基本信息
- 項目名稱：
- 震后綜合信息監(jiān)測預警系統(tǒng)--基于傾角、位移、壓力、γ輻射測量技術
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 5.12汶川特大地震，給我們帶來嚴重災難的同時，也留下了許多潛在的安全隱患，嚴重威脅著災區(qū)人民的生產(chǎn)生活和災后重建工作。為此，本著科技服務、科技減災的宗旨，課題組集思廣益，從不同角度發(fā)現(xiàn)問題，共同提出了震后綜合信息監(jiān)測預警系統(tǒng)的研制工作，從傾角、位移、壓力監(jiān)測以及γ輻射測量的角度出發(fā)，對災后重要設施和工作廠房進行穩(wěn)定性、安全性監(jiān)控，獲得第一手的監(jiān)測數(shù)據(jù)，為災后人民安居樂業(yè)保駕護航。 目前該作品已被國家國防科工局震后應急重大專項“某基地***地質穩(wěn)定性綜合評價”子課題重要核設施監(jiān)測預警系統(tǒng)采用，實施監(jiān)測任務。
- 詳細介紹：
- 地震災害是全球共同面臨的一種重大自然災害，它往往以突發(fā)性強、無法抗拒和無法避免的特點造成重大人員傷亡和經(jīng)濟損失。2008年5月12日，發(fā)生在我國四川汶川的8.0級特大地震，其影響波及大半個中國，直接嚴重受災地區(qū)達10萬平方公里，地震造成了大量的人員傷亡與財產(chǎn)損失。在地震的背后，不可估量的損失將更大，本作品針對地震造成的潛在危害開展工作，重點研究了以下4個方面的內(nèi)容： （1）地震造成了諸多建筑設施結構性損傷，如水庫大壩、廠房等。有的只是出現(xiàn)了表面裂縫，但不排除因某種原因裂縫繼續(xù)擴大或產(chǎn)生新的裂縫，存在極大的安全隱患，加大了震后災害調(diào)查評估工作的難度。 （2）地震所在山區(qū)，地形復雜，由地震和強余震誘發(fā)的次生地質災害極為嚴重，潛在滑坡、泥石流等一旦爆發(fā)，將對災區(qū)造成二次打擊，時刻威脅著災區(qū)人民的生活和重建工程。 （3）地震對我國核工業(yè)生產(chǎn)單位的生產(chǎn)廠房及某些重要核設施帶來了一定程度的影響，特別是用于核廢物處置的地下填埋罐體，一旦外界對其壓力大到一定程度，將造成罐體的破裂甚至核廢物的泄露，直接導致核安全事故。 （4）地震災區(qū)的工作用放射源分布較多，地震或許已經(jīng)造成了儲存設備的不穩(wěn)定安全隱患，在長期的余震期內(nèi)，很可能發(fā)生放射源裝置傾倒或滑落，危及工作人員的人身安全。 如何對輕度受損或目前還無法定位破壞程度的建筑設施進行長期的監(jiān)測，如何對潛在滑坡等次生地質災害進行長期的監(jiān)測，如何對核廢物處置場地下填埋罐體進行安全監(jiān)測，如何對工作用放射源進行長期監(jiān)測，對偶然事件所造成的放射源傾倒泄漏進行第一時間的危害評估，成為目前亟待解決的問題。 事實上，這些地震次生災害的發(fā)生，與地震類似，在發(fā)育期間都會伴隨著種種異常，如建筑設施某兩點的相對位移變化、傾斜度變化、某點受力變化等。能否研制一種儀器設備來探測、感知這些異常信息，并根據(jù)探測結果自動發(fā)出報警信號？對次生災害進行及時有效的安全評估。為此，本作品主要完成了以下幾方面的工作： （1）研究了次生災害監(jiān)測預警方法。提出了基于傾角、位移、壓力及γ輻射測量的震后綜合信息監(jiān)測系統(tǒng)，采用傾角、位移傳感器監(jiān)測建筑體等大型設施，采用傾角、位移、壓力傳感器監(jiān)測滑坡等次生地質災害，采用壓力傳感器監(jiān)測核廢物處置場地下填埋罐體所受外界擠壓情況，采用γ輻射探測器監(jiān)測放射源的安全狀況，通過自組網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡采集被監(jiān)測對象的異常信息，結合終端監(jiān)控系統(tǒng)實時發(fā)布預警。 （2）研制了異常信息采集節(jié)點。完成了基于傾角、位移、壓力及γ輻射測量的異常信息采集設備的硬件、軟件設計。采用高精度雙軸傾角傳感器SCA100T采集傾角異常信息，采用霍爾傳感器A3144采集表面裂縫位移異常信息，采用Honeywell壓力傳感器FSG-15N1A采集壓力異常信息，采用J4401蓋革計數(shù)管采集γ輻射強度信息。 （3）組建了監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡。針對實際應用的特點，組建了“無線+有線”的綜合數(shù)據(jù)傳輸體系。監(jiān)控主機通過無線方式管理各個異常信息采集節(jié)點，終端監(jiān)控系統(tǒng)采用RS485有線方式管理各個監(jiān)控主機，形成一個分布式集散型的數(shù)據(jù)監(jiān)測網(wǎng)絡。