2016年01月13日 星期三
  • English  |  
  • 中国地质调查局移动站点  |  
  • 中国地质调查局官微  |  

首页 > 新闻类 > 成果快讯

向“普适型”迈进

——聚焦地质灾害监测预警新技术新装备

来源:中国自然资源报 作者:李慧 马娟 发布时间:2019-08-22

在四川宜宾设立的地质灾害普适型监测站

普适型地质灾害监测预警设备

运行可靠 功能简约 精度适当 性价比高 经济实用

雨量计:采用新型光电式、压电式传感器,体积小,维护简单,便于安装。

土壤含水率计:无须标定,探测范围大,采用多参数一体化,可在15分钟内完成安装。

裂缝计:加大量程、窄带物联网和远程控制,设备待机功耗降低50%。

GNSS:精简功能、优化安装方式、解算算法,功耗降低50%,成本降低50%,动态解算精度达到亚厘米级。

倾角计:采用一体化、物联网传输,大幅度降低成本,延长电池供电时限。

加速度计:现重点研究冲击加速度、振动频率变化与滑坡稳定性关系,用于临灾预警定性分析。

 

党的十八大以来,国家实施防灾减灾救灾新战略,为地质灾害防治工作提供了明确方向——聚焦地质灾害隐患在哪里、什么时间可能发生等关键问题,破解监测预警技术瓶颈。当前,面临地质灾害防治工作新形势,自然资源部中国地质调查局地质环境监测院(自然资源部地质灾害技术指导中心)在地质灾害监测预警新技术、新方法方面取得新进展。

我国地质灾害监测预警工作取得明显成效

8月初,受“利奇马”台风的影响,我国东部大部分地区迎来暴雨。此时,中央电视台《天气预报》中的“地质灾害风险预报”栏目格外引人注目。这个栏目向全国观众预报近期的地质灾害风险,圈定地质灾害高发区、频发区范围,发出地质灾害预警警报,因为预报及时、分析准确,长期以来广受好评。

2003年,原国土资源部和中国气象局签订了《国土资源部和中国气象局联合开展地质灾害气象预报预警工作协议》,共同开展地质灾害预报预警工作。目前,地质灾害气象预警工作已覆盖全国30个省(区、市)、1660个县(市、区),实现了对区域降雨型地质灾害风险的有效防范,在避险避让工作中发挥了重要作用。

地质灾害气象预警预报工作所取得的成绩只是我国地质灾害预警预报工作的一个方面。我国山体崩塌、滑坡和泥石流易发区面积约为712万平方千米,灾害风险隐患分布广,动态变化,且地域分异性强,监测预警工作是行之有效的避险防范支撑。

当前,我国已在全国地质灾害易发地区,建立了县、乡、村、组四级群测群防体系,对全部已查明隐患点进行简易监测。在三峡库区、汶川地震灾区、哀牢山地区、东南沿海台风暴雨区等地建立了10多处地质灾害专业监测示范区;在重庆、四川、云南、甘肃、湖南、湖北、陕西、贵州、福建等省份,相继组织实施了地质灾害专业监测站点建设。自然资源主管部门会同国务院建设、水利、铁路、交通等部门,指导大中型企业、水力电力、能源、交通等建设单位,落实监测预警责任,实施动态监测,引导全社会协同防灾减灾。

经过多年示范研究与工程实践,我国已初步形成地质灾害监测预警理论技术体系,涌现出一批学术团体与专家队伍,形成了地质灾害监测预警科技支撑体系。

6种单功能普适型地质灾害监测预警设备成功研发

“隐患在哪里?”“什么时间可能发生?”这是地质灾害防治工作的两个核心问题。如何给出这两个答案,需要破解关键技术瓶颈,运用自主研发与集成研发两种科技资源,促进地质灾害专业化监测预警体系建设,提升全社会地质灾害避险防范能力。

近日,中国地质调查局地质环境监测院(自然资源部地质灾害技术指导中心)联合15个企事业单位共同研发了6种单功能普适型地质灾害监测预警设备。当前,设备已完成室内模拟测试和特定点位野外测试工作。

按照地质灾害监测预警普适性技术装备“运行可靠、功能简约、精度适当、性价比高、经济实用”的定位,在确保仪器可靠性与精度需求的前提下,重点推进“提高可靠性,提高设备集成度和新技术应用,降低功耗,降低成本”的研发目标,中国地质调查局地质环境监测院(自然资源部地质灾害技术指导中心)联合有关企事业单位,推进并完成了雨量计、土壤含水率仪、裂缝计、GNSS卫星定位系统、倾角计和加速度计6种设备与多参数一体化设备研发,制定了1部标准,建立了1个平台,形成智能感知、前后联动、实时预警的监测预警系统。

