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基本信息
- 項目名稱：
- 山體滑坡自動監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 滑坡是全世界常見的自然地質(zhì)災(zāi)害。針對實際需求,在滑坡體自動監(jiān)測、無線局域網(wǎng)絡(luò)傳輸、險情預(yù)報等方面展開了深入研究。在繼承前人研究成果的基礎(chǔ)上設(shè)計制作了“山體滑坡自動監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)”。為了能夠掌握滑坡孕育過程，全方位捕捉滑坡信息，同時傳感器應(yīng)具有精度高、反應(yīng)快速高效、可廣泛應(yīng)用等特點，從監(jiān)測滑坡原始信息著手，把“設(shè)計制作具有自主知識產(chǎn)權(quán)的傾角、地聲、土壤含水量傳感器”作為研究本課題的重點。
- 詳細介紹：
- 山體滑坡是常見自然地質(zhì)災(zāi)害,給國家建設(shè)和人民生命財產(chǎn)造成嚴重損失，實時監(jiān)測山體狀態(tài)，并發(fā)布滑坡預(yù)警信息對防災(zāi)減災(zāi)具有重要意義。 本作品是從滑坡產(chǎn)生的物理過程著手，在繼承前人研究成果的基礎(chǔ)上設(shè)計制作專門用于獲取滑坡體變化過程物理信息的傾角、滑坡運動地聲和土壤含水量三種傳感器： 傾角傳感器： 使用MMA7361芯片配合外圍電路設(shè)計制作的傾角傳感器對傾角變化十分敏感。水平放置時，傳感器輸出恒定，隨著傾角的增大，輸出電壓線性增長，輸出信號經(jīng)放大后角度分辨力可達94mV/度。 地聲傳感器： 使用傳振棒連接駐極體提取地聲信號，并放大后實時監(jiān)測地聲信息。發(fā)生滑坡時產(chǎn)生的地聲波頻率在10Hz—150Hz范圍，但主要集中在30Hz—80Hz。 土壤含水量傳感器： 采用雙線圈系，通過測量土壤的感應(yīng)渦流在接受線圈上產(chǎn)生的電動勢，確定土壤的電導(dǎo)率，從而得到土壤的含水量大小。根據(jù)實驗，接收線圈中的電壓信號隨著土壤含水量的增大而減小，呈現(xiàn)線性關(guān)系。經(jīng)過實驗優(yōu)化選擇600kHz的交流信號作為輸入信號，以獲取最高的靈敏度。 三種傳感器組合構(gòu)成監(jiān)測節(jié)點，并配套一個無線收發(fā)裝置和太陽能供電裝置。在滑坡體內(nèi)布設(shè)多組節(jié)點，實時綜合監(jiān)測滑坡的孕育過程。 在鄰近的，1-2公里范圍內(nèi)的村莊、居民點、公路、鐵路、江河兩岸近處及其他可能受災(zāi)區(qū)域的預(yù)警點，設(shè)置信息分析處理和預(yù)警中心。采用基于Zigbee協(xié)議的CC2530無線通訊模塊組成無線局域網(wǎng)絡(luò)，將傳感器在坡體獲取的監(jiān)測信息傳輸?shù)叫畔⒎治鎏幚砗皖A(yù)警中心，對多個節(jié)點的監(jiān)測信息進行整體分析處理，做出預(yù)警決策，從而實現(xiàn)對山體滑坡的預(yù)警。 所有設(shè)備均采用太陽能供電，無需立桿送電，節(jié)省人力和資源。 創(chuàng)新點： 1. 原創(chuàng)設(shè)計三種專用傳感器獲取滑坡體變化過程的三種物理信息：傾角、地聲及土壤含水量，充分利用現(xiàn)代微電子、微機電和電磁學(xué)等新技術(shù)； 2. 利用現(xiàn)代無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建坡體險情信息監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，坡體不同監(jiān)測點獲取的信息自動匯總并綜合分析決策預(yù)警，可實現(xiàn)無人值守自動預(yù)警； 3. 采用太陽能電池供電，無需立桿送電，節(jié)省人力和資源。 4. 提出滑坡預(yù)報和早期治理研究的新觀念：從工程實際出發(fā)，注重生產(chǎn)、安裝、施工等技術(shù)。 技術(shù)特點和優(yōu)勢： 本作品從工程實際出發(fā)，注重生產(chǎn)、安裝、施工等技術(shù)，設(shè)計制作山體滑坡險情監(jiān)測專用傳感器，并采用太陽能供電和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，避免了山區(qū)立桿送電和拉線的難題，易于工程實現(xiàn)，且系統(tǒng)造價低，長壽命，可無人值守，實現(xiàn)自動預(yù)警。 適應(yīng)范圍及推廣前景 作品設(shè)計充分考慮了山區(qū)的地形特點和資源條件，安裝簡便，無需專業(yè)人員操作，且成本低，可廣泛布設(shè)并推廣應(yīng)用于山區(qū)的村莊、居民區(qū)、重要鐵路和公路等附近的山體，應(yīng)用前景廣闊。 