Investigación y desarrollo de instrumentos y equipos de monitoreo de desastres geológicos.

De los logros alcanzados en el campo de los instrumentos de monitoreo de peligros geológicos en los últimos 10 años, se seleccionan como representantes a los siguientes.

1. Instrumento de transmisión y adquisición de parámetros múltiples de peligros geológicos

En vista de la situación actual de la industria nacional de monitoreo de peligros geológicos, en base a las ventajas y desventajas de varios modos de trabajo ampliamente. Utilizado en el campo del monitoreo de peligros geológicos en el país y en el extranjero, se desarrolló un instrumento de adquisición y transmisión de múltiples parámetros para desastres geológicos. Los sensores que se pueden conectar incluyen sensores de desplazamiento de varillas, sensores de desplazamiento de cables, sensores de desplazamiento magnetoestrictivos, sensores geoacústicos, sensores de lluvia, sensores de contenido de humedad, sensores de nivel de lodo, sensores de inclinación, etc. Mediante la combinación de estos sensores, se pueden utilizar para monitorear deslizamientos de tierra, flujos de escombros, colapsos, hundimientos del suelo y otros campos. Los datos recopilados se transmiten al servidor del centro de monitoreo de datos back-end en modo TCP/IP a través de la red GPRS de China Mobile para su visualización y almacenamiento. Si no hay señal GPRS en el sitio, los datos se pueden transmitir por SMS a través del satélite Beidou. El diagrama de bloques del sistema se muestra en la Figura 1 y el sistema real se muestra en la Figura 2.

Figura 1 Diagrama de bloques del instrumento de adquisición y transmisión multiparamétrico de desastres geológicos

Principales indicadores técnicos:

1) Método de muestreo: recolección programada, configuración remota de tiempo de recogida;

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2) Canales de entrada analógica: 4 canales

3) Resolución A/D: equivalente a 16 bits

4) Canales de entrada y salida digitales: entrada de interruptor de lluvia y salida de interruptor de alarma;

5) Temperatura de trabajo: -30 ~ 50 ℃;

6) Método de transmisión: China Mobile GPRS o SMS vía satélite Beidou;

7) Voltaje de alimentación: CC 12 V, fuente de alimentación de doble propósito CA/CC.

Figura 2 Sensores de soporte y adquisición de instrumentos de transmisión y adquisición de parámetros múltiples de desastres geológicos

2 Telescopio de alerta temprana de deslizamientos de tierra y alarma de grietas

Estos dos instrumentos son principalmente. utilizado Se utiliza para monitorear cambios en grietas y emitir alarmas para evitarlas cuando se alcanza el umbral de alarma preestablecido. Puede reemplazar las inspecciones manuales y usarse para monitorear deslizamientos de tierra, hundimientos del suelo o grietas en casas. El principio de funcionamiento del instrumento telescópico de alerta temprana de deslizamientos de tierra se muestra en la Figura 3, el principio de funcionamiento de la alarma de grietas se muestra en la Figura 4 y el objeto real se muestra en la Figura 5.

Figura 3 Diagrama de bloques esquemático del extensómetro de alerta temprana de deslizamientos

Principales indicadores técnicos:

1) Rango de monitoreo: extensómetro de alerta temprana de deslizamientos 0 ~ 1000 mm, grieta alarma 0 ~ 100 mm;

2) Precisión de monitoreo: 1 mm

3) Resolución A/D: equivalente a 16 bits

4) Presión de sonido de alarma; : El extensómetro de alerta temprana de deslizamientos de tierra es de 105 dB y la alarma de grietas es de 100 dB;;;

5) Voltaje de la fuente de alimentación: el extensómetro de alerta temprana de deslizamientos de tierra es una batería alcalina de 12 V y la alarma de grietas es de 3 V. batería alcalina.

Sobre la base del uso de una alarma, el instrumento telescópico de alerta temprana de deslizamientos de tierra agrega la función de alarma remota mediante un módulo de interruptor inalámbrico. El host instalado en un área residencial puede recibir señales de alarma de múltiples telescopios de alerta temprana de deslizamientos de tierra. instrumentos, como los que se muestran en la Figura 6.

Figura 4 Diagrama de bloques principal de la alarma de grietas

Figura 5 Instrumento telescópico de alerta temprana de deslizamientos de tierra y alarma de grietas

Dispositivo de monitoreo de desastres geológicos de conductividad distribuida

Esta invención se utiliza principalmente para el monitoreo de intrusiones de agua de mar. Al recopilar los valores de conductividad de los fluidos de pozo a diferentes profundidades en pozos de observación de intrusión de agua de mar y determinar los límites del agua dulce y salada en función del valor de conductividad y la profundidad del pozo donde se encuentra el electrodo, se puede monitorear desastres geológicos como ya que la intrusión de agua de mar se puede completar de forma cómoda, rápida y precisa.

