Ⅰ 地質災害監測儀器設備研發
一、內容概述
從近10年在地質災害監測儀器領域取得的成果中選擇了以下幾種作為代表。
1.地質災害多參數採集傳輸儀
地質災害多參數採集傳輸儀是針對國內地質災害監測行業的現狀，參考了國內外廣泛應用於地質災害監測領域的多種工作模式的優缺點，以此為基礎研製完成的，可以連接的感測器有拉桿式位移感測器、拉繩式位移感測器、磁致伸縮位移感測器、地聲感測器、雨量感測器、含水率感測器、水位感測器、泥位感測器、傾斜感測器等。通過對這些感測器的組合搭配，可分別應用於監測空敬轎滑坡、泥石流、崩塌、地面沉降等領域；採集的數據通過中國移動的GPRS網路以TCP/IP模式傳輸到後端的數據監控中心伺服器顯示存儲，如果現場沒有GPRS信號，可以通過北斗衛星以短報文模式進行數據傳輸，系統框圖見圖1，實物見圖2。
圖1 地質災害多參數採集傳輸儀框圖
主要技術指標：
1）采樣方式：定時採集，可遠程設置採集時間；
2）模擬輸入通道：4路；
3）A/D解析度：等效16位；
4）數字輸入輸出通道：雨量開關量輸入及報警開關輸出；
5）工作溫度：-30～50℃；
6）傳輸模式：中國移動GPRS或北斗衛星短報文；
7）供電電壓：直流12V，交直流兩用供電。
圖2 地質災害多參數採集傳輸儀主機及配套感測器
2.滑坡預警伸縮儀和裂縫報警器
這兩種儀器主要是監測裂縫變化，在達到預設的報警閾值時發出避險警報，可以替代人工的巡視巡查，應用於滑坡、崩塌的地面或房屋裂縫的監測。滑坡預警伸縮儀的工作原理見圖3，裂縫報警器的工作原理見圖4，實物見圖5。
圖3 滑坡預警伸縮儀原理框圖
主要技術指標：
1）監測范圍：滑坡預警伸縮儀為0～1000mm，裂縫報警器為0～100mm；
2）監測精度：都是1mm；
3）A/D解析度：等效於16位；
4）報警聲壓：滑坡預警伸縮儀為105dB，裂縫報警器為100dB；
5）供電電壓：滑坡預警伸縮儀為12V鹼性電池，裂縫報警器為3V鹼性電池。
滑坡預警伸縮儀在利用報警器報警的基礎上，又增加了利用無線開關量模塊進行遠程報警的功能，在居民點布設的主機可以接收多個滑坡預警伸縮儀發來的報警信號，實物見圖6。
圖4 裂縫報警器原理框圖
圖5 滑坡預警伸縮儀和裂縫報警器
3.分布式電導率地稿做質災害監測裝置
分布式電導率地質災害監測裝置主要應用於海水入侵監測，通過對海水入侵觀測井內不同深度井液的電導率數值的採集，利用水的電導率與含鹽量呈線性關系，根據電導率數值與電極所在的井深，確定鹹淡水的分界情況，方便、快捷、准確地完成對海水入侵這類地質災害狀況的監控。
分布式電導率地質災害監測裝置由主機、電纜、分布式測量電極組成。在一個觀測井內布設30個測量電極，電極間距1m，每一個電極通過繼電器連接在主機的數字輸出引腳上。主機在定時時間到後控制30個繼電器按順序分時通斷30個電極，通過AD採集的數據存入主機的存儲器，在後續處理中以曲線形式表達監測效果，系統框圖見圖7，工作示意見圖8，實物見圖9。
圖6 具有無線報警功能的滑坡預警伸縮儀
圖7 分布式電導率地質災害監測裝置框圖
圖8 分布式電導率地質災害監測裝置工作示意圖
圖9 分布式電導率地質災害監測裝置
主要技術指標：
1）電導率監測范圍：500μs/cm～0.3s/m；
2）測量精度：1%；
3）供電電源：直流12V，交直流兩用供電；
4）工作環境溫度：-5～＋40℃；
5）電極最大控制范圍：24m。
4.泥石流監測分析預警裝置
圖10 泥石流監測分析預警裝置框圖
圖11 泥石流監測分析預警裝置
開展泥石流預警研究，獲取准確可靠的數據是關鍵。泥石流監測分析預警裝置是根據泥石流特徵的主要參數設計的，泥石流地聲信號具有較低的頻率，而且其信號卓越頻率較其他頻率成分（環境噪音）高出許多，為我們檢測識別信號提供了有利條件。泥石流地聲信號的強度（幅值）與泥石流規模成正比，可以通過泥石流地聲數據的採集分析來確定規模，根據規模程度進行預警。通過對泥石流地聲的強度、頻率范圍和延續時間三要素的採集分析能初步摸清泥石流地聲的活動特徵、分布規律、發展趨勢斗肆，提供有效的預防和預警技術方案，促進泥石流防災能力的提高，為地質災害監測預警提供技術方法支持。系統框圖見圖10，實物見圖11。
