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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 震后綜合信息監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)--基于傾角、位移、壓力、γ輻射測(cè)量技術(shù)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 5.12汶川特大地震，給我們帶來嚴(yán)重災(zāi)難的同時(shí)，也留下了許多潛在的安全隱患，嚴(yán)重威脅著災(zāi)區(qū)人民的生產(chǎn)生活和災(zāi)后重建工作。為此，本著科技服務(wù)、科技減災(zāi)的宗旨，課題組集思廣益，從不同角度發(fā)現(xiàn)問題，共同提出了震后綜合信息監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的研制工作，從傾角、位移、壓力監(jiān)測(cè)以及γ輻射測(cè)量的角度出發(fā)，對(duì)災(zāi)后重要設(shè)施和工作廠房進(jìn)行穩(wěn)定性、安全性監(jiān)控，獲得第一手的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為災(zāi)后人民安居樂業(yè)保駕護(hù)航。 目前該作品已被國(guó)家國(guó)防科工局震后應(yīng)急重大專項(xiàng)“某基地***地質(zhì)穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)”子課題重要核設(shè)施監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)采用，實(shí)施監(jiān)測(cè)任務(wù)。
- 詳細(xì)介紹：
- 地震災(zāi)害是全球共同面臨的一種重大自然災(zāi)害，它往往以突發(fā)性強(qiáng)、無法抗拒和無法避免的特點(diǎn)造成重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。2008年5月12日，發(fā)生在我國(guó)四川汶川的8.0級(jí)特大地震，其影響波及大半個(gè)中國(guó)，直接嚴(yán)重受災(zāi)地區(qū)達(dá)10萬平方公里，地震造成了大量的人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失。在地震的背后，不可估量的損失將更大，本作品針對(duì)地震造成的潛在危害開展工作，重點(diǎn)研究了以下4個(gè)方面的內(nèi)容： （1）地震造成了諸多建筑設(shè)施結(jié)構(gòu)性損傷，如水庫(kù)大壩、廠房等。有的只是出現(xiàn)了表面裂縫，但不排除因某種原因裂縫繼續(xù)擴(kuò)大或產(chǎn)生新的裂縫，存在極大的安全隱患，加大了震后災(zāi)害調(diào)查評(píng)估工作的難度。 （2）地震所在山區(qū)，地形復(fù)雜，由地震和強(qiáng)余震誘發(fā)的次生地質(zhì)災(zāi)害極為嚴(yán)重，潛在滑坡、泥石流等一旦爆發(fā)，將對(duì)災(zāi)區(qū)造成二次打擊，時(shí)刻威脅著災(zāi)區(qū)人民的生活和重建工程。 （3）地震對(duì)我國(guó)核工業(yè)生產(chǎn)單位的生產(chǎn)廠房及某些重要核設(shè)施帶來了一定程度的影響，特別是用于核廢物處置的地下填埋罐體，一旦外界對(duì)其壓力大到一定程度，將造成罐體的破裂甚至核廢物的泄露，直接導(dǎo)致核安全事故。 （4）地震災(zāi)區(qū)的工作用放射源分布較多，地震或許已經(jīng)造成了儲(chǔ)存設(shè)備的不穩(wěn)定安全隱患，在長(zhǎng)期的余震期內(nèi)，很可能發(fā)生放射源裝置傾倒或滑落，危及工作人員的人身安全。 如何對(duì)輕度受損或目前還無法定位破壞程度的建筑設(shè)施進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)，如何對(duì)潛在滑坡等次生地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)，如何對(duì)核廢物處置場(chǎng)地下填埋罐體進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，如何對(duì)工作用放射源進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，對(duì)偶然事件所造成的放射源傾倒泄漏進(jìn)行第一時(shí)間的危害評(píng)估，成為目前亟待解決的問題。 事實(shí)上，這些地震次生災(zāi)害的發(fā)生，與地震類似，在發(fā)育期間都會(huì)伴隨著種種異常，如建筑設(shè)施某兩點(diǎn)的相對(duì)位移變化、傾斜度變化、某點(diǎn)受力變化等。能否研制一種儀器設(shè)備來探測(cè)、感知這些異常信息，并根據(jù)探測(cè)結(jié)果自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)？對(duì)次生災(zāi)害進(jìn)行及時(shí)有效的安全評(píng)估。為此，本作品主要完成了以下幾方面的工作： （1）研究了次生災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警方法。