2007，11-80.

[5]國土資源部.關于印發《全國地質災害防治“十二五”規劃》的通知國土資發〔2012〕73號[Z].

[6]延時處理技術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：地質工程，地質災害。