El dispositivo de monitoreo de desastres geológicos de conductividad distribuida consta de un host, cables y electrodos de medición distribuidos. Treinta electrodos de medición están dispuestos en el pozo de observación con una separación entre electrodos de 1 m. Cada electrodo está conectado al pin de salida digital del host a través de un relé. El host controla 30 relés para encender y apagar 30 electrodos en secuencia después de un tiempo predeterminado. Los datos recopilados por AD se almacenan en la memoria de la computadora host y el efecto de monitoreo se muestra en forma de curva en el procesamiento posterior. El diagrama de bloques del sistema se muestra en la Figura 7, las opiniones de trabajo se muestran en la Figura 8 y el objeto real se muestra en la Figura 9.

Figura 6 Instrumento telescópico de alerta temprana de deslizamientos de tierra con función de alarma inalámbrica

Figura 7 Diagrama de bloques del dispositivo de monitoreo de desastres geológicos de conductividad distribuida

Figura 8 Monitoreo de desastres geológicos de conductividad distribuida Diagrama esquemático del dispositivo.

Figura 9 Dispositivo de monitoreo de desastres geológicos de conductividad distribuida

Principales indicadores técnicos:

1) Rango de monitoreo de conductividad: 500 μs/cm ~ 0,3 s/m;

2) Precisión de medición: 1%;

3) Fuente de alimentación: CC 12 V, fuente de alimentación de doble propósito CA/CC;

4) Temperatura ambiente de trabajo: -5 ~+40℃;

5) Rango máximo de control del electrodo: 24m.

4. Dispositivo de monitoreo, análisis y alerta temprana del flujo de escombros

Figura 10 Diagrama de bloques del dispositivo de monitoreo, análisis y alerta temprana del flujo de escombros

Figura 11 Flujo de escombros dispositivo de monitoreo, análisis y alerta temprana

La clave es llevar a cabo investigaciones de alerta temprana de flujo de escombros y obtener datos precisos y confiables. El dispositivo de monitoreo, análisis y alerta temprana del flujo de escombros está diseñado en base a los principales parámetros de las características del flujo de escombros. La señal geoacústica del flujo de escombros tiene una frecuencia baja y su frecuencia dominante es mucho más alta que otros componentes de frecuencia (ruido ambiental), lo que nos proporciona condiciones favorables para detectar e identificar señales.

La intensidad (amplitud) de la señal geoacústica del flujo de escombros es directamente proporcional a la escala del flujo de escombros. Mediante la recopilación y el análisis de datos geoacústicos del flujo de escombros, se puede determinar la escala y se puede realizar una alerta temprana en función de la escala. Al recopilar y analizar la intensidad, el rango de frecuencia y la duración de los sonidos terrestres de los flujos de escombros, podemos comprender inicialmente las características de la actividad, los patrones de distribución y las tendencias de desarrollo de los sonidos terrestres de los flujos de escombros, proporcionar soluciones técnicas efectivas de prevención y alerta temprana y promover la mejora de Capacidades de prevención y control de desastres por flujo de escombros. Proporcionar apoyo técnico para el seguimiento y la alerta temprana de desastres geológicos. Consulte la Figura 10 para ver el diagrama de bloques del sistema y la Figura 11 para ver el sistema real.

Principales indicadores técnicos:

1) Resolución A/D: equivalente a 12 bits

2) Intervalo de muestreo: 10 ~ 50 μs;

3) Banda de frecuencia: 1 ~ 500Hz;

4) Ganancia del amplificador programable: 5 ~ 1000 veces programable y ajustable

5) Número de canales: 3 señales de sensor, Utilice el protocolo de bus MSD;

6) Temperatura ambiente de trabajo: 0 ~+40 ℃;

7) Fuente de alimentación: CC 8 ~ 28 V, fuente de alimentación de doble propósito CA/CC.