無線方案用以實現(xiàn)采集節(jié)點與監(jiān)控主機近距離無線數(shù)據(jù)傳輸，便于傳感器節(jié)點的靈活安裝；有線方案通過RS485傳輸中繼器，實現(xiàn)遠距離數(shù)據(jù)傳輸。 （4）研制了監(jiān)控主機，開發(fā)了終端監(jiān)控軟件。監(jiān)控主機具有人機接口（包括LCD顯示、鍵盤）、無線傳輸接口、RS485接口，同時具備現(xiàn)場聲、光報警功能；終端監(jiān)控軟件實時動態(tài)顯示當前異常信息值，并繪制異常信息曲線圖，具備終端報警閾值設定、現(xiàn)場報警功能。 本作品的創(chuàng)新與價值之處在于： （1）緊密結合本次大地震這一特殊事件，運用專業(yè)技術，研制震后綜合信息監(jiān)測系統(tǒng)，對地震引發(fā)的次生災害進行監(jiān)測預警，為科技減災收集第一手資料，具有很強的現(xiàn)實性和實用性。 （2）將傾角、位移、壓力與γ輻射測量有機地結合起來，為我國核工業(yè)生產(chǎn)單位這一特殊行業(yè)研制安全監(jiān)測系統(tǒng)，在國內(nèi)外尚未見到相關報道，是一種集成創(chuàng)新。 （3）相關技術為大型安全監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)打下了基礎，可以應用到地質災害預警、設施穩(wěn)定性監(jiān)測及環(huán)境監(jiān)測等領域，具有一定的科學價值。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 本作品緊密結合5.12汶川大地震這一特殊事件，運用專業(yè)技術，研制震后綜合信息監(jiān)測系統(tǒng)，對地震誘發(fā)的次生災害進行監(jiān)測預警，為科技減災收集第一手資料，具有很強的現(xiàn)實性和實用性。 基于傾角、位移、壓力與γ輻射測量的震后綜合信息監(jiān)測儀，將各種傳感技術有機結合起來，為我國核工業(yè)生產(chǎn)單位這一特殊行業(yè)研制安全監(jiān)測系統(tǒng)，在國內(nèi)外尚未見到相關報道，是一種集成創(chuàng)新。相關技術為大型安全監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)打下了基礎，可以應用到地質災害預警、設施穩(wěn)定性監(jiān)測及環(huán)境監(jiān)測等領域，具有一定的科學價值。 技術指標：（1）傾角精度0.3°，標準量程± 30°；（2）位移精度0.5 mm，標準量程± 40 mm；（3）γ靈敏度900 cps/(mR/h)，標準量程0.1～200 mR/h，死時間≤200 μs（4）壓力精度1 g，標準量程1 420 g，反應時間1 ms；（5）無線通信工作頻率433 MHz、速率2.4 kbps、空曠距離500 m，室內(nèi)有限，有線傳輸距離1.5 km/100 kbps或更遠；（6）監(jiān)控主機鍵盤設定報警閾值，LCD顯示當前異常數(shù)據(jù)，監(jiān)控終端計算機實時顯示異常信息曲線圖并以txt文本保存監(jiān)測數(shù)據(jù)。
科學性、先進性
- 本作品針對5.12特大地震后重大建筑設施結構上的安全隱患、震區(qū)次生地質災害、核廢物的填埋罐體因壓力的變化而導致泄漏、震區(qū)工作用放射源余震中發(fā)生裝置傾倒或滑落，面對眾多危害國家和人民利益的安全隱患和不穩(wěn)定因素，創(chuàng)新性地研制出一種設備可以對震區(qū)次生災害進行長期監(jiān)測、預警。 本作品設計思路新穎，具有一定的集成創(chuàng)新性，且能夠滿足地震后某些特殊行業(yè)如核工業(yè)基地的需求，某種程度上填補了我國這個技術領域和應用領域的空白。 本作品使用了傾角、位移、壓力、γ輻射四種傳感器，可以多方位、多角度地對震區(qū)進行監(jiān)測，并且可以針對性的用于核工業(yè)基地等重要場所。 其突出的技術和顯著的進步是：（1）對震后重建工程研制多方位、多角度傳感器綜合監(jiān)測網(wǎng)絡；（2）為核工業(yè)特殊領域進行安全監(jiān)測；（3）采用近距離無線通信與RS485有線傳輸技術相結合，自組網(wǎng)，大大提高通信能力。
獲獎情況及鑒定結果
- 已取得成果如下： 1、《震后綜合信息監(jiān)測預警系統(tǒng)》獲第十屆“挑戰(zhàn)杯”四川省大學生課外學術科技作品競賽一等獎。 2、《基于角度、位移測量的大型設施監(jiān)測報警儀》獲成都理工大學08-09年度大學生課外科技作品競賽一等獎。 3、作品已被國家國防科工局震后應急重大專項“某基地***地質穩(wěn)定性綜合評價”子課題重要核設施監(jiān)測預警系統(tǒng)采用，實施監(jiān)測任務。