提出了基于傾角、位移、壓力及γ輻射測(cè)量的震后綜合信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用傾角、位移傳感器監(jiān)測(cè)建筑體等大型設(shè)施，采用傾角、位移、壓力傳感器監(jiān)測(cè)滑坡等次生地質(zhì)災(zāi)害，采用壓力傳感器監(jiān)測(cè)核廢物處置場(chǎng)地下填埋罐體所受外界擠壓情況，采用γ輻射探測(cè)器監(jiān)測(cè)放射源的安全狀況，通過自組網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集被監(jiān)測(cè)對(duì)象的異常信息，結(jié)合終端監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)發(fā)布預(yù)警。 （2）研制了異常信息采集節(jié)點(diǎn)。完成了基于傾角、位移、壓力及γ輻射測(cè)量的異常信息采集設(shè)備的硬件、軟件設(shè)計(jì)。采用高精度雙軸傾角傳感器SCA100T采集傾角異常信息，采用霍爾傳感器A3144采集表面裂縫位移異常信息，采用Honeywell壓力傳感器FSG-15N1A采集壓力異常信息，采用J4401蓋革計(jì)數(shù)管采集γ輻射強(qiáng)度信息。 （3）組建了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)實(shí)際應(yīng)用的特點(diǎn)，組建了“無線+有線”的綜合數(shù)據(jù)傳輸體系。監(jiān)控主機(jī)通過無線方式管理各個(gè)異常信息采集節(jié)點(diǎn)，終端監(jiān)控系統(tǒng)采用RS485有線方式管理各個(gè)監(jiān)控主機(jī)，形成一個(gè)分布式集散型的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。無線方案用以實(shí)現(xiàn)采集節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控主機(jī)近距離無線數(shù)據(jù)傳輸，便于傳感器節(jié)點(diǎn)的靈活安裝；有線方案通過RS485傳輸中繼器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。 （4）研制了監(jiān)控主機(jī)，開發(fā)了終端監(jiān)控軟件。監(jiān)控主機(jī)具有人機(jī)接口（包括LCD顯示、鍵盤）、無線傳輸接口、RS485接口，同時(shí)具備現(xiàn)場(chǎng)聲、光報(bào)警功能；終端監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前異常信息值，并繪制異常信息曲線圖，具備終端報(bào)警閾值設(shè)定、現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警功能。 本作品的創(chuàng)新與價(jià)值之處在于： （1）緊密結(jié)合本次大地震這一特殊事件，運(yùn)用專業(yè)技術(shù)，研制震后綜合信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)地震引發(fā)的次生災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警，為科技減災(zāi)收集第一手資料，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)性和實(shí)用性。 （2）將傾角、位移、壓力與γ輻射測(cè)量有機(jī)地結(jié)合起來，為我國(guó)核工業(yè)生產(chǎn)單位這一特殊行業(yè)研制安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)外尚未見到相關(guān)報(bào)道，是一種集成創(chuàng)新。 （3）相關(guān)技術(shù)為大型安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)打下了基礎(chǔ)，可以應(yīng)用到地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警、設(shè)施穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)及環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，具有一定的科學(xué)價(jià)值。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本作品緊密結(jié)合5.12汶川大地震這一特殊事件，運(yùn)用專業(yè)技術(shù)，研制震后綜合信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)地震誘發(fā)的次生災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警，為科技減災(zāi)收集第一手資料，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)性和實(shí)用性。 基于傾角、位移、壓力與γ輻射測(cè)量的震后綜合信息監(jiān)測(cè)儀，將各種傳感技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，為我國(guó)核工業(yè)生產(chǎn)單位這一特殊行業(yè)研制安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)外尚未見到相關(guān)報(bào)道，是一種集成創(chuàng)新。相關(guān)技術(shù)為大型安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)打下了基礎(chǔ)，可以應(yīng)用到地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警、設(shè)施穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)及環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，具有一定的科學(xué)價(jià)值。 