山體滑坡監測預警系統研究

　　摘 要：我國是一個山體滑坡頻發的國家，經濟建設和人民的生活因此遭受了嚴重的影響。本文主要基于滑坡監測預警技術和巖石破裂理論，深入研究滑坡監測數據的采集、傳輸、利用機理，按照“指標智能監測、信號自主傳輸、險情自動預警”的設計理念，通過滑坡監測預警設備的集成創新，研究一款由滑坡探測器、數據采集中轉站、監控中心監測系統三部分構成的滑坡智能監測預警系統，解決目前滑坡監測預警設備集成度和智能化程度低、功耗大等難題，為抵御滑坡災害提供一種新的監測手段。

　　關鍵詞：滑坡;智能監測;預警系統

　　一、研究背景

　　(一)我國地質災害頻發

　　我國疆域遼闊，地質環境復雜多樣，且地質災害具有分布廣、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成為對我國危害最大的地質災害，給人們的生命和財產帶來了重大威脅。根據2006年—2015年的全國地質災害公報，我國平均每年發生滑坡與泥石流地質災害2萬余起、傷亡1千余人、受災人口90多萬，直接經濟損失10億元以上。

　　(二)防災減災是國計民生

　　黨的十九大報告中明確提出要“加強地質災害防治”。2018年10月，習近平同志主持召開中央財經委員會第三次會議，專門研究提高我國自然災害防治能力問題，提出加強自然災害防治關系國計民生，建立高效科學的自然災害防治體系，提高全社會自然災害防治能力。2011年國務院發布《國務院關于加強地質災害防治工作的決定》，指出地質災害的防治要加強監測預報預警，完善監測預報網絡，加強預警信息發布手段建設。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》，將構建重大地質災害保障體系作為重點領域。2003年國務院發布《地質災害防治條例》，使地質災害防治有法可依。這些都為我們做好地質災害防治工作提供了依據，指明了工作方向。

　　(三)當前我國山體滑坡監測技術需進一步改進

　　我國近年來大力推動地質災害的專業監測預警工作，大量的地質災害專業監測示范點得以建立，為防災減災發揮其監測預警作用。目前，國內外在山體滑坡監測方面上主要監測手段包括有：宏觀地質監測法、設站觀測法、全球定位系統法、遙感方法、鉆孔測斜儀法，以及新興的光電傳感監測技術。雖然說這些方法、技術和儀器現在已經比較成熟，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場進行，使得滑坡監測缺乏實時性。在很多情況下，不穩定邊坡處于邊遠地區，而暴雨、地震等誘發的滑坡也使得人員很難到達，尤其是在滑坡的臨發階段，人員到現場監測可能存在危險。同時，由于我國地質災害眾多，受制于相關專業技術人員的欠缺，地質災害專業監測在實施過程中也存在一些問題，如監測設備不夠智能、監測方案不夠科學、預警模型無法滿足需求等，使專業監測預警的作用沒有完全發揮出來。2006～2015年10年間，我國成功預報滑坡等地質災害發生累計僅9812次，成功預測率僅3.76%。

　　二、國內外研究現狀

　　近年來，為了提高滑坡預警的準確性、時效性和降低監測設備成本，國內學者和技術人員對滑坡監測系統開發進行了深入的研究，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測裝置及其監測方法，該監測儀包括方位監測儀和數據處理模塊，方位監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;方位監測模塊設置第一無線通信模塊，數據處理模塊設置第二無線通信模塊，方位監測模塊監測到的數據通過第一無線通信模塊和第二無線通信模塊無線發送至計算機，實現數據的無線傳輸，便于方位監測儀的安裝。實現坡體監測點的方位動態監測，操作簡單，監測精度高。

　　張曉華[2]公開了一種山洪地質災害綜合監測預警系統及實現方法，系統包括預警平臺和無線傳感器網絡，無線傳感器網絡包括智能網關和多個監測樁，監測樁包括洪水監測樁和振動監測樁，洪水監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測，振動監測樁用于對樁體自身受沖擊導致的加速度和傾斜角度進行監測，監測樁還具有現場告警功能，所述監測樁的數據通過智能網關發送到預警平臺;通過RS485通信模塊采集現地雨量計的降雨量數據，根據現地降雨量的監測數據動態調整輪詢的時間;預警平臺將監測數據信息實時在GIS信息地圖中展示，同時還以Web形式對大眾進行實時預警展示。

　　張飆、周叔一等[3]公開了一種實用的滑坡預警裝置，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、狀態指示模塊和接收天線構成。滑坡傳感器由機械式雙軸傾角檢測模塊，無線發射模塊，天線和電池構成。多個滑坡傳感器垂直于水平面埋入可能出現滑坡的現場的不同位置，各滑坡傳感器可設置不同的傾角閾值，且平時處于斷電狀態。主控單元安裝在滑坡點附近的人員家中或企事業單位內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，平時不耗電，只有滑坡跡象出現時傾角閾值達到才觸發供電。采用長壽命堿性干電池供電，未出現滑坡時，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設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出預警信號。

　　L. Zan 等[4]研制的“超前預警監測系統”，能夠自動監測滑坡體內的震動噪音、孔隙水壓力、地表位移、降雨量等參數，并自動激發警報程序發出滑坡災害預警。

　　B. A. Reevea 等[5]利用In-SAR 技術，對露天礦巖石邊坡進行監測，監測目的是為了對經常發生崩塌災害的邊坡進行穩定性評價，以此來判斷邊坡的穩定狀態。

　　R. Ohbayashi 等[6]提出應用“感知節點網絡系統”對滑坡體變形進行監測，該系統具有自我恢復、自動控制和高效數據傳輸功能，避免自然災害對傳感裝置的破壞。

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