崩塌灾害智能化监测预警的终端前置模式及其应用

崩塌灾害智能化监测预警的终端前置模式及其应用

吴雨晖

身份证号码：44148119850126XXXX

摘要：大多数地质灾害监测预警系统的工作模式是“前端”采集灾害异常信息，然后将数据发送回后台的“终端”进行分析处理。当连接“前端”和“终端”的网络系统出现问题时，其功能和功能都会受到影响。将系统终端置于前端，创造一种不完全依赖于通信网络的新型工作模式，是提高灾害监测预警系统效率的有效途径。四川省荣县“9·1”中型地质灾害中，因前置终端对地灾判断准确可靠、预警及时有效，使崩塌危害区域内的180多人成功避险，堪称崩塌灾害智能化监测预警终端“前置”的一个成功案例。

关键词：地质灾害；监测预警；终端“前置”

地质灾害监测和预警系统的效率取决于综合加工能力的可靠性系统的“终端”的“前端”收集和返回地面各种灾难异常信息通过网络和预测和预警的及时性。当监测和预警系统终端传统工作模式下影响通信网络异常，系统的分析和处理响应终端将被推迟，发送预警指令将被推迟或中断，和整体的功能和效率监测和预警系统将减少或丢失。因此，在监测领域创新智能终端“预定位”工作模式，提高系统分析判断预报和预警时效性的可靠性，是提高地质灾害智能监测预警系统效率的有效途径。

1.地质灾害监测预警工作模式

1.1传统工作模式

传统地质灾害监测预警系统的工作模式如图1所示。“前端”传感器负责收集局部灾害和异常的信息和数据，然后通过网络将数据传输到后台控制“终端”进行分析处理、存储和发送报警指令。传统工作模式的缺陷是，当数据传输的通信网络的“前端”和“终端”的监测和预警系统依赖不光滑或中断，系统的功能和功能将会受到影响，甚至失去效率。

图1传统地质灾害监测预警系统工作模式示意图

1.2终端前置的工作新模式

新的地质灾害监测和预警系统的工作模式是提高系统的智能水平终端和“介词”智能终端（图2）。集成的智能终端的功能数据分析，处理和预警可以确保系统的可靠的分析和判断地面灾害前兆异常在早期预警和及时的和有效的。正常的通信网络系统正常工作（包括收购，加工根据各种数据信息的要求发送到远程控制中心备份），通信网络异常“离线”，甚至除了存储数据发送到远程控制中心传递函数的影响（网络恢复正常后可以恢复数据存储），分析处理系统，预测预警、和其他功能不受影响，仍然可以正常工作。

图2监测预警系统智能化终端“前置”工作模式示意图

2.应用案例

2.1监测方案技术

荣县双古镇五桐村崩塌隐患点有一个砂岩组成的70°～90°临空面的崩塌体，在基岩山坡面上已发现许多垂直和水平方向的裂缝，宽度10～50mm，高差70～80m。估算该崩塌体的体积1.0×105m3以上。监测技术方案设计与施工布置是：在既定的危岩体（裂隙）上部较稳定区域布设1套智能监测预警终端（采用太阳能供电）、3个基准点和1个雨量监测站。在危岩体（裂隙）下端，分别布设3个位移传感器采集危岩体裂隙位移变化信息。位移传感器通过3条地下暗埋测线与智能监测预警终端相连。该监测点坡下村民家中安放1个远程无线报警终端（留言报警喇叭），山顶边缘处增加一套无线中继和一套GPＲS增强天线，保障报警信息及监测数据的有效传递。工程布置见图3。

图3荣县地灾点监测预警系统工程布置示意图

2.2监测预警设备

本次采用的“滑坡（崩塌）智能监测预警系统”是具有独立知识产权的集数据采集、控制、传输、预警（声光警笛、短信、电话）于一体的专利产品。该系统独创的每秒实时监测预警、多预警阈值设置、断网也能监测预警等功能，提高了预警的可靠性和时效性。

