基本信息
- 项目名称：
- 震后综合信息监测预警系统--基于倾角、位移、压力、γ辐射测量技术
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 5.12汶川特大地震，给我们带来严重灾难的同时，也留下了许多潜在的安全隐患，严重威胁着灾区人民的生产生活和灾后重建工作。为此，本着科技服务、科技减灾的宗旨，课题组集思广益，从不同角度发现问题，共同提出了震后综合信息监测预警系统的研制工作，从倾角、位移、压力监测以及γ辐射测量的角度出发，对灾后重要设施和工作厂房进行稳定性、安全性监控，获得第一手的监测数据，为灾后人民安居乐业保驾护航。 目前该作品已被国家国防科工局震后应急重大专项“某基地***地质稳定性综合评价”子课题重要核设施监测预警系统采用，实施监测任务。
- 详细介绍：
- 地震灾害是全球共同面临的一种重大自然灾害，它往往以突发性强、无法抗拒和无法避免的特点造成重大人员伤亡和经济损失。2008年5月12日，发生在我国四川汶川的8.0级特大地震，其影响波及大半个中国，直接严重受灾地区达10万平方公里，地震造成了大量的人员伤亡与财产损失。在地震的背后，不可估量的损失将更大，本作品针对地震造成的潜在危害开展工作，重点研究了以下4个方面的内容： （1）地震造成了诸多建筑设施结构性损伤，如水库大坝、厂房等。有的只是出现了表面裂缝，但不排除因某种原因裂缝继续扩大或产生新的裂缝，存在极大的安全隐患，加大了震后灾害调查评估工作的难度。 （2）地震所在山区，地形复杂，由地震和强余震诱发的次生地质灾害极为严重，潜在滑坡、泥石流等一旦爆发，将对灾区造成二次打击，时刻威胁着灾区人民的生活和重建工程。 （3）地震对我国核工业生产单位的生产厂房及某些重要核设施带来了一定程度的影响，特别是用于核废物处置的地下填埋罐体，一旦外界对其压力大到一定程度，将造成罐体的破裂甚至核废物的泄露，直接导致核安全事故。 （4）地震灾区的工作用放射源分布较多，地震或许已经造成了储存设备的不稳定安全隐患，在长期的余震期内，很可能发生放射源装置倾倒或滑落，危及工作人员的人身安全。 如何对轻度受损或目前还无法定位破坏程度的建筑设施进行长期的监测，如何对潜在滑坡等次生地质灾害进行长期的监测，如何对核废物处置场地下填埋罐体进行安全监测，如何对工作用放射源进行长期监测，对偶然事件所造成的放射源倾倒泄漏进行第一时间的危害评估，成为目前亟待解决的问题。 事实上，这些地震次生灾害的发生，与地震类似，在发育期间都会伴随着种种异常，如建筑设施某两点的相对位移变化、倾斜度变化、某点受力变化等。能否研制一种仪器设备来探测、感知这些异常信息，并根据探测结果自动发出报警信号？对次生灾害进行及时有效的安全评估。为此，本作品主要完成了以下几方面的工作： （1）研究了次生灾害监测预警方法。提出了基于倾角、位移、压力及γ辐射测量的震后综合信息监测系统，采用倾角、位移传感器监测建筑体等大型设施，采用倾角、位移、压力传感器监测滑坡等次生地质灾害，采用压力传感器监测核废物处置场地下填埋罐体所受外界挤压情况，采用γ辐射探测器监测放射源的安全状况，通过自组网的无线传感器网络采集被监测对象的异常信息，结合终端监控系统实时发布预警。 （2）研制了异常信息采集节点。完成了基于倾角、位移、压力及γ辐射测量的异常信息采集设备的硬件、软件设计。采用高精度双轴倾角传感器SCA100T采集倾角异常信息，采用霍尔传感器A3144采集表面裂缝位移异常信息，采用Honeywell压力传感器FSG-15N1A采集压力异常信息，采用J4401盖革计数管采集γ辐射强度信息。 （3）组建了监测系统数据传输网络。针对实际应用的特点，组建了“无线+有线”的综合数据传输体系。