“春廠壩5號區域可能即將垮塌,請確保受威脅群眾完全撤離!”在一個寂靜的深夜,四川阿壩州小金縣春廠壩滑坡點附近相關人員的電話和微信突然響起,小金縣當地政府部門立即組織群眾疏散避險。第二天凌晨,春廠壩區域滑坡點滑坡垮塌果然發生,由於系統提前預警,本次垮塌未造成人員和車輛損傷。
此次滑坡災害的成功預警,得益於“北斗智慧雲公共監測平台”的“未卜先知”。在災害發生前,該平台先后向當地發出橙色預警和紅色預警,有效避免災害發生地人員傷亡,大幅減輕直接經濟損失。該平台怎樣實現此次精准預警?其運行工作原理是什麼?日前科技日報記者進行了採訪。
衛星定位技術成功預警滑坡
“北斗智慧雲公共監測平台”由中科川信聯合中國科學院、成都理工大學研制開發,是產學研協同創新的典型成果。該平台主要通過北斗或GNSS(全球導航衛星系統)高精度衛星定位技術對監測體位移進行毫米級監測,結合一體化氣象站、視頻監控終端、裂縫測量計、應力應變傳感器採集的多元數據,通過雲平台大數據智能綜合分析,實現全天候全自動在線監測預警。用戶可隨時隨地通過客戶端(電腦、平板電腦、手機等)進行監測管理和查詢。
“近日,北斗智慧雲公共監測平台”四川阿壩州小金縣春廠壩滑坡點發出預警,小金縣當地政府接收到預警信息后,立即組織滑坡點民眾撤離,並對附近國道350線暫時封閉,疏導交通。
“從現場勘察情況看,滑坡體下緣就是國道350線,旁邊緊挨小金縣客運中心、加油站及10余戶居民房,如果沒有高科技手段監測,后果難以預計。”推出“北斗智慧雲公共監測平台”並成功實現此次預警的中科川信項目總監王鑫磊說。
“北斗智慧雲公共監測平台”包含了軟硬件在內的六套系統,即監測體管理系統、監測系統、大數據分析預警系統、應急指揮系統、通訊系統、預警科學研究平台。其中的軟件部分為數據集成端,硬件部分則為分布於災害易發區域的一線監測端,具有技術先進、信息豐富、數據精准、穩定可靠、應用領域廣泛等特點。
挪動1毫米也“看”得見
由於山體表面位移和滑面位移的不一致性,僅憑借常規儀器難以提前精准捕獲信息。此次成功預警小金縣春廠壩山體滑坡的“北斗智慧雲公共監測平台”系統,借助我國自主研發的29顆北斗衛星天眼,將監測點的山體位移、裂縫、沉降等信息的精准度提升至毫米級。“該系統全天24小時監測,即使山體‘挪動’1毫米,都會被系統監測到。”王鑫磊說。
此次平台如何預測小金縣春廠壩山體發生位移?王鑫磊表示,北斗衛星、地面滑坡點基站、監測點均有一個初始定位坐標,三者之間通過衛星信號和無線電波實時相互通信,24小時不間斷傳遞自己的坐標信息以及距離等地理數據。
“這些數據會實時傳至平台的雲服務器,通過復雜且迅速的計算分析后,便可得出監測點山體是否有位移、於何時發生位移以及位移速率等信息。”王鑫磊說,正是通過這些數據,平台“解讀”到了春廠壩滑坡點在發生垮塌前的一系列“預兆”,並最終發出預警。
科技日報記者在平台系統后台的位移曲線圖看到,在發生滑坡災害之前的3個月時間裡,小金縣春廠壩5號點每天的位移距離以毫米級為主,基本呈平緩直線狀﹔在發生滑坡災害前兩天,曲線出現較為明顯上揚,而到了滑坡災害發生前一日晚11時許,曲線陡然飚升,位移達到1米多。這便是系統監測“捕獲”的數據之一。
“在大數據時代下,我們致力於大數據信息的採集和分析。每個項目根據監測體自身特征為主,即地質構造、建筑結構、幾何數據等,以及多元監測數據即位移形變、應力應變、氣象環境、外界影響等數據,再結合地質、結構、測量、氣象、計算機信息等多學科知識,採用大數據理論和方法進行綜合分析預警。”王鑫磊說。
可留下災害后期珍貴數據
在系統后台春廠壩附近的監測點位中,有8個監測點分別閃爍著或綠、或黃、或紅的信號,表示其在正常工作,但唯獨不見5號監測點發出信息。“滑坡點正好就位於5號監測點。”王鑫磊表示,在滑坡發生過程中,5號監測點仍然堅守職責在向系統發送自己的坐標,直至完全被山體掩埋。
這些一線監測“小衛士”擁有電子位移傳感器,它們包括拉線式和拉杆式兩種,具有量程大、精度高、性能穩定、防塵防水和功耗低等特點,可用於工業自動控制及水利大壩、建構筑物、地質災害等變形和裂縫監測等。“在災害科學研究中,獲取后期滑坡位移數據是地質災害監測的一大技術難題,5號監測點隨滑坡體一起埋入山下的過程中,留下珍貴的后期滑坡位移數據。這些數據積累到一定量時,便可為未來后期滑坡位移研究提供參考。”王鑫磊說。
“北斗智慧雲公共監測平台”目前已在四川省布設200余個監測點位。該系統除了可以24小時監測地質災害外,還可運用到橋梁監測、工程勘探設計施工、智慧生態農業等多個領域,並已獲取5項軟件著作權和多項發明專利。同時,其研發團隊還推出了基於平板電腦、手機的客戶端,方便用戶隨時隨地進行監測管理和查詢。
在談到平台的技術優勢時,王鑫磊說,平台利用了GNSS多星聯合定位的技術原理,尤其倚重北斗系統,精度和性能遠優於傳統的GPS。此外,該監測平台從硬件生產到軟件開發全部由企業自主研發,集合了管理、監測、大數據分析預警、應急指揮、通訊、科研等六大系統,利用雲平台提供高效便捷的網絡數據服務,具有統一的傳輸接口,產品高度集成化,能實現多種監測方式。
“目前,國內研發同類技術的不超過10家,西南地區僅有中科川信1家。”王鑫磊說,作為產學研協同創新的典型成果,目前該領域前景廣闊。(記者 盛利)