技術(shù)指標(biāo)：（1）傾角精度0.3°，標(biāo)準(zhǔn)量程± 30°；（2）位移精度0.5 mm，標(biāo)準(zhǔn)量程± 40 mm；（3）γ靈敏度900 cps/(mR/h)，標(biāo)準(zhǔn)量程0.1～200 mR/h，死時(shí)間≤200 μs（4）壓力精度1 g，標(biāo)準(zhǔn)量程1 420 g，反應(yīng)時(shí)間1 ms；（5）無線通信工作頻率433 MHz、速率2.4 kbps、空曠距離500 m，室內(nèi)有限，有線傳輸距離1.5 km/100 kbps或更遠(yuǎn)；（6）監(jiān)控主機(jī)鍵盤設(shè)定報(bào)警閾值，LCD顯示當(dāng)前異常數(shù)據(jù)，監(jiān)控終端計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)顯示異常信息曲線圖并以txt文本保存監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品針對(duì)5.12特大地震后重大建筑設(shè)施結(jié)構(gòu)上的安全隱患、震區(qū)次生地質(zhì)災(zāi)害、核廢物的填埋罐體因壓力的變化而導(dǎo)致泄漏、震區(qū)工作用放射源余震中發(fā)生裝置傾倒或滑落，面對(duì)眾多危害國(guó)家和人民利益的安全隱患和不穩(wěn)定因素，創(chuàng)新性地研制出一種設(shè)備可以對(duì)震區(qū)次生災(zāi)害進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、預(yù)警。 本作品設(shè)計(jì)思路新穎，具有一定的集成創(chuàng)新性，且能夠滿足地震后某些特殊行業(yè)如核工業(yè)基地的需求，某種程度上填補(bǔ)了我國(guó)這個(gè)技術(shù)領(lǐng)域和應(yīng)用領(lǐng)域的空白。 本作品使用了傾角、位移、壓力、γ輻射四種傳感器，可以多方位、多角度地對(duì)震區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且可以針對(duì)性的用于核工業(yè)基地等重要場(chǎng)所。 其突出的技術(shù)和顯著的進(jìn)步是：（1）對(duì)震后重建工程研制多方位、多角度傳感器綜合監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)；（2）為核工業(yè)特殊領(lǐng)域進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)；（3）采用近距離無線通信與RS485有線傳輸技術(shù)相結(jié)合，自組網(wǎng)，大大提高通信能力。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 已取得成果如下： 1、《震后綜合信息監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)》獲第十屆“挑戰(zhàn)杯”四川省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。 2、《基于角度、位移測(cè)量的大型設(shè)施監(jiān)測(cè)報(bào)警儀》獲成都理工大學(xué)08-09年度大學(xué)生課外科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。 3、作品已被國(guó)家國(guó)防科工局震后應(yīng)急重大專項(xiàng)“某基地***地質(zhì)穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)”子課題重要核設(shè)施監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)采用，實(shí)施監(jiān)測(cè)任務(wù)。
作品所處階段
- 中試階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 不轉(zhuǎn)讓。
作品可展示的形式
- （1）實(shí)物、產(chǎn)品（2）圖紙（3）現(xiàn)場(chǎng)演示（4）圖片
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 震后綜合信息監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，是在被監(jiān)測(cè)體上安安裝無線傳感器節(jié)點(diǎn)，一般室內(nèi)可達(dá)100m通信距離，因此保證了傳感器的布置相對(duì)靈活性。主機(jī)和上位機(jī)之間采用RS485有線傳輸，有傳輸距離1.5km或更長(zhǎng)，保證了工作人員的安全。作品操作簡(jiǎn)單方便，開機(jī)后，LCD界面可顯示操作的整個(gè)過程。當(dāng)出現(xiàn)較大異常變化的時(shí)候立即給出報(bào)警信號(hào)（以聲、光信號(hào)報(bào)警），同時(shí)生成異常信息變化曲線圖，相關(guān)領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員可結(jié)合大型設(shè)施的物理結(jié)構(gòu)對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，形成一種長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制。 