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                      2016年01月13日 星期三
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                      向“普適型”邁進

                      ——聚焦地質災害監測預警新技術新裝備

                      來源:中國自然資源報 作者:李慧 马娟 發布時間:2019-08-22

                      在四川宜賓設立的地質災害普適型監測站

                      普適型地質災害監測預警設備

                      发条娱乐运行可靠 功能简约 精度适当 性价比高 经济实用

                      雨量計:采用新型光電式、壓電式傳感器,體積小,維護簡單,便于安裝。

                      土壤含水率計:無須標定,探測範圍大,采用多參數一體化,可在15分鍾內完成安裝。

                      裂縫計:加大量程、窄帶物聯網和遠程控制,設備待機功耗降低50%。

                      GNSS:精簡功能、優化安裝方式、解算算法,功耗降低50%,成本降低50%,動態解算精度達到亞厘米級。

                      傾角計:采用一體化、物聯網傳輸,大幅度降低成本,延長電池供電時限。

                      加速度計:現重點研究沖擊加速度、振動頻率變化與滑坡穩定性關系,用于臨災預警定性分析。

                       

                      黨的十八大以來,國家實施防災減災救災新戰略,爲地質災害防治工作提供了明確方向——聚焦地質災害隱患在哪裏、什麽時間可能發生等關鍵問題,破解監測預警技術瓶頸。當前,面臨地質災害防治工作新形勢,自然資源部通博国际地質環境監測院(自然資源部地質災害技術指導中心)在地質災害監測預警新技術、新方法方面取得新進展。

                      我國地質災害監測預警工作取得明顯成效

                      8月初,受“利奇馬”台風的影響,我國東部大部分地區迎來暴雨。此時,中央電視台《天氣預報》中的“地質災害風險預報”欄目格外引人注目。這個欄目向全國觀衆預報近期的地質災害風險,圈定地質災害高發區、頻發區範圍,發出地質災害預警警報,因爲預報及時、分析准確,長期以來廣受好評。

                      2003年,原國土資源部和中國氣象局簽訂了《國土資源部和中國氣象局聯合開展地質災害氣象預報預警工作協議》,共同開展地質災害預報預警工作。目前,地質災害氣象預警工作已覆蓋全國30個省(區、市)、1660個縣(市、區),實現了對區域降雨型地質災害風險的有效防範,在避險避讓工作中發揮了重要作用。

                      地質災害氣象預警預報工作所取得的成績只是我國地質災害預警預報工作的一個方面。我國山體崩塌、滑坡和泥石流易發區面積約爲712萬平方千米,災害風險隱患分布廣,動態變化,且地域分異性強,監測預警工作是行之有效的避險防範支撐。

                      當前,我國已在全國地質災害易發地區,建立了縣、鄉、村、組四級群測群防體系,對全部已查明隱患點進行簡易監測。在三峽庫區、汶川地震災區、哀牢山地區、東南沿海台風暴雨區等地建立了10多處地質災害專業監測示範區;在重慶、四川、雲南、甘肅、湖南、湖北、陝西、貴州、福建等省份,相繼組織實施了地質災害專業監測站點建設。自然資源主管部門會同國務院建設、水利、鐵路、交通等部門,指導大中型企業、水力電力、能源、交通等建設單位,落實監測預警責任,實施動態監測,引導全社會協同防災減災。

                      經過多年示範研究與工程實踐,我國已初步形成地質災害監測預警理論技術體系,湧現出一批學術團體與專家隊伍,形成了地質災害監測預警科技支撐體系。

                      6种单功能普適型地質災害監測預警設備成功研发

                      “隱患在哪裏?”“什麽時間可能發生?”這是地質災害防治工作的兩個核心問題。如何給出這兩個答案,需要破解關鍵技術瓶頸,運用自主研發與集成研發兩種科技資源,促進地質災害專業化監測預警體系建設,提升全社會地質災害避險防範能力。

                      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种单功能普適型地質災害監測預警設備。当前,设备已完成室内模拟测试和特定点位野外测试工作。

                      按照地質災害監測預警普適性技術裝備“運行可靠、功能簡約、精度適當、性價比高、經濟實用”的定位,在確保儀器可靠性與精度需求的前提下,重點推進“提高可靠性,提高設備集成度和新技術應用,降低功耗,降低成本”的研發目標,通博国际地質環境監測院(自然資源部地質災害技術指導中心)聯合有關企事業單位,推進並完成了雨量計、土壤含水率儀、裂縫計、GNSS衛星定位系統、傾角計和加速度計6種設備與多參數一體化設備研發,制定了1部標准,建立了1個平台,形成智能感知、前後聯動、實時預警的監測預警系統。