主要技術指標：
1）A/D解析度：等效12位；
2）采樣間隔：10～50μs；
3）頻帶：1～500 Hz；
4）程式控制放大器增益：5～1000倍程式控制可調；
5）通道數：3路感測器信號，採用MSD-BUS協議；
6）工作環境溫度：0～＋40℃；
7）供電電源：直流8～28V，交直流兩用供電。
5.分布式地質災害監測採集傳輸儀
目前研製並應用的地質災害監測儀器主要是通過線纜連接前端的感測器，主要缺點是架線比較困難、連接的感測器數量有限，不適合地形復雜、要求監測點多的監測環境。分布式地質災害監測採集傳輸儀在物理層和MAC層採用了IEEE802.15.4協議，在網路層採用了ZigBee協議，進行了降低功耗和簡化路由演算法的工作，有效地增加了感測器數量，相對於有線方式具有很大的優越性。儀器系統框圖見圖12，實物見圖13。
圖12 分布式地質災害監測採集傳輸儀框圖
主要技術指標：
1）A/D解析度：等效16位；
2）組網規模：1個主機和10個採集器；
3）無線協議：780MHz，符合ZigBee規范的網狀網拓撲結構；
圖13 分布式地質災害監測採集傳輸儀
4）採集器供電：3.6V電池；
5）主機供電：直流12V，交直流兩用供電；
6）工作環境溫度：-20～＋40℃。
6.地質災害群測群防預警信息管理系統
地質災害群測群防預警信息管理系統包括單機版、B/S版、宣傳網站、C/S（三維）版。單機版系統是基於VB＋MapObject組件的開發模式研發的，地圖格式為shp格式，主要用於群測群防基本信息的錄入和管理，軟體見圖14。
圖14 地質災害群測群防預警信息管理系統單機版軟體
B/S版系統是基於網路開發的，應用了超圖公司SuperMap is.net平台的二次開發功能，通過網路實現了監測數據實時查詢、群測群防體系管理、根據許可權進行數據錄入、群測群防兩卡一表錄入查詢等管理功能，極大地方便了地方管理人員對於災害點和群測群防點的管理，軟體見圖15。
地質災害群測群防監測信息網是為了群測群防監測技術研發與示範項目的成果展示和儀器宣傳而開發的網站。網站通過新聞、項目概況、儀器介紹、科普等欄目對項目的主要成果和地質災害監測的重要性進行宣傳。計劃在未來實現對地質災害監測類工作的統一宣傳工作，軟體見圖16。
圖15 地質災害群測群防預警信息管理系統B/S 版軟體
圖16 地質災害群測群防預警信息管理系統網站軟體
C/S版（三維）是在之前的B/S版本的工作基礎上研發的，系統基於iTelluro三維地理信息組件，在三維環境下實現了地質災害、預警預案、群測群防、監測信息的一體化管理，基於插件式二次開發介面，可快速實現防治決策、綜合管理等定製業務，軟體見圖17。
圖17 地質災害群測群防預警信息管理系統C/S 版軟體
二、應用范圍及應用實例
1.示範區應用情況
圖18 水富縣火車站安裝的地質災害多參數採集傳輸儀
圖19 大關縣職業中學安裝的分布式地質災害監測採集傳輸儀
以上研製的儀器均已在雲南昭通市示範區內得到應用，在水富縣布置了3套地質災害多參數採集傳輸儀，用於監測雨量、位移、含水率參數（圖18）；在水富縣、鹽津縣、大關縣安裝了滑坡預警伸縮儀150個、裂縫報警器300個、泥石流監測分析預警裝置3套；在大關縣職業中學安裝分布式地質災害監測採集傳輸儀一套（圖19）；分布式電導率地質災害監測裝置在河北南戴河及山東昌邑的海水入侵觀測孔進行了監測（圖20）；地質災害群測群防預警信息管理系統在雲南省昭通市進行了示範應用，對雲南省昭通市主要縣區的地形圖及影像圖進行了編輯處理，已錄入災害點882個、專業監測點8個。
圖20 河北南戴河安裝的分布式電導率地質災害監測裝置
2.推廣情況及效果
1）在2008年的汶川震後重建工作中，為汶川災區生產滑坡預警伸縮儀5000套、裂縫報警器85000套（圖21）；在青海玉樹震後重建工作中，安裝了滑坡預警伸縮儀40套；在四川安縣、雲南昭通市成功預警預報4次（圖22）。
圖21 為汶川災區生產組裝了9萬套裂縫報警器、滑坡預警伸縮儀及配套設備
圖22 報警材料