当网络出现故障不能实时传输数据时，监测预警主机自动将数据存贮在本机内（最大可存贮69632条记录），并发出网络错误的预警短信，待网络正常后再将数据上传到控制中心。

2.3第一次预警

从2017年2月3日开始，1～3号测线（点）传感器均监测到较明显的位移变化，至2月14日最大位移量已达18mm。2月9日15点07分，当3号点传感器监测到位移“变化速率”（从0mm/min到9mm/min）超过预设阈值后，监测终端及时发出了第一次预警。报警喇叭现场连续发出了“危险!请避让。危险!请避让。…”的警示声音，预警短信也同时分发到事前预设的相关管理人员手机中（图5）。自贡市国土局、荣县国土局、双古镇等政府有关领导接警后高度重视，根据现场技术勘察发现的塌陷、裂缝明显加大加深，遇雨水冲刷很容易引发大规模山体垮塌地质灾害且后果严重等实际情况，2月11日现场办公决定直接处于危岩坡下的12户人家共36人立即搬迁避险。

2.4第二次预警

2017年7月16日19时38分，2号监测点监测到突然变化的“异常速率”，其值超过了5mm/min的报警阈值，监测终端启动了第2次预警。“危险!请避让…”的报警声音在五桐村上空响起。至此次预警，3个监测点的累位移计量均比前期增大，其中1号监测点的位移累计达到78mm；2号监测点达到192mm；3号监测点达到85mm。为便于监测预警管理，根据监测记录和崩塌体裂缝变形实际，技术人员通过分析崩塌体变形情况，对地质灾害隐患点可能的发展趋势作了预判后，将3个监测点的累计位移预警阈值分别调整为300mm、400mm、300mm，变化率预警阈值调整为21mm/min。

2.5第三次预警

随着各监测点的位移累积量加速增大。8月21日9∶13～9∶21又有几次位移累计量上限报警和速率报警情况发生。其中：1号点9∶14上限报警310；9∶16变化速率报警316。2号点9∶13上限报警402；9∶16变化速率报警424。现场语音喇叭发出“危险!请避让……”的报警声。

结语

在四川省自贡市荣县双谷镇梧桐村，“9·1”中型地质灾害未造成人员伤亡，得益于塌陷灾害智能监测预警终端的成功应用。本案例的启示是：（1）政府支持是基础。自贡市政府、市、县国土资源部门高度重视地质灾害的防治，重视利用高新技术和智能手段实施地质灾害监测和预警。此外，政府敢于增加支持科学的监测方法和技术，和投资专项资金安装“滑坡（崩塌）智能监控和预警系统”在第一批的18个监视点的城市自然灾害比较严重的危险情况（其中一个是自然灾害隐患的梧桐村）。（2）监控预警智能终端“前端”是保障。“9·1”灾害现场距离城市网络基础设施较差，虽然现场增加了天线放大器，但仍不能完全解决GPRS网络在线实时性差的问题。

通过对监控记录的综合分析，还发现很多测量数据无法实时传回控制中心，部分报警信息延迟（最长达5min）。先进的智能终端，确保了对地面灾害的及时、有效的预报和预警。（3）预警判断多元化是一种创新。灾难前的预警信号往往有不同的表现形式。在某种程度上，“位移”作为预警判断标准。当位移异常加速、增加，但不超过“预置”的预警阈值时，可能出现不报危险的情况。在整个“9·1”地面灾害监测预警过程中，存在“累计位移”超阈值报警，但更多的是系统原有“变化率”判断方法的报警。多种预警判断方法的结合应用，使地质灾害监测预警判断更加准确可靠。

参考文献：

[1]陈祥军，王景春．地质灾害防治［M］．北京：中国建筑工业出版社，2012．

[2]刘传正．重大地质灾害防治理论与实践［M］．北京：科学出版社，2009．

[3]李聪，朱杰兵，王斌，等．滑坡不同变形阶段演化规律与变形速率预警判据研究［J］．岩石力学与工程学报，2016，7（10）：43－46．