基于物联网技术的工程、地质自动化安全监测产业链及工程应用

中国幅员辽阔，潜在的地质灾害数量巨大。无论是自然形成或人类活动引起的地质灾害，还是大型工程结构本身，都需要提前进行安全监测预报，减少人员和经济损失。目前，安全监测技术、手段或监测方法存在效率低、信息化程度低、专业化程度不够、工作流程不适用、预警不及时等诸多问题，影响了安全监测的有效性和可靠性，不能满足我国新形式防灾减灾的需要。

主要技术内容：围绕工程结构和地质灾害自动安全监测的需求和特点，从节能、传感、防护和有效预警技术等方面开展研究，建立底层技术支撑；在此基础上，利用电子集成、自动控制和无线网络技术，开发集成化、自主化的专业监测设备和监测执行机构，实现监测数据的实时、稳定、自动采集。基于监测数据、地理信息数据和历史灾害数据，开发了集灾害预警和项目管理于一体的具有比较、分析和学习能力的综合数据信息平台和基于连续-不连续(CDEM)介质力学的安全分析方法模型。

本项目是企业的独立项目。研发期间，河北省科技厅、北京市科委和中国地质调查局分别给予了项目支持。该项目以技术含量为基础，解决了一系列关键技术问题，形成了较为完整的专业化、标准化、规范化的无人值守安全监控系统、技术支撑和监控体系。主要成果和创新如下：

1.提出了一个用于工程地质安全自动监测系统研发的保障系统——321保障系统。三项底层支撑技术，两个现场执行机构，一套功能齐全的管理软件系统，使得该项目得以合理有序的推进。

2.攻克了野外(室外)无人值守监控设备的数据采集、超低功耗、适用工作流程、与丰富网络无缝通信、预警预报方法等关键技术难题，明确了恶劣环境下监控设备的基本功能和性能，完成了自动监控底层技术的积累。

3.根据工程地质无人值守永久监测的特点，提出了适用的专业化、集成化、独立工作的理念，研发了30余种具有自主知识产权的物联网专用监测设备。为全自动安全监控数据的可靠准确采集提供了有利的支持。

4.根据安全监测预报有效性的要求，将安全分析算法嵌入到监测设备中；提出了多渠道有效的预警方式，开发了基于自建射频网络的区域预警网络和设备，实现了站点数公里范围内的预警信息发布，也为防灾减灾的科普宣传和应急指挥提供了新的通信渠道。

5.提出了具有区域管理、项目管理、数据管理、人员管理和实时预报的大数据安全信息平台架构，开发了基于地理信息和实时监测数据的时空大数据灾害模型动态识别算法和基于连续-非连续介质力学的定量分析预警预报模块，使防灾由被动防灾向主动防灾转变。

R&D成果：发表论文65篇，专著1部；授权发明专利6项，授权实用新型专利22项，软件作品22项。

主要完成

总结并提出了一系列技术手段和方法——“321安全监控保障体系”，确保安全监控自动化系统稳定、可靠、高效运行。提出了超低功耗技术的解决方案、工作流程、有效预警方案和技术路线。完成了基于各种节电技术的低能耗技术和算法嵌入技术的开发，在该项目中开发了80%的工程和地质专用监测设备；提出了基于各种数据的综合信息平台架构，构建了基于地理信息系统和监测数据的数据管理平台。实现了基于网络的数据接收、逆向控制、项目管理、网络化预警等功能，完成了整个系统各环节的双向互动交流和数据发布。基于物联网技术的工程地质安全监测系统具有完整的架构和业务流程。在监测系统的总体要求、系统组成建设、数据稳定性和可靠性、预警方法等方面做出了重要贡献。

重庆地质矿产研究所

充分发挥地域和技术优势，针对长江流域具有代表性的地质灾害，提出监测设备的基本功能和性能。开发了驻军人员和侦查手持终端系统(群防群治电子表格)，解决了地质环境条件复杂地区人员连续准确定位问题。开发了基于GIS基础数据和监测数据融合的灾害体智能识别功能模块，提高了地质灾害预警预报的针对性和指导性。提供设备测试和验证场所；三峡库区实施了一大批项目，使这一项目的研发成果得到了广泛的推广和应用。为本项目研发成果与区域产业的对接应用做出了突出贡献。

中国科学院力学研究所

中科院力学所在充分发挥自身学科、人才、科研优势的基础上，联合院内外研究机构，组织了滑坡灾害研究团队，在国家973、中科院等重大定向项目的支持下，深度参与了本项目的实施过程，提出了基于监测数据和连续-非连续数值模拟的稳定性评价方法。开发了地下深部破裂与大位移测量技术、土石混合体柔性边界等应力加载试验技术、现状评价方法等一系列创新成果，构建了监测预警系统，初步实现了对灾害体渐进破坏过程的高相似模拟和预测。提高了我国灾害监测、分析和预警水平，取得了显著的社会效益和经济效益，引领了我国地质灾害防治理论和技术的发展。

北京卓悦经纬测控技术有限公司

深入研究本项目监控设备的工作环境和防护等级要求，从工业产品和防护要求方面开展监控设备的系统集成研究，完成监控设备的环境适应性设计；对一些公认的便于自动化分析的计算方法进行深入研究和实验验证，筛选出Saito法、Vedlulst灰色系统理论法等20余种安全分析和推测方法，完成现场预警所需核心算法的编码；通过数据模拟，探索了基于监测数据和灾害结构的有限元计算方法。与河北稳定控制技术有限公司共同完成批量生产工作

推广应用及经济和社会效益

应用：该成果已被广泛应用，特别是在华北和三峡库区。基于研究和开发结果