地质灾害监测系统解决方案-仪表网-手机版

1、系统概述: 我国幅员辽阔，地质地貌复杂，气候类型多样，自然灾害隐患多，分布广，是世界上地质灾害*严重、受威胁人口*多的国家之一。我国地质灾害主要包括崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、沉降、地裂缝等，具有分布广泛、活动频繁、危害严重的特点。因此通过合理布设监测点，监测坡体表面位移、内部形变、地表裂缝、地下水位、孔隙水压力、降雨量、土壤含水量、次声、泥水位、岩石裂缝等参数，形成整体的地质灾害监测网，结合深度学习、大数据处理算法，建立地质灾害预测模型，搭建地质灾害监测预警系统，确保危险区域发生灾害前及时有效的应急响应，保障人民的生命财产安全。

图1 地质灾害示意图（需要重新设计）

2、系统组成:整个系统由数据感知、数据采集、数据传输、数据处理、数据展示五个部分组成，如图所示：
（1）数据感知：GNSS、沉降仪、孔隙水压计、渗压计、泥水位计、裂缝计、测斜仪、降雨（雪）、次声、土壤水分等参数；
（2）数据采集系统：包括数据采集器、供电系统、避雷装置、结构件；
（3）数据传输系统：数据可通过4G模块、天通一号卫星模块、北斗短报文模块、Lora模块等多种传输方式；
（4）数据存储与计算：包括网关、防火墙、数据存储服务器和数据运算服务；
（5）数据展示：现场通过全彩LED大屏显示数据、图片与视频，远程大数据平台可以对数据进行实时展示、曲线显示、报表分析；

图2 系统组成

3、系统特点
（1）模块化设计，系统配置灵活：系统采用模块化设计可任意组合，根据需要增减传感器种类和传感器数量，兼容多种传输方式，供电系统根据需求配置，多个采集器可级联使用；
（2）多种通讯模式，数据传输：可采用4G模块、卫星模块、loar、有限等多种数据传输方式，确保数据稳定可靠传输；
（3）低功耗设计，多种供电方式：观测站采市电、太阳能/蓄电池以及市电+太阳能三种供电方式，保证系统在无电地区常年稳定工作；
（4）四种展示形式，数据实时查询：可在现场通过采集器自带的触摸屏查看数据，LED大屏幕展示数据，互联网大数据平台浏览数据，手机APP随时随地下载数据；
（5）工业化设计，系统稳定可靠：采用了防雷、抗电磁干扰电路设计，安装避雷装置确保系统安全稳定运行；

4、应用场景:系统可用于山体滑坡、泥石流、崩塌、地面沉降监测。

图3 灾害场景

5、监测参数与监测方法

图4 监测方法

监测参数包括表面位移、内部变形、孔隙水压力、地下水位、地表裂缝、岩石裂缝、泥水位、降雨量监测、次声监测、土壤水分、视频。

图5 监测参数

5.1表面位移:坝体表面位置及变化速率(平面位移和垂直沉降)，确定大坝整体位移和变形的情况是确定坝体安全性的重要指标。表面位移常用的监测采用GNSS和沉降仪进行监测。
（1）GNSS测量:GNSS采用北斗、GPS、GLONASS等卫星导航系统，通过高精度定位解算，可实现毫米级精确定位，可对坝体实现高精度的位移形变监测。

图6 地表形变监测示意图

工作原理:
各北斗监测点与参考点接收机实时接收北斗信号，并通过数据通讯网络实时发送到控制中心，控制中心服务器北斗数据处理软件解算出各监测点三维坐标，数据分析模块获取各监测点三维坐标，并与初始坐标进行对比而获得该监测点变化量。
技术参数

（2）沉降仪
液压式沉降仪是用于长期监测构筑物内外部的沉降，广泛适用大坝、桥梁、边坡、地基、公路路堤、工民用建筑等，以及回填土体的内、外部沉降变形的监测。液压式沉降仪分辨率高、稳定性好、响应速度快，输出信号为 RS485 数字量，同步测量埋设点的温度。