2）地質災害多參數採集傳輸儀，在四川康定地區安裝了7台（圖23），四川中江縣馮店垮梁子滑坡安裝了2 台（圖24），舟曲災後恢復重建防治規劃區地質災害監測預警（二期）安裝了73台（圖25），重要地質災害隱患監測示範（遼寧）16台（圖26），目前均工作正常。
3）泥石流監測分析預警裝置在北京懷柔幽谷深潭及門頭溝礦區安裝了6套（圖27），在四川康定地區安裝了9套（圖28），目前均工作正常。
3.應用前景
地質災害的破壞力巨大，對人類的生命財產及人類賴以生存和發展的資源與環境造成危害和破壞。這些儀器的推廣不僅能使開發單位產生良好的經濟效益，更重要的是通過應用，對地質災害進行及時預警，可最大程度地減輕人民群眾生命財產的損失和對環境的破壞，這個價值是無法用經濟指標估量的。按照這種運行模式可以使有限的資金發揮最大的社會經濟效益。
圖23 四川康定現場
圖24 四川馮店垮梁子現場
圖25 甘肅舟曲現場
圖26 遼寧現場
圖27 北京懷柔現場
圖28 四川康定現場
三、推廣轉化方式
1.申請專利保護知識產權
泥石流監測分析預警裝置已經獲得發明專利，見圖29；地質災害多參數採集傳輸儀、滑坡預警伸縮儀和裂縫報警器已經獲得實用新型專利，見圖30至圖32；地質災害群測群防預警信息管理系統已經獲得計算機軟體著作權，見圖33；分布式電導率地質災害監測裝置和分布式地質災害監測採集傳輸儀的發明專利已經通過了初審。
圖29 泥石流監測分析預警裝置發明專利證書
圖30 地質災害多參數採集傳輸儀實用新型專利證書
2.培訓、宣傳與交流
在汶川震後重建工作中，進行了大量的現場培訓指導工作（圖34）；群測群防項目所研發的9項技術設備和軟體在2008年科技部發布的《南方地區雨雪冰凍災後重建實用技術手冊》和國家減災委及科技部抗震救災專家組編《地震次生災害應急實用技術手冊》中列為代表國土資源部的9個地質災害防治實用技術；2009年3月，全國地質環境工作會議上做了宣傳報告對群測群防監測預警儀器展覽；2009年5月，雲南地質災害防治工作會議上做了宣傳報告並對儀器安裝維護應用進行了培訓；2009年7月，全國地質災害汛期防治會議上發放了群測群防儀器宣傳材料；2009年7月，協辦昭通市地質災害群測群防交流培訓會，編寫了群測群防知識宣傳手冊和群測群防監測預警系列儀器的使用說明書、錄制了群測群防知識宣傳視頻節目；2009年9月，河北省地質災害防治會議上做了宣傳報告，對儀器安裝使用維護進行了培訓；2009年10月，全國地質災害應急防治會議（長沙）上做了專題報告及儀器展示；2009年11月，國土資源部開展了黃石地質災害應急演練，這些儀器參加了演練；2009年12月，東南亞國際滑坡會議上做了多媒體報告、儀器展示、並發表論文「低成本監測報警系統在中國的應用」。
圖31 滑坡預警伸縮儀實用新型專利證書
圖32 裂縫報警器實用新型專利證書
圖33 地質災害群測群防預警信息管理系統計算機軟體著作權證書
圖34 災區安裝培訓指導
技術依託單位：中國地質調查局水文地質環境地質調查中心
聯系人：張青曹修定
通訊地址：河北保定七一中路1305號
郵政編碼：071051
聯系電話：0312-5908718
電子郵件：[email protected]
Ⅱ 婊戝潯闃叉不鐩戞祴鏂規硶錛
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Ⅲ 地質災害勘察都用到哪些儀器
不同地質災害需要不同的儀器進行勘察。
地質災害是指在自然或者人為因素的作用下形成的，
對人類生命財產、環境造成破壞和損失的地質作用（現象）。
如崩塌、滑坡、泥石流、地裂縫、地面沉降、地面塌陷、岩爆、
坑道突水、突泥、突瓦斯、煤層自燃、黃土濕陷、岩土膨脹、砂土液化，
土地凍融、水土流失、土地沙漠化及沼澤化、土壤鹽鹼化，
以及地震、火山、地熱害等。
地質災害勘察一般採用野外踏勘，輔助非侵入式儀器。
如面波儀，聲波儀，可以大致確定
1.滑坡面，前沿的位置
2.地裂縫位置，寬度
3.地面沉降，塌陷後地層形態
濕陷黃土主要還是靠室內固結試驗確定濕陷系數等參數。
砂土液化用標貫和靜力觸探判別。
岩土工程勘察規范上應該都有。
其他再高級的就沒有了`基本都是靠兩條腿+羅盤儀+皮尺