监控主机通过无线方式管理各个异常信息采集节点，终端监控系统采用RS485有线方式管理各个监控主机，形成一个分布式集散型的数据监测网络。无线方案用以实现采集节点与监控主机近距离无线数据传输，便于传感器节点的灵活安装；有线方案通过RS485传输中继器，实现远距离数据传输。 （4）研制了监控主机，开发了终端监控软件。监控主机具有人机接口（包括LCD显示、键盘）、无线传输接口、RS485接口，同时具备现场声、光报警功能；终端监控软件实时动态显示当前异常信息值，并绘制异常信息曲线图，具备终端报警阈值设定、现场报警功能。 本作品的创新与价值之处在于： （1）紧密结合本次大地震这一特殊事件，运用专业技术，研制震后综合信息监测系统，对地震引发的次生灾害进行监测预警，为科技减灾收集第一手资料，具有很强的现实性和实用性。 （2）将倾角、位移、压力与γ辐射测量有机地结合起来，为我国核工业生产单位这一特殊行业研制安全监测系统，在国内外尚未见到相关报道，是一种集成创新。 （3）相关技术为大型安全监测系统的开发打下了基础，可以应用到地质灾害预警、设施稳定性监测及环境监测等领域，具有一定的科学价值。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本作品紧密结合5.12汶川大地震这一特殊事件，运用专业技术，研制震后综合信息监测系统，对地震诱发的次生灾害进行监测预警，为科技减灾收集第一手资料，具有很强的现实性和实用性。 基于倾角、位移、压力与γ辐射测量的震后综合信息监测仪，将各种传感技术有机结合起来，为我国核工业生产单位这一特殊行业研制安全监测系统，在国内外尚未见到相关报道，是一种集成创新。相关技术为大型安全监测系统的开发打下了基础，可以应用到地质灾害预警、设施稳定性监测及环境监测等领域，具有一定的科学价值。 技术指标：（1）倾角精度0.3°，标准量程± 30°；（2）位移精度0.5 mm，标准量程± 40 mm；（3）γ灵敏度900 cps/(mR/h)，标准量程0.1～200 mR/h，死时间≤200 μs（4）压力精度1 g，标准量程1 420 g，反应时间1 ms；（5）无线通信工作频率433 MHz、速率2.4 kbps、空旷距离500 m，室内有限，有线传输距离1.5 km/100 kbps或更远；（6）监控主机键盘设定报警阈值，LCD显示当前异常数据，监控终端计算机实时显示异常信息曲线图并以txt文本保存监测数据。
科学性、先进性
- 本作品针对5.12特大地震后重大建筑设施结构上的安全隐患、震区次生地质灾害、核废物的填埋罐体因压力的变化而导致泄漏、震区工作用放射源余震中发生装置倾倒或滑落，面对众多危害国家和人民利益的安全隐患和不稳定因素，创新性地研制出一种设备可以对震区次生灾害进行长期监测、预警。 本作品设计思路新颖，具有一定的集成创新性，且能够满足地震后某些特殊行业如核工业基地的需求，某种程度上填补了我国这个技术领域和应用领域的空白。 本作品使用了倾角、位移、压力、γ辐射四种传感器，可以多方位、多角度地对震区进行监测，并且可以针对性的用于核工业基地等重要场所。 其突出的技术和显著的进步是：（1）对震后重建工程研制多方位、多角度传感器综合监测网络；（2）为核工业特殊领域进行安全监测；（3）采用近距离无线通信与RS485有线传输技术相结合，自组网，大大提高通信能力。
获奖情况及鉴定结果
- 已取得成果如下： 1、《震后综合信息监测预警系统》获第十届“挑战杯”四川省大学生课外学术科技作品竞赛一等奖。 2、《基于角度、位移测量的大型设施监测报警仪》获成都理工大学08-09年度大学生课外科技作品竞赛一等奖。 3、作品已被国家国防科工局震后应急重大专项“某基地***地质稳定性综合评价”子课题重要核设施监测预警系统采用，实施监测任务。