图7 地面沉降监测示意图

工作原理:
当传感器和储液罐之间的高差产生变化时，传感器感应膜上的压力同时产生变化，压力使感应膜的全桥硅片发生形变，形变转化的电信号经电缆传输至采集装置，即可测出观测点的沉降变化量。传感器与储液罐由通液管相通，传感器所受的压力与到储液罐液面的高度有关。储液罐自带硅压传感器，测量储液罐内液位的变化量，用以修正测量点的测量值。
技术参数

（3）拉线位移传感器
拉线位移传感器用于野外环境的主要用于地表位移监测。坝体位移是大坝自动监测的重点内容。
工作原理
将机械位移量转换成可计量的、成线性比例的电信号。当被测物体产生位移时，拉动与其相连接的传感器绳索，绳索带动传感器传动机构与编码器同步转动；当位移反向移动时，传感器内部的自动回旋装置将自动收回绳索，并在绳索伸收过程中保持其张力不变；从而输出一个与绳索移动量成正比例的电信号。

图8 水平位移监测示意图

5.2内部变形
串联式固定测斜仪主要用于长期自动监测大坝、深基坑、边坡、地基、建筑桥梁、船泊平台等水平位移及倾角。通过钻孔方式，将测斜探头通过连杆方式埋入地下，测建船泊,平台,筑物和桥梁则直接将探头固定在被测点上,当基坑、边坡、地基,桥梁和建筑物产生形变或船泊平台倾斜时，测斜探头随之倾斜，可精确测出水平位移量或倾角，在钻孔内安装多只测斜仪可以更加准确的监测建筑物的变形情况。本仪器通过大量工程检验，测试数据稳定可靠，操作简便，适合各种环境，是目前专用的测斜仪器。

图9 内部形变监测示意图

技术参数

5.3孔隙水监测
饱和上受荷载后首先产生的是孔隙水压力的变化，随后才是颗粒的团结变形，孔隙水压力的变化是土体运动的前兆。孔隙水压力的变化会引起岩土体的位移变化。因此监测孔隙水压力的变化有效预防灾害的发生。

图10 孔隙水和地下水监测示意图

5.4地下水监测
近年来由于地下水长期影响造成的地质灾害现象频频出现，降落漏斗、地面沉降、地裂缝、岩溶塌陷、海水入侵、水质污染等在造成恐慌的同时，提醒着人们对地下水监测的全面性、准确性还有很大的提高空间。该系统采用渗压计对地下水进行监测。
5.5裂缝监测
在混凝土硬化过程中，由于混凝土脱水，引起收缩，或者受温度高低的温差影响，引起胀缩不均匀而产生的裂缝。在土木工程质量检测中常使用测缝仪（测缝计）进行监测，测缝仪（测缝计）适用于长期埋设在水工建筑物或其它混凝土建筑物内或表面，测量结构物伸缩缝或周边缝的开合度（变形），并可同步测量埋设点的温度。

图11 裂缝监测示意图

技术参数

5.6泥水位监测
利用电磁波雷达测距原理，在泥石流的流通渠上方加装电磁波雷达物位计对泥石流沟内的泥水位进行监测，该传感器*大量程可达70米，其测量的泥水位数据直观可靠，可作为泥石流灾害预警的可靠依据。

图 12 泥水位监测示意图

技术参数

5.7降雨量监测
降雨量自动化监测采用翻斗式雨量计传感器进行监测。雨水由承水器收集—经过进水阀—进入贮水室—水位上升—浮子上升—传感器读取数据—微机控制电路输出无源脉冲。
5.8视频监测
视频用于监测闸门运行状态、水库水雨情实况、大坝周边环境等
5.9 土壤含水量监测
土壤含水率主要反映土体中的水分含量，土壤含水率变化会导致土体自重、土体粘结力和内摩擦角的变化，从而改变土体内部力学平衡结构，是滑坡监测的重要参考依据。采用在监测点土体内部埋设土壤含水率传感器的方法，通过与现场采集传输设备的配合实现土壤含水率的监测和数据传输。