                      6種普適型儀器設備應用低功耗局域網、窄帶物聯網等傳輸技術,實現了低功耗與穩定通信。

                      傳統的翻鬥式、虹吸式雨量計發展已經較成熟,並且精度高,但是由于體積大,實施難度較大,需要定期維護。最新研發的雨量計采用新型光電式、壓電式傳感器,體積小,維護簡單,便于安裝。

                      土壤含水率計主要通過實時觀測不同深度松散土體的體積含水量情況,由介電常數來反映土體濕度變化。傳統的土壤含水率計需要標定、探測範圍小、安裝維護難度大。最新研發的土壤含水率計無須標定,探測範圍大,采用多參數一體化,並且可在15分鍾內完成安裝。

                      傳統的裂縫計量程短,采用分體式設計,故障率高。最新研發的設備加大量程、窄帶物聯網和遠程控制,設備待機功耗降低50%。

                      傳統的GNSS已較成熟,且功能多,但是安裝複雜、綜合成本高。最新的設備研發精簡了功能、優化了安裝方式、優化解算算法,研發成果功耗降低了50%,成本降低50%,動態解算精度達到亞厘米級。

                      傾角計是通過微機電系統傳感器測量三軸方向上的角度變化,體積小、功耗低。傳統的傾角計采用分體式、成本高。最新研發的傾角計采用一體化、物聯網傳輸,大幅度降低了成本,延長了電池供電時限。

                      加速度計是通過微機電加速度傳感器測量目標對象在三軸方向上的沖擊加速度與振動頻率,現重點研究沖擊加速度、振動頻率變化與滑坡穩定性關系,用于臨災預警定性分析。

                      此外,在前期地質災害防治工程行業協會已頒布的團體標准《地質災害監測通訊協議》基礎上,增加了新型傳感監測設備定義及監測數據格式,規範了傳感器—遙測終端的數據通訊協議,以及遙測終端—物聯網平台的數據通訊協議,並將其推進升級爲行業標准。依據《地質災害監測通訊協議》開發的“地質災害監測預警物聯網平台”,實現了數據實時傳輸,保障了多類型設備快速接入、分析預警及“國家—省—市—縣”四級數據聯通。

                      地質災害監測預警技術研發仍面臨重重挑戰

                      標准規範依據不足。當前,我國地質災害防治工作已經形成了基本的標准體系,近年來中國地質災害防治工程行業協會牽頭編制發布了三大類100余項團體標准。但由于地質災害技術裝備多是專業性非標設備,現有標准尚不能很好地指導監測預警研發工作。

                      社會協同創新不足。防災減災具有公益屬性,現有科技支撐與研發體系相對集中于公益性事業領域,對技術溢出、産品推廣、標准化生産以及成本控制不熟悉,社會力量參與不夠,導致研發資源分散或分工不明確,性價比不能適應防災減災實際需求。

                      集成功效發揮不足。現有研發知識結構相對集中在某些領域,缺乏學科交叉驅動下的理論創新與方法創新,技術溢出效應不足或缺乏分級分層次的技術融合;不同技術單元或傳感器之間有機聯系不足,缺乏集成創新,制約著整體預警功效的發揮。

                      預警響應機制不足。2010年甘肅舟曲特大山洪泥石流災害、2012年四川白鶴灘泥石流災害、2014年重慶武隆滑坡災害、2017年貴州納雍張家灣崩塌災害等相關監測預警教訓表明,由于缺乏精准的預警模型與有機聯系的響應方案,導致避險准備不足,浪費最佳撤離時機,影響避險成效。

                      面臨重重挑戰,地質災害監測預警技術研發的腳步更不能停歇。6月起,通博国际地質環境監測院(自然資源部地質災害技術指導中心)在西南山區、東北山區、西北黃土高原等地區陸續開展了地質災害監測預警普適型儀器的示範應用,經過一個完整水文年後,將進行效果評估與優化改進。以此爲基礎,計劃在3年完成5萬處以上普適型儀器安裝。接下來,通博国际地質環境監測院(自然資源部地質災害技術指導中心)將繼續完善“物聯網”平台建設,繼上述6種儀器設備外,年內將完成智能成像雷達和快速布設儀器2種設備樣機的研發工作,並發布《地質災害監測通訊協議》行業標准。