基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的工程、地質(zhì)自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)產(chǎn)業(yè)鏈及工程應(yīng)用

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的工程、地質(zhì)自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)產(chǎn)業(yè)鏈及工程應(yīng)用

我國(guó)地域遼闊，潛在地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量巨大，無(wú)論是自然形成或人類活動(dòng)誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害還是大型工程結(jié)構(gòu)自身，均需進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，提前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，減少人員和經(jīng)濟(jì)損失。目前的安全監(jiān)測(cè)技術(shù)、手段或監(jiān)測(cè)方法普遍存在效率不高、信息化程度低、專業(yè)化程度不夠、工作流程不適用、預(yù)警不及時(shí)等諸多問(wèn)題，影響了安全監(jiān)測(cè)的實(shí)效性和可靠性，無(wú)法適應(yīng)我國(guó)新形式下的防災(zāi)減災(zāi)需求。

主要技術(shù)內(nèi)容：圍繞工程結(jié)構(gòu)、地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)需求及特點(diǎn)，從節(jié)能、傳感、防護(hù)、有效預(yù)警技術(shù)幾方面著手研究，建立底層技術(shù)支撐；以此為基礎(chǔ)運(yùn)用電子集成、自動(dòng)化控制、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研發(fā)了一體化、自主工作的專業(yè)監(jiān)測(cè)設(shè)備和監(jiān)測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、穩(wěn)定自動(dòng)獲取；基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)、歷史災(zāi)害數(shù)據(jù)，開(kāi)發(fā)了具有對(duì)比、分析、學(xué)習(xí)能力的災(zāi)害提前識(shí)別預(yù)警和項(xiàng)目管理為一體的綜合數(shù)據(jù)信息平臺(tái)以及基于連續(xù)-非連續(xù)（CDEM）介質(zhì)力學(xué)的安全分析方法模型。

本項(xiàng)目為企業(yè)自主項(xiàng)目，研發(fā)期間河北省科技廳、北京市科委、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局分別給予了立項(xiàng)支持。項(xiàng)目實(shí)施以技術(shù)內(nèi)容為主線，攻克了一系列關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，形成了較為完備的專業(yè)化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的無(wú)人值守安全監(jiān)測(cè)體系、技術(shù)支撐和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。主要成果和創(chuàng)新如下：

1.提出了針對(duì)工程、地質(zhì)全自動(dòng)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用保障體系-321保障體系。三項(xiàng)底層支撐技術(shù)+兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)+一套功能完備的管理軟件系統(tǒng)，使本項(xiàng)目得以有理、有序逐步推進(jìn)。

2.攻克了野外（室外）無(wú)人值守監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、超低功耗、適用工作流程、富網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫通訊、預(yù)警預(yù)報(bào)方式方法等關(guān)鍵技術(shù)難題，明確了惡劣環(huán)境下監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)具備的基本功能、性能，完成了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)底層技術(shù)積累。

3.針對(duì)工程、地質(zhì)無(wú)人值守永久監(jiān)測(cè)特點(diǎn)，提出了專業(yè)化、一體化、自主工作的適用理念，研發(fā)了系列化的三十余種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專業(yè)化物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備。為全自動(dòng)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠、準(zhǔn)確獲取提供了有利支持。

4.根據(jù)安全監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)實(shí)效性的需求，將安全分析算法嵌入監(jiān)測(cè)設(shè)備；提出了多途徑有效預(yù)警方式方法，研發(fā)了基于自建射頻網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域化預(yù)警網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)公里內(nèi)的預(yù)警信息發(fā)布，同時(shí)也為防災(zāi)減災(zāi)科普宣傳、應(yīng)急指揮提供了新的通訊渠道。

5.提出了以區(qū)域管理、項(xiàng)目管理、數(shù)據(jù)管理、人員管理、實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)為主要功能的大數(shù)據(jù)安全信息平臺(tái)架構(gòu)，開(kāi)發(fā)了基于地理信息與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)空大數(shù)據(jù)災(zāi)害模型動(dòng)態(tài)識(shí)別算法和基于連續(xù)-非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的進(jìn)行定量化分析預(yù)警預(yù)報(bào)模塊，使災(zāi)害防治由被動(dòng)防災(zāi)向主動(dòng)防災(zāi)轉(zhuǎn)變。

研發(fā)成果：發(fā)表論文65篇，專著1冊(cè)；授權(quán)發(fā)明專利6項(xiàng)、授權(quán)實(shí)用新型專利22項(xiàng)、軟件著作22項(xiàng)。

主要完成單位及創(chuàng)新推廣貢獻(xiàn)

