1、系統(tǒng)概述: 我國幅員遼闊，地質地貌復雜，氣候類型多樣，自然災害隱患多，分布廣，是世界上地質災害*嚴重、受威脅人口*多的國家之一。我國地質災害主要包括崩塌、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、危害嚴重的特點。因此通過合理布設監(jiān)測點，監(jiān)測坡體表面位移、內部形變、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，形成整體的地質災害監(jiān)測網，結合深度學習、大數據處理算法，建立地質災害預測模型，搭建地質災害監(jiān)測預警系統(tǒng)，確保危險區(qū)域發(fā)生災害前及時有效的應急響應，保障人民的生命財產安全。
圖1 地質災害示意圖（需要重新設計）
2、系統(tǒng)組成:整個系統(tǒng)由數據感知、數據采集、數據傳輸、數據處理、數據展示五個部分組成，如圖所示：
（1）數據感知：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；
（2）數據采集系統(tǒng)：包括數據采集器、供電系統(tǒng)、避雷裝置、結構件；
（3）數據傳輸系統(tǒng)：數據可通過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）數據存儲與計算：包括網關、防火墻、數據存儲服務器和數據運算服務；
（5）數據展示：現場通過全彩LED大屏顯示數據、圖片與視頻，遠程大數據平臺可以對數據進行實時展示、曲線顯示、報表分析；
圖2 系統(tǒng)組成
3、系統(tǒng)特點
（1）模塊化設計，系統(tǒng)配置靈活：系統(tǒng)采用模塊化設計可任意組合，根據需要增減傳感器種類和傳感器數量，兼容多種傳輸方式，供電系統(tǒng)根據需求配置，多個采集器可級聯使用；
（2）多種通訊模式，數據傳輸：可采用4G模塊、衛(wèi)星模塊、loar、有限等多種數據傳輸方式，確保數據穩(wěn)定可靠傳輸；
（3）低功耗設計，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，數據實時查詢：可在現場通過采集器自帶的觸摸屏查看數據，LED大屏幕展示數據，互聯網大數據平臺瀏覽數據，手機APP隨時隨地下載數據；
（5）工業(yè)化設計，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠：采用了防雷、抗電磁干擾電路設計，安裝避雷裝置確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行；
4、應用場景:系統(tǒng)可用于山體滑坡、泥石流、崩塌、地面沉降監(jiān)測。
圖3 災害場景
5、監(jiān)測參數與監(jiān)測方法
圖4 監(jiān)測方法
監(jiān)測參數包括表面位移、內部變形、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
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。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)星導航系統(tǒng)，通過高精度定位解算，可實現毫米級精確定位，可對壩體實現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，并通過數據通訊網絡實時發(fā)送到控制中心，控制中心服務器北斗數據處理軟件解算出各監(jiān)測點三維坐標，數據分析模塊獲取各監(jiān)測點三維坐標，并與初始坐標進行對比而獲得該監(jiān)測點變化量。
技術參數
（2）沉降儀
液壓式沉降儀是用于長期監(jiān)測構筑物內外部的沉降，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、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、響應速度快，輸出信號為 RS485 數字量，同步測量埋設點的溫度。
圖7 地面沉降監(jiān)測示意圖
工作原理: 當傳感器和儲液罐之間的高差產生變化時，傳感器感應膜上的壓力同時產生變化，壓力使感應膜的全橋硅片發(fā)生形變，形變轉化的電信號經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。儲液罐自帶硅壓傳感器，測量儲液罐內液位的變化量，用以修正測量點的測量值。 技術參數
（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)測的重點內容。
工作原理
將機械位移量轉換成可計量的、成線性比例的電信號。當被測物體產生位移時，拉動與其相連接的傳感器繩索，繩索帶動傳感器傳動機構與編碼器同步轉動；當位移反向移動時，傳感器內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內部變形
串聯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,當基坑、邊坡、地基,橋梁和建筑物產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，在鉆孔內安裝多只測斜儀可以更加準確的監(jiān)測建筑物的變形情況。本儀器通過大量工程檢驗，測試數據穩(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 內部形變監(jiān)測示意圖
技術參數
5.3孔隙水監(jiān)測
飽和上受荷載后首先產生的是孔隙水壓力的變化，隨后才是顆粒的團結變形，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防災害的發(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災害現象頻頻出現，降落漏斗、地面沉降、地裂縫、巖溶塌陷、海水入侵、水質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生的裂縫。在土木工程質量檢測中常使用測縫儀（測縫計）進行監(jiān)測，測縫儀（測縫計）適用于長期埋設在水工建筑物或其它混凝土建筑物內或表面，測量結構物伸縮縫或周邊縫的開合度（變形），并可同步測量埋設點的溫度。
圖11 裂縫監(jiān)測示意圖
技術參數
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，其測量的泥水位數據直觀可靠，可作為泥石流災害預警的可靠依據。
圖 12 泥水位監(jiān)測示意圖
技術參數
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—經過進水閥—進入貯水室—水位上升—浮子上升—傳感器讀取數據—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致土體自重、土體粘結力和內摩擦角的變化，從而改變土體內部力學平衡結構，是滑坡監(jiān)測的重要參考依據。采用在監(jiān)測點土體內部埋設土壤含水率傳感器的方法，通過與現場采集傳輸設備的配合實現土壤含水率的監(jiān)測和數據傳輸。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)測并及時預警。
圖14 次聲監(jiān)測示意圖
6、大數據平臺
大數據平臺操作簡潔，容易上手。支持監(jiān)測數據的查看，處理，分析，評價，管理等需求。為每個客戶分配權限，安全可靠，用戶可登陸系統(tǒng)查看下載數據，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、水文、環(huán)保、路面狀態(tài)等數據匯入系統(tǒng)。對數據的分類存儲、顯示、管理。實現地理信息、數據、基本信息和進行關聯，地理信息界面見圖：
（2）數據查詢與分析 以不同的索引查看實時數據、歷史數據及曲線，監(jiān)測結果可瀏覽和下載，支持數據上傳功能，數據實時顯示、歷史數據曲線顯示、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場狀態(tài)，調整攝像頭角度，選裝、鏡頭變焦。界面如圖所示：
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