市場價值及經(jīng)濟效益 我國山地面積廣闊，地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)，本作品的研究成果對提高山體滑坡的早期預(yù)報和防災(zāi)減災(zāi)工作水平具有重要的社會效益意義。系統(tǒng)具有成本低、長壽命、安裝簡便、操作簡單等特點，它的推廣應(yīng)用經(jīng)濟效益顯著。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：山體滑坡是常見自然地質(zhì)災(zāi)害,給國家建設(shè)和人民生命財產(chǎn)造成嚴重損失，實時監(jiān)測山體狀態(tài)，并發(fā)布滑坡預(yù)警信息對防災(zāi)減災(zāi)具有重要意義。 設(shè)計思路：本作品從信息檢測著手，在繼承前人研究成果基礎(chǔ)上，選取坡體傾角、滑坡運動地聲和土壤含水量三種物理量，設(shè)計制作專門用于獲取滑坡體變化過程物理信息的三種傳感器，組合構(gòu)成監(jiān)測節(jié)點，在一處坡體布設(shè)多組節(jié)點，實時綜合監(jiān)測滑坡的孕育過程。利用現(xiàn)代無線局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將傳感器在坡體獲取的監(jiān)測信息傳輸?shù)洁徑?-2公里范圍內(nèi)的村莊或可能受災(zāi)地區(qū)，再對多個節(jié)點監(jiān)測信息進行整體分析處理，做出預(yù)警決策，實現(xiàn)山體滑坡預(yù)警。所有設(shè)備均采用太陽能供電。 創(chuàng)新點：1. 原創(chuàng)設(shè)計三種專用傳感器獲取滑坡體變化過程的三種物理信息：傾角、地聲及土壤含水量，充分利用現(xiàn)代微電子、微機電和電磁學(xué)等新技術(shù)；2. 利用現(xiàn)代無線局域網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建坡體險情信息監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，坡體不同監(jiān)測點獲取信息自動匯總并綜合分析決策預(yù)警，可實現(xiàn)無人值守自動預(yù)警；3. 太陽能電池供電，無需立桿送電，節(jié)省人力和資源；4. 提出滑坡預(yù)報和早期治理研究的新觀念：從工程實際出發(fā)，注重生產(chǎn)、安裝、施工等技術(shù)。 技術(shù)關(guān)鍵：1.設(shè)計制作專用傳感器。注重工藝制造技術(shù)，保證長壽命，低成本； 2.無線傳輸系統(tǒng)安裝工程質(zhì)量保證，數(shù)據(jù)處理預(yù)警顯示的現(xiàn)代技術(shù)。 技術(shù)指標(biāo)： 傳感器：傾角：0—25度，10mV/度；地聲頻率：15—150Hz；土壤含水量：40mV/mm 局域網(wǎng)：無線頻率：2.4G；波特率：38400bps無遮擋：800m
科學(xué)性、先進性
- 研究從山體滑坡孕育過程入手，觀測物理現(xiàn)象獲得原始信息，在研究觀念上科學(xué)地從滑坡源頭做起，由信息檢測深入，對滑坡關(guān)鍵信息進行分析處理，并在前人研究成果的基礎(chǔ)上融合新的觀點，以微機械電子、信息、計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，創(chuàng)造性設(shè)計制作三種專用于山體滑坡監(jiān)測的傳感器： 傾角傳感器：測滑坡地段傾角的變化，由微機械電子模塊構(gòu)成，其電信號輸出大小即反映滑坡體傾角的變化。 地聲傳感器：測滑動時產(chǎn)生的次聲波轉(zhuǎn)變成電信號，經(jīng)處理可反映滑動地段移動傾斜時特有的聲音特性。 土壤含水量傳感器：測滑坡地段因雨水或地下水的浸入導(dǎo)致土壤中含水量的變化，泥土中含水量的多少表征了坡體下滑的難易程度。 這三種傳感器采用微機械電子模塊和電磁技術(shù)，構(gòu)成了實現(xiàn)滑坡全方位監(jiān)測的專用傳感器。通過它們將滑坡孕育過程中的原始信息轉(zhuǎn)變成電信號，并實現(xiàn)數(shù)字化、智能化，對滑坡變化過程全面科學(xué)地剖析，了解其本質(zhì)狀態(tài)，最終做出科學(xué)準(zhǔn)確的判斷。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品；現(xiàn)場演示；樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 使用說明： 三種傳感器構(gòu)成一個節(jié)點，選取可能發(fā)生滑坡的區(qū)域根據(jù)需要布設(shè)多個節(jié)點，每個節(jié)點配套一個無線收發(fā)裝置和太陽能供電裝置；在鄰近的，1-2公里范圍內(nèi)的村莊布置一套信息分析處理和預(yù)警中心。