“春廠壩5號區(qū)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(guān)人員的電話和微信突然響起,小金縣當(dāng)?shù)卣块T立即組織群眾疏散避險。第二天凌晨，春廠壩區(qū)域滑坡點滑坡垮塌果然發(fā)生，由于系統(tǒng)提前預(yù)警，本次垮塌未造成人員和車輛損傷。
此次滑坡災(zāi)害的成功預(yù)警，得益于“北斗智慧云公共監(jiān)測平臺”的“未卜先知”。在災(zāi)害發(fā)生前，該平臺先后向當(dāng)?shù)匕l(fā)出橙色預(yù)警和紅色預(yù)警，有效避免災(zāi)害發(fā)生地人員傷亡，大幅減輕直接經(jīng)濟(jì)損失。該平臺怎樣實現(xiàn)此次精準(zhǔn)預(yù)警?其運行工作原理是什么?日前科技日報記者進(jìn)行了采訪。
衛(wèi)星定位技術(shù)成功預(yù)警滑坡
“北斗智慧云公共監(jiān)測平臺”由中科川信聯(lián)合中國科學(xué)院、成都理工大學(xué)研制開發(fā)，是產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新的典型成果。該平臺主要通過北斗或GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))高精度衛(wèi)星定位技術(shù)對監(jiān)測體位移進(jìn)行毫米級監(jiān)測，結(jié)合一體化氣象站、視頻監(jiān)控終端、裂縫測量計、應(yīng)力應(yīng)變傳感器采集的多元數(shù)據(jù)，通過云平臺大數(shù)據(jù)智能綜合分析，實現(xiàn)全天候全自動在線監(jiān)測預(yù)警。用戶可隨時隨地通過客戶端(電腦、平板電腦、手機(jī)等)進(jìn)行監(jiān)測管理和查詢。
“近日，北斗智慧云公共監(jiān)測平臺”四川阿壩州小金縣春廠壩滑坡點發(fā)出預(yù)警，小金縣當(dāng)?shù)卣邮盏筋A(yù)警信息后，立即組織滑坡點民眾撤離，并對附近國道350線暫時封閉，疏導(dǎo)交通。
“從現(xiàn)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(jiān)測，后果難以預(yù)計。”推出“北斗智慧云公共監(jiān)測平臺”并成功實現(xiàn)此次預(yù)警的中科川信項目總監(jiān)王鑫磊說。
“北斗智慧云公共監(jiān)測平臺”包含了軟硬件在內(nèi)的六套系統(tǒng)，即監(jiān)測體管理系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析預(yù)警系統(tǒng)、應(yīng)急指揮系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、預(yù)警科學(xué)研究平臺。其中的軟件部分為數(shù)據(jù)集成端，硬件部分則為分布于災(zāi)害易發(fā)區(qū)域的一線監(jiān)測端，具有技術(shù)先進(jìn)、信息豐富、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛等特點。
挪動1毫米也“看”得見
由于山體表面位移和滑面位移的不一致性，僅憑借常規(guī)儀器難以提前精準(zhǔn)捕獲信息。此次成功預(yù)警小金縣春廠壩山體滑坡的“北斗智慧云公共監(jiān)測平臺”系統(tǒng)，借助我國自主研發(fā)的29顆北斗衛(wèi)星天眼，將監(jiān)測點的山體位移、裂縫、沉降等信息的精準(zhǔn)度提升至毫米級。“該系統(tǒng)全天24小時監(jiān)測，即使山體‘挪動’1毫米，都會被系統(tǒng)監(jiān)測到。”王鑫磊說。
此次平臺如何預(yù)測小金縣春廠壩山體發(fā)生位移?王鑫磊表示，北斗衛(wèi)星、地面滑坡點基站、監(jiān)測點均有一個初始定位坐標(biāo)，三者之間通過衛(wèi)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(biāo)信息以及距離等地理數(shù)據(jù)。
“這些數(shù)據(jù)會實時傳至平臺的云服務(wù)器，通過復(fù)雜且迅速的計算分析后，便可得出監(jiān)測點山體是否有位移、于何時發(fā)生位移以及位移速率等信息。”王鑫磊說，正是通過這些數(shù)據(jù)，平臺“解讀”到了春廠壩滑坡點在發(fā)生垮塌前的一系列“預(yù)兆”，并最終發(fā)出預(yù)警。