作品所處階段
- 中試階段。
技術轉讓方式
- 不轉讓。
作品可展示的形式
- （1）實物、產(chǎn)品（2）圖紙（3）現(xiàn)場演示（4）圖片
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 震后綜合信息監(jiān)測預警系統(tǒng)，是在被監(jiān)測體上安安裝無線傳感器節(jié)點，一般室內(nèi)可達100m通信距離，因此保證了傳感器的布置相對靈活性。主機和上位機之間采用RS485有線傳輸，有傳輸距離1.5km或更長，保證了工作人員的安全。作品操作簡單方便，開機后，LCD界面可顯示操作的整個過程。當出現(xiàn)較大異常變化的時候立即給出報警信號（以聲、光信號報警），同時生成異常信息變化曲線圖，相關領域專業(yè)技術人員可結合大型設施的物理結構對其穩(wěn)定性進行綜合評價，形成一種長期監(jiān)測預警機制。 應用到此產(chǎn)品的地方有：（1）核設施的安全監(jiān)測預警；（2）地震及余震誘發(fā)的滑坡等次生地質災害監(jiān)測預警；（3）水利、橋梁、隧道等大型設施穩(wěn)定性監(jiān)測及環(huán)境監(jiān)測等領域。具有廣闊的應用前景。 地震留下許多潛在的安全隱患，靠人工現(xiàn)場檢測已不現(xiàn)實。本作品符合科技減災的宗旨，具有穩(wěn)定性高、成本低、適合工作在惡劣的環(huán)境下等優(yōu)點，實用性和現(xiàn)實性較強，適合應用推廣。目前已經(jīng)在我國某核基地擔任安全監(jiān)測任務。
同類課題研究水平概述
- 課題組在充分調(diào)研國內(nèi)外科研成果、相關企業(yè)儀器產(chǎn)品研制情況的基礎上，綜合得出結論：本作品集成了穩(wěn)定性監(jiān)測、放射性監(jiān)測等多種傳感器技術，針對地震造成的潛在危害進行綜合信息提取，特別地對我國核工業(yè)生產(chǎn)單位的安全生產(chǎn)監(jiān)測預警，是一種集成創(chuàng)新。目前還沒有檢索到集成度如此高的產(chǎn)品或實驗室設備，某些技術也只是就單個功能進行了研究，取得了一定的成果，但總體來說國外儀器成本較高，國內(nèi)儀器實用化程度較低，這都制約著我國安全監(jiān)測水平的提高?，F(xiàn)概述如下： 隨著傳感器技術、電子技術的快速發(fā)展，監(jiān)測儀器也正在向精度高、性能佳、適應范圍廣、監(jiān)測內(nèi)容豐富、自動化程度高的方向發(fā)展。但是，針對不同基建設施的受損情況、不同潛在次生地質災害的形成特點、震區(qū)核安全防護措施，如何針對其地形地貌、地質特點、環(huán)境因素等，選擇合適的監(jiān)測技術、方法，確定完備的監(jiān)測方案，這是一個值得不斷探索的科學問題，目前也沒有檢索到相關技術方法。 針對設施結構性損傷的調(diào)查以及震區(qū)大型設施的監(jiān)測，目前國外已研制出針對水壩水庫的監(jiān)測設備，由主機遠程監(jiān)測若干關聯(lián)傳感器的壓力變化，從而宏觀的監(jiān)控水壩水庫的整體安全。但是整套設備成本極高（由日本制造，根據(jù)節(jié)點計算，幾個節(jié)點的多達20多萬元），普及率低，靈活性差，大多數(shù)中小型水壩水庫以及其他設施無法使用。目前一般由科研院所作為實驗教學之用。 針對地震誘發(fā)的次生地質災害，如滑坡、泥石流等監(jiān)測預警，目前常采用以下幾種方法：一是根據(jù)降雨因素來預報滑坡、泥石流災害的發(fā)生，調(diào)查土、石、冰塊等固體物質的累積及補給狀況。二是根據(jù)地聲預報，滑坡、泥石流等次生地質災害發(fā)生前，會產(chǎn)生特殊的震動聲波頻率及振幅。如國內(nèi)由中科院山地所先后推出了多套泥石流報警器，也獲得了國家專利權，但據(jù)業(yè)內(nèi)專家反映，該類設備實用化程度并不高；而由中國地質調(diào)查局研制的簡易裂縫報警器，在這次地震中也免費發(fā)放了幾千套，但真正用在地質災害上監(jiān)測的卻很少，不少行業(yè)專家反映根本起不到預警的作用，不適合快速監(jiān)測預警需要，現(xiàn)在急需有針對性、實用的儀器設備誕生。 針對震區(qū)核廢物處置場地下填埋罐體，據(jù)課題組相關人員實地合作調(diào)研，了解到目前一般采用厚實水泥修筑填埋場邊緣墻壁，無監(jiān)測措施。在長期使用以及發(fā)生地震后，很難查明地下填埋場的實際情況，對有無發(fā)生泄漏、有無出現(xiàn)核素遷移都不得而知。
