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

我國地域遼闊，潛在地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量巨大，無論是自然形成或人類活動誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害還是大型工程結(jié)構(gòu)自身，均需進行安全監(jiān)測，提前預(yù)測預(yù)報，減少人員和經(jīng)濟損失。目前的安全監(jiān)測技術(shù)、手段或監(jiān)測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)警不及時等諸多問題，影響了安全監(jiān)測的實效性和可靠性，無法適應(yīng)我國新形式下的防災(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)害自動化安全監(jiān)測需求及特點，從節(jié)能、傳感、防護、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)運用電子集成、自動化控制、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研發(fā)了一體化、自主工作的專業(yè)監(jiān)測設(shè)備和監(jiān)測執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)實時、穩(wěn)定自動獲??；基于監(jiān)測數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)、歷史災(zāi)害數(shù)據(jù)，開發(fā)了具有對比、分析、學(xué)習(xí)能力的災(zāi)害提前識別預(yù)警和項目管理為一體的綜合數(shù)據(jù)信息平臺以及基于連續(xù)-非連續(xù)（CDEM）介質(zhì)力學(xué)的安全分析方法模型。

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

1.提出了針對工程、地質(zhì)全自動安全監(jiān)測系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用保障體系-321保障體系。三項底層支撐技術(shù)+兩個現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)+一套功能完備的管理軟件系統(tǒng)，使本項目得以有理、有序逐步推進。

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

3.針對工程、地質(zhì)無人值守永久監(jiān)測特點，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產(chǎn)權(quán)的專業(yè)化物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備。為全自動安全監(jiān)測數(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)測預(yù)報實效性的需求，將安全分析算法嵌入監(jiān)測設(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，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)公里內(nèi)的預(yù)警信息發(fā)布，同時也為防災(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、項目管理、數(shù)據(jù)管理、人員管理、實時預(yù)報為主要功能的大數(shù)據(jù)安全信息平臺架構(gòu)，開發(fā)了基于地理信息與實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的時空大數(shù)據(jù)災(zāi)害模型動態(tài)識別算法和基于連續(xù)-非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的進行定量化分析預(yù)警預(yù)報模塊，使災(zāi)害防治由被動防災(zāi)向主動防災(zāi)轉(zhuǎn)變。

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

主要完成單位及創(chuàng)新推廣貢獻

河北穩(wěn)控科技有限公司

總結(jié)并提出了能夠保障自動化安全監(jiān)測系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠、高效運行的一系列技術(shù)手段和方法-“321安全監(jiān)測保障體系”。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)開發(fā)，有針對性的研發(fā)了本項目中80%的工程、地質(zhì)專業(yè)化監(jiān)測設(shè)備；提出了基于多種類數(shù)據(jù)的綜合化信息平臺架構(gòu)并搭建了基于地理信息系統(tǒng)和監(jiān)測數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)管理平臺，實現(xiàn)了基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)接收、反向控制、項目管理、網(wǎng)絡(luò)定向預(yù)警功能，完成了整個系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的雙向互動通訊、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。

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，針對極具代表性的長江流域地質(zhì)災(zāi)害提出了監(jiān)測設(shè)備應(yīng)具備的基本功能及性能；開發(fā)了駐守人員及調(diào)查手持終端系統(tǒng)（群測群防電子表格），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；開發(fā)了基于GIS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與監(jiān)測數(shù)據(jù)融合的災(zāi)害體智能識別功能模塊，提高了地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報的針對性和指導(dǎo)性；提供設(shè)備測試、驗證場地；在三峽庫區(qū)進行了大量的項目實施，使本項目研發(fā)成果得以大范圍推廣應(yīng)用。為本項目研發(fā)成果與區(qū)域產(chǎn)業(yè)對接應(yīng)用方面做出了突出貢獻。

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中國科學(xué)院力學(xué)研究所

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

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北京卓越經(jīng)緯測控技術(shù)有限公司

深入研究了本項目中監(jiān)測設(shè)備的工作環(huán)境、防護等級需求，從工業(yè)產(chǎn)品和防護要求方面開展監(jiān)測設(shè)備系統(tǒng)集成研究，完成了監(jiān)測設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計；深入研究并通過實驗驗證了一些公認(rèn)的便于實現(xiàn)自動化分析的計算方法，篩選了齋藤法、Vedlulst灰色系統(tǒng)理論法等二十余種安全分析、推測方法，完成了現(xiàn)場預(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)測數(shù)據(jù)和災(zāi)變體結(jié)構(gòu)的有限元計算方法；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)濟社會效益情況

應(yīng)用情況：成果已得到廣泛應(yīng)用，特別是華北地區(qū)和三峽庫區(qū)，基于本項目研發(fā)成果的應(yīng)用已達數(shù)百個監(jiān)測區(qū)域，成功預(yù)報各類險情千余起（次），避免直接經(jīng)濟損失數(shù)十億元，起到了很好的引領(lǐng)和示范作用。