5. Instrumento distribuido de adquisición y transmisión de monitoreo de peligros geológicos

Los instrumentos de monitoreo de peligros geológicos actualmente desarrollados y aplicados están conectados principalmente a sensores frontales a través de cables. Las principales desventajas son que el cableado es complicado y el número de sensores conectados es limitado, lo que lo hace inadecuado para monitorear entornos con terreno complejo y muchos puntos de monitoreo. El instrumento distribuido de adquisición y transmisión de monitoreo de desastres geológicos utiliza el protocolo IEEE802.15.4 en la capa física y la capa MAC, y el protocolo ZigBee en la capa de red, lo que reduce el consumo de energía, simplifica el algoritmo de enrutamiento, aumenta efectivamente la cantidad de sensores y Tiene grandes ventajas sobre los métodos cableados. Consulte la Figura 12 para ver el diagrama de bloques del sistema de instrumentos y la Figura 13 para ver el dispositivo real.

Figura 12 Diagrama de bloques del instrumento distribuido de adquisición y transmisión de monitoreo de desastres geológicos

Principales indicadores técnicos:

1) Resolución A/D: equivalente a 16 bits;

2) Escala de red: 1 host, 10 colectores

3) Fidelidad inalámbrica: 780 MHz, topología de red en malla de acuerdo con la especificación ZigBee; Instrumento distribuido de adquisición y transmisión de monitoreo de desastres geológicos

4) Fuente de alimentación del colector: batería de 3,6 V;

5) Fuente de alimentación del host: CC 12 V, fuente de alimentación de doble propósito CA/CC;

6) Temperatura ambiente de trabajo: -20 ~+40 ℃.

6. Sistema de gestión de información de alerta temprana de prevención y monitoreo de desastres geológicos

El sistema de gestión de información de alerta temprana de desastres geológicos incluye versión independiente, versión B/S, sitio web publicitario y C/. Versión S (tridimensional). La versión independiente del sistema se desarrolla en base al modelo de desarrollo de componentes VB + MapObject. El formato del mapa es el formato shp. Se utiliza principalmente para el ingreso y gestión de información básica para la prevención y el control grupal. El software se muestra en la Figura 14.

Figura 14 Software independiente del sistema de gestión de información de alerta temprana de prevención y medición de grupos de desastres geológicos

La versión B/S del sistema se desarrolla en base a la red y utiliza la tecnología de la empresa SuperMap. SuperMap es la función de desarrollo secundaria de la plataforma net. A través de la red, se realizan funciones de gestión como consulta en tiempo real de datos de monitoreo, medición de grupo y gestión del sistema de defensa de grupo, entrada de datos según permisos, medición de grupo y defensa de grupo, dos tarjetas y una entrada y consulta de tabla, lo que facilita enormemente el acceso local. Gestores para gestionar puntos de desastre y medición grupal y gestión de puntos de prevención grupal. El software se muestra en la Figura 15.

La Red de Información de Monitoreo de Prevención y Medición del Grupo de Desastres Geológicos es un sitio web desarrollado para la visualización de resultados y la promoción de instrumentos de investigación y desarrollo de tecnología de monitoreo de prevención y medición del grupo y proyectos de demostración. El sitio web promueve los principales resultados del proyecto y la importancia del monitoreo de peligros geológicos a través de columnas como noticias, descripción general del proyecto, introducción de instrumentos y divulgación científica. En el futuro está previsto implementar un trabajo de publicidad unificado sobre el seguimiento de desastres geológicos. El software se muestra en la Figura 16.

Figura 15 Versión B/S del software del sistema de gestión de información de alerta temprana, prevención y medición de grupos de desastres geológicos

Figura 16 Software del sitio web del sistema de gestión de información de alerta temprana, prevención y monitoreo de desastres geológicos

La versión C/S (3D) está desarrollada en base a la versión B/S anterior. El sistema se basa en el componente de información geográfica tridimensional de iTelluro y realiza la gestión integrada de desastres geológicos, planes de alerta temprana, detección y prevención grupal y monitoreo de información en un entorno tridimensional. Sobre la base de la interfaz de desarrollo secundaria del complemento, se pueden realizar rápidamente servicios personalizados como la toma de decisiones de prevención y control y la gestión integral. El software se muestra en la Figura 17.

Figura 17 Versión C/S del software del sistema de gestión de información de alerta temprana de prevención y medición de grupos de desastres geológicos

2. Ámbito de aplicación y ejemplos de aplicación

1. Aplicación del área de demostración

Figura 18 Instrumento de transmisión y adquisición de parámetros múltiples de peligros geológicos en la estación de tren de Shuifu

Figura 19 Transmisor distribuido de adquisición y monitoreo de peligros geológicos instalado en la escuela secundaria vocacional de Daguan

Los instrumentos desarrollados anteriormente se han aplicado en la zona de demostración de la ciudad de Zhaotong, provincia de Yunnan. En el condado de Shuifu se han desplegado tres conjuntos de instrumentos de adquisición y transmisión multiparamétricos de desastres geológicos para monitorear los parámetros de lluvia, desplazamiento y contenido de agua (Figura 18). Se instalaron 150 extensómetros de advertencia de deslizamientos de tierra, 300 alarmas de grietas y 3 juegos de dispositivos de alerta temprana de monitoreo y análisis de flujo de escombros en los condados de Shuifu, Yanjin y Daguan.