技術(shù)特點和優(yōu)勢: 本作品從工程實際出發(fā)，注重生產(chǎn)、安裝、施工等技術(shù)，設(shè)計制作山體滑坡險情監(jiān)測專用傳感器，并采用太陽能供電和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，避免了山區(qū)立桿送電和拉線的難題，易于工程實現(xiàn)，且系統(tǒng)造價低，長壽命，可無人值守，實現(xiàn)自動預(yù)警。 適應(yīng)范圍及推廣前景: 作品設(shè)計充分考慮了山區(qū)的地形特點和資源條件，安裝簡便，無需專業(yè)人員操作，且成本低，可廣泛布設(shè)并推廣，應(yīng)用于山區(qū)的村莊、居民點、重要鐵路和公路等附近的山體，應(yīng)用前景廣闊。 市場價值及經(jīng)濟效益: 我國山地面積廣闊，地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)，本作品的研究成果對提高山體滑坡的早期預(yù)報和防災(zāi)減災(zāi)工作水平具有重要的社會效益意義。系統(tǒng)具有成本低、長壽命、安裝簡便、操作簡單等特點，它的推廣應(yīng)用經(jīng)濟效益顯著。
同類課題研究水平概述
- 山體滑坡監(jiān)測預(yù)報研究是科學(xué)界公認的尖端課題，國家列為十二?五長遠規(guī)劃。形成因素具有復(fù)雜性與多樣性，因形成條件、誘發(fā)因素具有隨機性和非穩(wěn)定性[1]。國內(nèi)外滑坡監(jiān)測預(yù)報研究，分滑坡災(zāi)害的預(yù)測預(yù)報研究和監(jiān)測技術(shù)研究。 一、滑坡災(zāi)害的預(yù)測預(yù)報研究 二戰(zhàn)以后，人們才廣泛開始對滑坡進行專門、系統(tǒng)的研究，國內(nèi)外滑坡預(yù)報研究的發(fā)展，分為三個階段： 1.采用經(jīng)驗-統(tǒng)計學(xué)方法預(yù)報階段（20世紀(jì)80年代之前） 2.預(yù)測滑坡學(xué)形成階段（20世紀(jì)80年代） 3.現(xiàn)代科技全新預(yù)報階段（20世紀(jì)90年代以后）[2] 通常采用的方法有兩類：空間預(yù)測和時間預(yù)測?？臻g預(yù)測從傳統(tǒng)安全系數(shù)法到現(xiàn)在模糊理論綜合評判法, 時間預(yù)報從齋滕法到現(xiàn)在人工智能理論的引入，但由于工程地質(zhì)條件的復(fù)雜、自然條件的變化以及人類工程活動等因素的隨機性和不可控制性, 所以對滑坡做出準(zhǔn)確可靠的預(yù)報還是十分困難的。 二、滑坡災(zāi)害的監(jiān)測技術(shù)研究 滑坡監(jiān)測分變形監(jiān)測,物理與化學(xué)場監(jiān)測和誘發(fā)因素監(jiān)測三類。變形監(jiān)測主要監(jiān)測坡體形變；物理與化學(xué)場監(jiān)測包括應(yīng)力監(jiān)測、地聲監(jiān)測、放射性元素測量等；誘發(fā)因素監(jiān)測用以監(jiān)測滑坡的主要誘發(fā)因素,包括氣象監(jiān)測、地下水動態(tài)監(jiān)測等[3]。 近年來監(jiān)測方法及儀器取得了長足進步, 現(xiàn)代物理, 特別是電子技術(shù)的成就, 已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、水文測量儀器儀表中, 有多點位移計、應(yīng)力計、雨量計及測斜儀等。20 世紀(jì)80 年代中期出現(xiàn)全站儀, 利用全站儀導(dǎo)線和電磁波測距三角高程方法進行變形監(jiān)測。但上述方法都需要人到現(xiàn)場觀測, 工作量大,很難實現(xiàn)無人值守[4]。國內(nèi)滑坡監(jiān)測多為水文和地質(zhì)部門設(shè)長期觀測站，普遍缺點是儀器貴重，需專人執(zhí)守，且連續(xù)觀測能力較差，需要定期實地采集數(shù)據(jù)和處理。 國內(nèi)外也有利用仿生傳感器[5]監(jiān)測技術(shù)以及融合了GPS全球定位、時域反射測試技術(shù)TDR等新興技術(shù)的大范圍滑坡監(jiān)測。一些國內(nèi)外學(xué)者認為光纖傳感器系統(tǒng)具有廣泛應(yīng)用前景，但現(xiàn)有技術(shù)還存在不足：傳感光纖對多種信號敏感，其中溫度與其待測量分量不易準(zhǔn)確分離；光纖傳感器封裝埋入地下技術(shù)等具體問題還有待解決[6]。因此，雖然它覆蓋面積廣，但工程量大，不易普及實現(xiàn)。 參考文獻見論文文檔中的參考文獻。