科技日報記者在平臺系統(tǒng)后臺的位移曲線圖看到，在發(fā)生滑坡災(zāi)害之前的3個月時間里，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(fā)生滑坡災(zāi)害前兩天，曲線出現(xiàn)較為明顯上揚，而到了滑坡災(zāi)害發(fā)生前一日晚11時許，曲線陡然飚升，位移達(dá)到1米多。這便是系統(tǒng)監(jiān)測“捕獲”的數(shù)據(jù)之一。
“在大數(shù)據(jù)時代下，我們致力于大數(shù)據(jù)信息的采集和分析。每個項目根據(jù)監(jiān)測體自身特征為主，即地質(zhì)構(gòu)造、建筑結(jié)構(gòu)、幾何數(shù)據(jù)等，以及多元監(jiān)測數(shù)據(jù)即位移形變、應(yīng)力應(yīng)變、氣象環(huán)境、外界影響等數(shù)據(jù)，再結(jié)合地質(zhì)、結(jié)構(gòu)、測量、氣象、計算機(jī)信息等多學(xué)科知識，采用大數(shù)據(jù)理論和方法進(jìn)行綜合分析預(yù)警。”王鑫磊說。
可留下災(zāi)害后期珍貴數(shù)據(jù)
在系統(tǒng)后臺春廠壩附近的監(jiān)測點位中，有8個監(jiān)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(jiān)測點發(fā)出信息。“滑坡點正好就位于5號監(jiān)測點。”王鑫磊表示，在滑坡發(fā)生過程中，5號監(jiān)測點仍然堅守職責(zé)在向系統(tǒng)發(fā)送自己的坐標(biāo)，直至完全被山體掩埋。
這些一線監(jiān)測“小衛(wèi)士”擁有電子位移傳感器，它們包括拉線式和拉桿式兩種，具有量程大、精度高、性能穩(wěn)定、防塵防水和功耗低等特點，可用于工業(yè)自動控制及水利大壩、建構(gòu)筑物、地質(zhì)災(zāi)害等變形和裂縫監(jiān)測等。“在災(zāi)害科學(xué)研究中，獲取后期滑坡位移數(shù)據(jù)是地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的一大技術(shù)難題，5號監(jiān)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(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)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。
“北斗智慧云公共監(jiān)測平臺”目前已在四川省布設(shè)200余個監(jiān)測點位。該系統(tǒng)除了可以24小時監(jiān)測地質(zhì)災(zāi)害外，還可運用到橋梁監(jiān)測、工程勘探設(shè)計施工、智慧生態(tài)農(nóng)業(yè)等多個領(lǐng)域，并已獲取5項軟件著作權(quán)和多項發(fā)明專利。同時，其研發(fā)團(tuán)隊還推出了基于平板電腦、手機(jī)的客戶端，方便用戶隨時隨地進(jìn)行監(jiān)測管理和查詢。
在談到平臺的技術(shù)優(yōu)勢時，王鑫磊說，平臺利用了GNSS多星聯(lián)合定位的技術(shù)原理，尤其倚重北斗系統(tǒng)，精度和性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的GPS。此外，該監(jiān)測平臺從硬件生產(chǎn)到軟件開發(fā)全部由企業(yè)自主研發(fā)，集合了管理、監(jiān)測、大數(shù)據(jù)分析預(yù)警、應(yīng)急指揮、通訊、科研等六大系統(tǒng)，利用云平臺提供高效便捷的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)，具有統(tǒng)一的傳輸接口，產(chǎn)品高度集成化，能實現(xiàn)多種監(jiān)測方式。
“目前，國內(nèi)研發(fā)同類技術(shù)的不超過10家，西南地區(qū)僅有中科川信1家。”王鑫磊說，作為產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新的典型成果，目前該領(lǐng)域前景廣闊。
