1、系統(tǒng)概述: 我國幅員遼闊，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*嚴(yán)重、受威脅人口*多的國家之一。我國地質(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、活動頻繁、危害嚴(yán)重的特點。因此通過合理布設(shè)監(jiān)測點，監(jiān)測坡體表面位移、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)測模型，搭建地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，確保危險區(qū)域發(fā)生災(zāi)害前及時有效的應(yīng)急響應(yīng)，保障人民的生命財產(chǎn)安全。
圖1 地質(zhì)災(zāi)害示意圖（需要重新設(shè)計）
2、系統(tǒng)組成:整個系統(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)展示五個部分組成，如圖所示：
（1）數(shù)據(jù)感知：GNSS、沉降儀、孔隙水壓計、滲壓計、泥水位計、裂縫計、測斜儀、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4G模塊、天通一號衛(wèi)星模塊、北斗短報文模塊、Lora模塊等多種傳輸方式；
（4）數(shù)據(jù)存儲與計算：包括網(wǎng)關(guān)、防火墻、數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器和數(shù)據(jù)運算服務(wù)；
（5）數(shù)據(jù)展示：現(xiàn)場通過全彩LED大屏顯示數(shù)據(jù)、圖片與視頻，遠程大數(shù)據(jù)平臺可以對數(shù)據(jù)進行實時展示、曲線顯示、報表分析；
圖2 系統(tǒng)組成
3、系統(tǒng)特點
（1）模塊化設(shè)計，系統(tǒng)配置靈活：系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計可任意組合，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，多個采集器可級聯(lián)使用；
（2）多種通訊模式，數(shù)據(jù)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，多種供電方式：觀測站采市電、太陽能/蓄電池以及市電+太陽能三種供電方式，保證系統(tǒng)在無電地區(qū)常年穩(wěn)定工作；
（4）四種展示形式，數(shù)據(jù)實時查詢：可在現(xiàn)場通過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)平臺瀏覽數(shù)據(jù)，手機APP隨時隨地下載數(shù)據(jù)；
（5）工業(yè)化設(shè)計，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠：采用了防雷、抗電磁干擾電路設(shè)計，安裝避雷裝置確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行；
4、應(yīng)用場景:系統(tǒng)可用于山體滑坡、泥石流、崩塌、地面沉降監(jiān)測。
圖3 災(zāi)害場景
5、監(jiān)測參數(shù)與監(jiān)測方法
圖4 監(jiān)測方法
監(jiān)測參數(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、次聲監(jiān)測、土壤水分、視頻。
圖5 監(jiān)測參數(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安全性的重要指標(biāo)。表面位移常用的監(jiān)測采用GNSS和沉降儀進行監(jiān)測。
（1）GNSS測量:GNSS采用北斗、GPS、GLONASS等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，通過高精度定位解算，可實現(xiàn)毫米級精確定位，可對壩體實現(xiàn)高精度的位移形變監(jiān)測。
圖6 地表形變監(jiān)測示意圖
工作原理:
各北斗監(jiān)測點與參考點接收機實時接收北斗信號，并通過數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)實時發(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)測點三維坐標(biāo)，數(shù)據(jù)分析模塊獲取各監(jiān)測點三維坐標(biāo)，并與初始坐標(biāo)進行對比而獲得該監(jiān)測點變化量。
技術(shù)參數(shù)
（2）沉降儀
液壓式沉降儀是用于長期監(jiān)測構(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。液壓式沉降儀分辨率高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快，輸出信號為 RS485 數(shù)字量，同步測量埋設(shè)點的溫度。
圖7 地面沉降監(jiān)測示意圖