Se ha instalado un conjunto de instrumentos de transmisión y adquisición de monitoreo de peligros geológicos distribuidos en la Escuela Secundaria Vocacional de Daguan (Figura 19); el dispositivo de monitoreo de peligros geológicos de conductividad distribuida se ha utilizado para monitorear la intrusión de agua de mar en pozos de observación en Nandaihe, Hebei y Changyi, Shandong ( Figura 20); Geología El sistema de gestión de información de alerta temprana de desastres se aplicó en la ciudad de Zhaotong, provincia de Yunnan. Ha compilado mapas topográficos y mapas de imágenes de los principales condados de la ciudad de Zhaotong, provincia de Yunnan, y registró 882 puntos de desastre y 8 monitoreo profesional. agujas.

Figura 20 Dispositivo de monitoreo de desastres geológicos de conductividad distribuida instalado en Nandaihe, provincia de Hebei

2 Promoción y efecto

1) Después del terremoto de Wenchuan de 2008 Durante la reconstrucción. En el trabajo, se produjeron 5.000 juegos de extensómetros de alerta temprana de deslizamientos de tierra y 85.000 juegos de alarmas de grietas para la zona del desastre de Wenchuan (Figura 21); en la reconstrucción posterior al terremoto de Yushu, Qinghai, se instalaron 40 juegos de extensómetros de alerta temprana de deslizamientos de tierra en An; Condado, provincia de Sichuan y provincia de Yunnan En la ciudad de Zhaotong, el pronóstico de alerta temprana tuvo éxito 4 veces (Figura 22).

La Figura 21 muestra la producción y montaje de 90.000 conjuntos de alarmas de grietas, extensómetros de advertencia de deslizamientos de tierra y equipos de apoyo en la zona del desastre de Wenchuan.

Figura 22 Material de alarma

2) Se instalaron instrumentos de transmisión y adquisición multiparamétricos de desastres geológicos en Kangding, Sichuan (Figura 23), y se instalaron 2 unidades en el deslizamiento de tierra de Fengdianku Liangzi En el condado de Zhongjiang, Sichuan (Figura 24), se instalaron 73 unidades de alerta temprana y monitoreo de desastres geológicos en el área de planificación de recuperación y reconstrucción posterior al desastre de Zhouqu (Fase II) (Figura 25), y se instalaron 16 para monitoreo y demostración en importantes Puntos de peligro ocultos de desastres geológicos (Figura 26).

3) Se han instalado seis juegos de dispositivos de monitoreo, análisis y alerta temprana del flujo de escombros en las áreas mineras de Yougu Shentan y Mentougou en Huairou, Beijing (Figura 27), y se han instalado 9 juegos en Kangding, Sichuan (Figura 28), y actualmente están trabajando con normalidad.

3. Perspectivas de aplicación

El poder destructivo de los desastres geológicos es enorme y causa daño y destrucción a la vida y la propiedad humanas y a los recursos y el medio ambiente de los que dependen los seres humanos para su supervivencia y desarrollo. La promoción de estos instrumentos no sólo puede producir buenos beneficios económicos para las unidades de desarrollo, sino que, lo que es más importante, a través de su aplicación pueden proporcionar una alerta temprana y oportuna de desastres geológicos, lo que puede minimizar la pérdida de vidas y propiedades de las personas y el daño al medio ambiente. . Este valor no puede estimarse utilizando indicadores económicos. Según este modelo operativo, los fondos limitados pueden utilizarse plenamente para maximizar los beneficios sociales y económicos.

Figura 23 Sitio Kangding en Sichuan

Figura 24 Sitio Poliangzi en Fengdian, Sichuan

Figura 25 Sitio Zhouqu en Gansu

Figura 26 Escena de Liaoning

Figura 27 Escena en Huairou, Beijing

Figura 28 Ruinas de Kangding en Sichuan.