作品所处阶段
- 中试阶段。
技术转让方式
- 不转让。
作品可展示的形式
- （1）实物、产品（2）图纸（3）现场演示（4）图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 震后综合信息监测预警系统，是在被监测体上安安装无线传感器节点，一般室内可达100m通信距离，因此保证了传感器的布置相对灵活性。主机和上位机之间采用RS485有线传输，有传输距离1.5km或更长，保证了工作人员的安全。作品操作简单方便，开机后，LCD界面可显示操作的整个过程。当出现较大异常变化的时候立即给出报警信号（以声、光信号报警），同时生成异常信息变化曲线图，相关领域专业技术人员可结合大型设施的物理结构对其稳定性进行综合评价，形成一种长期监测预警机制。 应用到此产品的地方有：（1）核设施的安全监测预警；（2）地震及余震诱发的滑坡等次生地质灾害监测预警；（3）水利、桥梁、隧道等大型设施稳定性监测及环境监测等领域。具有广阔的应用前景。 地震留下许多潜在的安全隐患，靠人工现场检测已不现实。本作品符合科技减灾的宗旨，具有稳定性高、成本低、适合工作在恶劣的环境下等优点，实用性和现实性较强，适合应用推广。目前已经在我国某核基地担任安全监测任务。
同类课题研究水平概述
- 课题组在充分调研国内外科研成果、相关企业仪器产品研制情况的基础上，综合得出结论：本作品集成了稳定性监测、放射性监测等多种传感器技术，针对地震造成的潜在危害进行综合信息提取，特别地对我国核工业生产单位的安全生产监测预警，是一种集成创新。目前还没有检索到集成度如此高的产品或实验室设备，某些技术也只是就单个功能进行了研究，取得了一定的成果，但总体来说国外仪器成本较高，国内仪器实用化程度较低，这都制约着我国安全监测水平的提高。现概述如下： 随着传感器技术、电子技术的快速发展，监测仪器也正在向精度高、性能佳、适应范围广、监测内容丰富、自动化程度高的方向发展。但是，针对不同基建设施的受损情况、不同潜在次生地质灾害的形成特点、震区核安全防护措施，如何针对其地形地貌、地质特点、环境因素等，选择合适的监测技术、方法，确定完备的监测方案，这是一个值得不断探索的科学问题，目前也没有检索到相关技术方法。 针对设施结构性损伤的调查以及震区大型设施的监测，目前国外已研制出针对水坝水库的监测设备，由主机远程监测若干关联传感器的压力变化，从而宏观的监控水坝水库的整体安全。但是整套设备成本极高（由日本制造，根据节点计算，几个节点的多达20多万元），普及率低，灵活性差，大多数中小型水坝水库以及其他设施无法使用。目前一般由科研院所作为实验教学之用。 针对地震诱发的次生地质灾害，如滑坡、泥石流等监测预警，目前常采用以下几种方法：一是根据降雨因素来预报滑坡、泥石流灾害的发生，调查土、石、冰块等固体物质的累积及补给状况。二是根据地声预报，滑坡、泥石流等次生地质灾害发生前，会产生特殊的震动声波频率及振幅。如国内由中科院山地所先后推出了多套泥石流报警器，也获得了国家专利权，但据业内专家反映，该类设备实用化程度并不高；而由中国地质调查局研制的简易裂缝报警器，在这次地震中也免费发放了几千套，但真正用在地质灾害上监测的却很少，不少行业专家反映根本起不到预警的作用，不适合快速监测预警需要，现在急需有针对性、实用的仪器设备诞生。 针对震区核废物处置场地下填埋罐体，据课题组相关人员实地合作调研，了解到目前一般采用厚实水泥修筑填埋场边缘墙壁，无监测措施。在长期使用以及发生地震后，很难查明地下填埋场的实际情况，对有无发生泄漏、有无出现核素迁移都不得而知。