工作原理: 當(dāng)傳感器和儲液罐之間的高差產(chǎn)生變化時，傳感器感應(yīng)膜上的壓力同時產(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)化的電信號經(jīng)電纜傳輸至采集裝置，即可測出觀測點的沉降變化量。傳感器與儲液罐由通液管相通，傳感器所受的壓力與到儲液罐液面的高度有關(guān)。儲液罐自帶硅壓傳感器，測量儲液罐內(nèi)液位的變化量，用以修正測量點的測量值。 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。壩體位移是大壩自動監(jiān)測的重點內(nèi)容。
工作原理
將機械位移量轉(zhuǎn)換成可計量的、成線性比例的電信號。當(dāng)被測物體產(chǎn)生位移時，拉動與其相連接的傳感器繩索，繩索帶動傳感器傳動機構(gòu)與編碼器同步轉(zhuǎn)動；當(dāng)位移反向移動時，傳感器內(nèi)部的自動回旋裝置將自動收回繩索，并在繩索伸收過程中保持其張力不變；從而輸出一個與繩索移動量成正比例的電信號。 
圖8 水平位移監(jiān)測示意圖
5.2內(nèi)部變形
串聯(lián)式固定測斜儀主要用于長期自動監(jiān)測大壩、深基坑、邊坡、地基、建筑橋梁、船泊平臺等水平位移及傾角。通過鉆孔方式，將測斜探頭通過連桿方式埋入地下，測建船泊,平臺,筑物和橋梁則直接將探頭固定在被測點上,當(dāng)基坑、邊坡、地基,橋梁和建筑物產(chǎn)生形變或船泊平臺傾斜時，測斜探頭隨之傾斜，可精確測出水平位移量或傾角，在鉆孔內(nèi)安裝多只測斜儀可以更加準(zhǔn)確的監(jiān)測建筑物的變形情況。本儀器通過大量工程檢驗，測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，操作簡便，適合各種環(huán)境，是目前專用的測斜儀器。
圖9 內(nèi)部形變監(jiān)測示意圖
技術(shù)參數(shù)
5.3孔隙水監(jiān)測
飽和上受荷載后首先產(chǎn)生的是孔隙水壓力的變化，隨后才是顆粒的團結(jié)變形，孔隙水壓力的變化是土體運動的前兆。孔隙水壓力的變化會引起巖土體的位移變化。因此監(jiān)測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)測示意圖
5.4地下水監(jiān)測
近年來由于地下水長期影響造成的地質(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，提醒著人們對地下水監(jiān)測的全面性、準(zhǔn)確性還有很大的提高空間。該系統(tǒng)采用滲壓計對地下水進行監(jiān)測。
5.5裂縫監(jiān)測
在混凝土硬化過程中，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)量檢測中常使用測縫儀（測縫計）進行監(jiān)測，測縫儀（測縫計）適用于長期埋設(shè)在水工建筑物或其它混凝土建筑物內(nèi)或表面，測量結(jié)構(gòu)物伸縮縫或周邊縫的開合度（變形），并可同步測量埋設(shè)點的溫度。
圖11 裂縫監(jiān)測示意圖
技術(shù)參數(shù)
5.6泥水位監(jiān)測
利用電磁波雷達測距原理，在泥石流的流通渠上方加裝電磁波雷達物位計對泥石流溝內(nèi)的泥水位進行監(jiān)測，該傳感器*大量程可達70米，其測量的泥水位數(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)測示意圖
技術(shù)參數(shù)
5.7降雨量監(jiān)測 降雨量自動化監(jiān)測采用翻斗式雨量計傳感器進行監(jiān)測。雨水由承水器收集—經(jīng)過進水閥—進入貯水室—水位上升—浮子上升—傳感器讀取數(shù)據(jù)—微機控制電路輸出無源脈沖。
5.8視頻監(jiān)測 視頻用于監(jiān)測閘門運行狀態(tài)、水庫水雨情實況、大壩周邊環(huán)境等5.9 土壤含水量監(jiān)測 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)測的重要參考依據(jù)。采用在監(jiān)測點土體內(nèi)部埋設(shè)土壤含水率傳感器的方法，通過與現(xiàn)場采集傳輸設(shè)備的配合實現(xiàn)土壤含水率的監(jiān)測和數(shù)據(jù)傳輸。圖13 土壤含水量監(jiān)測示意圖
5.10地聲/次聲監(jiān)測 地聲/次聲傳感器，其通過捕捉、滑坡、泥石流、崩塌地源的地聲/次聲信號，進行實時監(jiān)測并及時預(yù)警。
圖14 次聲監(jiān)測示意圖
6、大數(shù)據(jù)平臺
大數(shù)據(jù)平臺操作簡潔，容易上手。支持監(jiān)測數(shù)據(jù)的查看，處理，分析，評價，管理等需求。為每個客戶分配權(quán)限，安全可靠，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)。對數(shù)據(jù)的分類存儲、顯示、管理。實現(xiàn)地理信息、數(shù)據(jù)、基本信息和進行關(guān)聯(lián)，地理信息界面見圖：
（2）數(shù)據(jù)查詢與分析 以不同的索引查看實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)及曲線，監(jiān)測結(jié)果可瀏覽和下載，支持?jǐn)?shù)據(jù)上傳功能，數(shù)據(jù)實時顯示、歷史數(shù)據(jù)曲線顯示、列表顯示查詢界面如圖：（3）遠程視頻查看與控制
可遠程通過視頻查看現(xiàn)場狀態(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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