6种普适型仪器设备应用低功耗局域网、窄带物联网等传输技术,实现了低功耗与稳定通信。

传统的翻斗式、虹吸式雨量计发展已经较成熟,并且精度高,但是由于体积大,实施难度较大,需要定期维护。最新研发的雨量计采用新型光电式、压电式传感器,体积小,维护简单,便于安装。

土壤含水率计主要通过实时观测不同深度松散土体的体积含水量情况,由介电常数来反映土体湿度变化。传统的土壤含水率计需要标定、探测范围小、安装维护难度大。最新研发的土壤含水率计无须标定,探测范围大,采用多参数一体化,并且可在15分钟内完成安装。

传统的裂缝计量程短,采用分体式设计,故障率高。最新研发的设备加大量程、窄带物联网和远程控制,设备待机功耗降低50%。

传统的GNSS已较成熟,且功能多,但是安装复杂、综合成本高。最新的设备研发精简了功能、优化了安装方式、优化解算算法,研发成果功耗降低了50%,成本降低50%,动态解算精度达到亚厘米级。

倾角计是通过微机电系统传感器测量三轴方向上的角度变化,体积小、功耗低。传统的倾角计采用分体式、成本高。最新研发的倾角计采用一体化、物联网传输,大幅度降低了成本,延长了电池供电时限。

加速度计是通过微机电加速度传感器测量目标对象在三轴方向上的冲击加速度与振动频率,现重点研究冲击加速度、振动频率变化与滑坡稳定性关系,用于临灾预警定性分析。

此外,在前期地质灾害防治工程行业协会已颁布的团体标准《地质灾害监测通讯协议》基础上,增加了新型传感监测设备定义及监测数据格式,规范了传感器—遥测终端的数据通讯协议,以及遥测终端—物联网平台的数据通讯协议,并将其推进升级为行业标准。依据《地质灾害监测通讯协议》开发的“地质灾害监测预警物联网平台”,实现了数据实时传输,保障了多类型设备快速接入、分析预警及“国家—省—市—县”四级数据联通。

地质灾害监测预警技术研发仍面临重重挑战

标准规范依据不足。当前,我国地质灾害防治工作已经形成了基本的标准体系,近年来中国地质灾害防治工程行业协会牵头编制发布了三大类100余项团体标准。但由于地质灾害技术装备多是专业性非标设备,现有标准尚不能很好地指导监测预警研发工作。

社会协同创新不足。防灾减灾具有公益属性,现有科技支撑与研发体系相对集中于公益性事业领域,对技术溢出、产品推广、标准化生产以及成本控制不熟悉,社会力量参与不够,导致研发资源分散或分工不明确,性价比不能适应防灾减灾实际需求。

集成功效发挥不足。现有研发知识结构相对集中在某些领域,缺乏学科交叉驱动下的理论创新与方法创新,技术溢出效应不足或缺乏分级分层次的技术融合;不同技术单元或传感器之间有机联系不足,缺乏集成创新,制约着整体预警功效的发挥。

预警响应机制不足。2010年甘肃舟曲特大山洪泥石流灾害、2012年四川白鹤滩泥石流灾害、2014年重庆武隆滑坡灾害、2017年贵州纳雍张家湾崩塌灾害等相关监测预警教训表明,由于缺乏精准的预警模型与有机联系的响应方案,导致避险准备不足,浪费最佳撤离时机,影响避险成效。

面临重重挑战,地质灾害监测预警技术研发的脚步更不能停歇。6月起,中国地质调查局地质环境监测院(自然资源部地质灾害技术指导中心)在西南山区、东北山区、西北黄土高原等地区陆续开展了地质灾害监测预警普适型仪器的示范应用,经过一个完整水文年后,将进行效果评估与优化改进。以此为基础,计划在3年完成5万处以上普适型仪器安装。接下来,中国地质调查局地质环境监测院(自然资源部地质灾害技术指导中心)将继续完善“物联网”平台建设,继上述6种仪器设备外,年内将完成智能成像雷达和快速布设仪器2种设备样机的研发工作,并发布《地质灾害监测通讯协议》行业标准。