河北穩(wěn)控科技有限公司

總結(jié)并提出了能夠保障自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠、高效運(yùn)行的一系列技術(shù)手段和方法-“321安全監(jiān)測(cè)保障體系”。提出了超低功耗技術(shù)層面解決方案、工作流程、有效預(yù)警實(shí)現(xiàn)方案和技術(shù)路線；完成了基于多種節(jié)電技術(shù)的低能耗技術(shù)、算法嵌入技術(shù)開(kāi)發(fā)，有針對(duì)性的研發(fā)了本項(xiàng)目中80%的工程、地質(zhì)專業(yè)化監(jiān)測(cè)設(shè)備；提出了基于多種類數(shù)據(jù)的綜合化信息平臺(tái)架構(gòu)并搭建了基于地理信息系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)接收、反向控制、項(xiàng)目管理、網(wǎng)絡(luò)定向預(yù)警功能，完成了整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的雙向互動(dòng)通訊、數(shù)據(jù)發(fā)布等工作。使基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的工程、地質(zhì)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備了完整的體系結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)流程。在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體要求、體系組成構(gòu)建、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性、可靠性和預(yù)警方式方法方面發(fā)作出了重要貢獻(xiàn)。

重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院

充分發(fā)揮區(qū)域和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，針對(duì)極具代表性的長(zhǎng)江流域地質(zhì)災(zāi)害提出了監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)具備的基本功能及性能；開(kāi)發(fā)了駐守人員及調(diào)查手持終端系統(tǒng)（群測(cè)群防電子表格），攻克了地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜區(qū)域人員的持續(xù)精確定位難題；開(kāi)發(fā)了基于GIS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)融合的災(zāi)害體智能識(shí)別功能模塊，提高了地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)的針對(duì)性和指導(dǎo)性；提供設(shè)備測(cè)試、驗(yàn)證場(chǎng)地；在三峽庫(kù)區(qū)進(jìn)行了大量的項(xiàng)目實(shí)施，使本項(xiàng)目研發(fā)成果得以大范圍推廣應(yīng)用。為本項(xiàng)目研發(fā)成果與區(qū)域產(chǎn)業(yè)對(duì)接應(yīng)用方面做出了突出貢獻(xiàn)。

中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所

充分發(fā)揮自身學(xué)科優(yōu)勢(shì)、人才優(yōu)勢(shì)和科研優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)，中科院力學(xué)所聯(lián)合院內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)，組織滑坡災(zāi)害研究團(tuán)隊(duì)，在國(guó)家973、中國(guó)科學(xué)院重要方向性等項(xiàng)目等支持下深入?yún)⑴c了本項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程，提出了基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及連續(xù)-非連續(xù)數(shù)值模擬的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法，研發(fā)了以地下深部破裂及大位移測(cè)量技術(shù)、土石混合體柔性邊界等應(yīng)力加載測(cè)試技術(shù)、當(dāng)前狀態(tài)評(píng)價(jià)方法為代表的一系列創(chuàng)新性成果，構(gòu)建了監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，初步實(shí)現(xiàn)了災(zāi)變體漸進(jìn)破壞過(guò)程的高相似度模擬與預(yù)測(cè)。提高了我國(guó)災(zāi)害監(jiān)測(cè)分析與預(yù)警水平，獲得了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，引領(lǐng)了我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害防治理論與技術(shù)的發(fā)展。

北京卓越經(jīng)緯測(cè)控技術(shù)有限公司

深入研究了本項(xiàng)目中監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作環(huán)境、防護(hù)等級(jí)需求，從工業(yè)產(chǎn)品和防護(hù)要求方面開(kāi)展監(jiān)測(cè)設(shè)備系統(tǒng)集成研究，完成了監(jiān)測(cè)設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)；深入研究并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了一些公認(rèn)的便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化分析的計(jì)算方法，篩選了齋藤法、Vedlulst灰色系統(tǒng)理論法等二十余種安全分析、推測(cè)方法，完成了現(xiàn)場(chǎng)預(yù)警所需核心算法的代碼編寫工作；采用數(shù)據(jù)模擬手段探索了基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和災(zāi)變體結(jié)構(gòu)的有限元計(jì)算方法；與河北穩(wěn)控科技有限公司共同完成批量生產(chǎn)工作。

推廣應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益情況

應(yīng)用情況：成果已得到廣泛應(yīng)用，特別是華北地區(qū)和三峽庫(kù)區(qū)，基于本項(xiàng)目研發(fā)成果的應(yīng)用已達(dá)數(shù)百個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域，成功預(yù)報(bào)各類險(xiǎn)情千余起（次），避免直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)十億元，起到了很好的引領(lǐng)和示范作用。