En tercer lugar, promover el método de transformación

1. Solicitar protección de patente de propiedad intelectual

El dispositivo de alerta temprana de monitoreo y análisis del flujo de escombros ha sido patentado, como se muestra. en la Figura 29. El instrumento de adquisición y transmisión multiparamétrico de desastres geológicos, el extensómetro de alerta temprana de deslizamientos de tierra y la alarma de grietas han obtenido patentes de modelo de utilidad, como se muestra en las Figuras 30 a 32. El sistema de gestión de la información de vigilancia, prevención y alerta temprana de desastres geológicos ha obtenido los derechos de autor del software informático, como se muestra en la Figura 33. Las patentes de invención del dispositivo de monitoreo de riesgos geológicos de conductividad distribuida y del instrumento de adquisición y transmisión de monitoreo de riesgos geológicos distribuidos pasaron la revisión preliminar.

Figura 29 Certificado de patente de invención para dispositivo de monitoreo, análisis y alerta temprana de flujo de escombros

Figura 30 Certificado de patente de modelo de utilidad para instrumento de adquisición y transmisión multiparamétrico de desastres geológicos

2. Capacitación, publicidad y comunicación

En el trabajo de reconstrucción posterior al desastre del terremoto de Wenchuan, se llevó a cabo una gran cantidad de trabajo de capacitación y orientación en el lugar (Figura 34); y el software desarrollado por el proyecto de medición y prevención grupal fueron publicados por el Ministerio de Ciencia y Tecnología en 2008 en el "Manual técnico práctico para la reconstrucción posdesastre después de nieve y lluvia en el sur" y el "Manual técnico práctico para la respuesta a emergencias". to Earthquas Secondary Disasters", compilado por la Comisión Nacional para la Reducción de Desastres y el Grupo de Expertos en Ayuda en Terremotos del Ministerio de Ciencia y Tecnología, se enumeran 9 desastres geológicos que representan al Ministerio de Tierras y Recursos. Técnicas prácticas de prevención y control. En marzo de 2009 se realizó un informe publicitario en la Jornada Nacional de Trabajo sobre Medio Ambiente Geológico y se exhibieron instrumentos de monitoreo y alerta temprana para medición y prevención grupal. En mayo de 2009, se realizó un informe publicitario en la Conferencia de Trabajo sobre Prevención y Control de Desastres Geológicos de Yunnan y se brindó capacitación sobre la instalación, mantenimiento y aplicación de instrumentos. En julio de 2009 se distribuyó material promocional de medición grupal e instrumentos de prevención en la Jornada Nacional de Trabajo sobre Prevención y Control de Desastres Geológicos durante la Temporada de Inundaciones. En julio de 2009, coorganizamos la Conferencia de Capacitación en Comunicación sobre Prevención y Medición Masiva de Desastres Geológicos de Zhaotong, compilamos un manual de promoción del conocimiento sobre medición y prevención masiva y una serie de manuales de usuario para instrumentos de alerta temprana y monitoreo de prevención y medición grupal, y grabamos un video. Programa para promover el conocimiento de la medición y prevención masiva. En septiembre de 2009, se realizó un informe publicitario en la Conferencia de Trabajo sobre Prevención y Control de Desastres Geológicos de la provincia de Hebei y se brindó capacitación sobre la instalación, uso y mantenimiento de instrumentos. Del 5 de junio a octubre de 2009, presentó un informe especial y una exhibición de instrumentos en la Conferencia Nacional de Prevención y Control de Emergencias de Desastres Geológicos (Changsha). Del 5 de junio a octubre de 2009, el Ministerio de Tierras y Recursos llevó a cabo un simulacro de emergencia por desastre geológico en Huangshi, y estos instrumentos participaron en el simulacro. Del 5 de junio a febrero de 2009, la Conferencia Internacional sobre Deslizamientos de Tierra del Sudeste Asiático presentó un informe multimedia, demostró instrumentos y publicó un artículo "Aplicación de sistemas de alarma y monitoreo de bajo costo en China".

Figura 31 Certificado de patente de modelo de utilidad para telescopio de alerta temprana de deslizamientos de tierra

Figura 32 Certificado de patente de modelo de utilidad para alarma de grietas

Figura 33 Medición y prevención temprana de grupos de desastres geológicos Sistema de gestión de información de advertencia Certificado de derechos de autor del software de la computadora

Figura 34 Guía de capacitación para la instalación en áreas de desastre

Unidad de soporte técnico: Centro de Estudios de Hidrogeología y Geología Ambiental del Servicio Geológico de China.

Persona de contacto: Zhang Qingcao Xiuding

Dirección postal: No. 1305, Qiyizhong Road, ciudad de Baoding, provincia de Hebei.

Código postal: 071051

Teléfono: 0312-5908718

E-mail: zhqn123@163.com