應(yīng)用到此產(chǎn)品的地方有：（1）核設(shè)施的安全監(jiān)測(cè)預(yù)警；（2）地震及余震誘發(fā)的滑坡等次生地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警；（3）水利、橋梁、隧道等大型設(shè)施穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)及環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。具有廣闊的應(yīng)用前景。 地震留下許多潛在的安全隱患，靠人工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)已不現(xiàn)實(shí)。本作品符合科技減災(zāi)的宗旨，具有穩(wěn)定性高、成本低、適合工作在惡劣的環(huán)境下等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)用性和現(xiàn)實(shí)性較強(qiáng)，適合應(yīng)用推廣。目前已經(jīng)在我國(guó)某核基地?fù)?dān)任安全監(jiān)測(cè)任務(wù)。
同類課題研究水平概述
- 課題組在充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外科研成果、相關(guān)企業(yè)儀器產(chǎn)品研制情況的基礎(chǔ)上，綜合得出結(jié)論：本作品集成了穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)、放射性監(jiān)測(cè)等多種傳感器技術(shù)，針對(duì)地震造成的潛在危害進(jìn)行綜合信息提取，特別地對(duì)我國(guó)核工業(yè)生產(chǎn)單位的安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警，是一種集成創(chuàng)新。目前還沒有檢索到集成度如此高的產(chǎn)品或?qū)嶒?yàn)室設(shè)備，某些技術(shù)也只是就單個(gè)功能進(jìn)行了研究，取得了一定的成果，但總體來說國(guó)外儀器成本較高，國(guó)內(nèi)儀器實(shí)用化程度較低，這都制約著我國(guó)安全監(jiān)測(cè)水平的提高?，F(xiàn)概述如下： 隨著傳感器技術(shù)、電子技術(shù)的快速發(fā)展，監(jiān)測(cè)儀器也正在向精度高、性能佳、適應(yīng)范圍廣、監(jiān)測(cè)內(nèi)容豐富、自動(dòng)化程度高的方向發(fā)展。但是，針對(duì)不同基建設(shè)施的受損情況、不同潛在次生地質(zhì)災(zāi)害的形成特點(diǎn)、震區(qū)核安全防護(hù)措施，如何針對(duì)其地形地貌、地質(zhì)特點(diǎn)、環(huán)境因素等，選擇合適的監(jiān)測(cè)技術(shù)、方法，確定完備的監(jiān)測(cè)方案，這是一個(gè)值得不斷探索的科學(xué)問題，目前也沒有檢索到相關(guān)技術(shù)方法。 針對(duì)設(shè)施結(jié)構(gòu)性損傷的調(diào)查以及震區(qū)大型設(shè)施的監(jiān)測(cè)，目前國(guó)外已研制出針對(duì)水壩水庫(kù)的監(jiān)測(cè)設(shè)備，由主機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)若干關(guān)聯(lián)傳感器的壓力變化，從而宏觀的監(jiān)控水壩水庫(kù)的整體安全。但是整套設(shè)備成本極高（由日本制造，根據(jù)節(jié)點(diǎn)計(jì)算，幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的多達(dá)20多萬元），普及率低，靈活性差，大多數(shù)中小型水壩水庫(kù)以及其他設(shè)施無法使用。目前一般由科研院所作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)之用。 針對(duì)地震誘發(fā)的次生地質(zhì)災(zāi)害，如滑坡、泥石流等監(jiān)測(cè)預(yù)警，目前常采用以下幾種方法：一是根據(jù)降雨因素來預(yù)報(bào)滑坡、泥石流災(zāi)害的發(fā)生，調(diào)查土、石、冰塊等固體物質(zhì)的累積及補(bǔ)給狀況。二是根據(jù)地聲預(yù)報(bào)，滑坡、泥石流等次生地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生前，會(huì)產(chǎn)生特殊的震動(dòng)聲波頻率及振幅。如國(guó)內(nèi)由中科院山地所先后推出了多套泥石流報(bào)警器，也獲得了國(guó)家專利權(quán)，但據(jù)業(yè)內(nèi)專家反映，該類設(shè)備實(shí)用化程度并不高；而由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局研制的簡(jiǎn)易裂縫報(bào)警器，在這次地震中也免費(fèi)發(fā)放了幾千套，但真正用在地質(zhì)災(zāi)害上監(jiān)測(cè)的卻很少，不少行業(yè)專家反映根本起不到預(yù)警的作用，不適合快速監(jiān)測(cè)預(yù)警需要，現(xiàn)在急需有針對(duì)性、實(shí)用的儀器設(shè)備誕生。 針對(duì)震區(qū)核廢物處置場(chǎng)地下填埋罐體，據(jù)課題組相關(guān)人員實(shí)地合作調(diào)研，了解到目前一般采用厚實(shí)水泥修筑填埋場(chǎng)邊緣墻壁，無監(jiān)測(cè)措施。在長(zhǎng)期使用以及發(fā)生地震后，很難查明地下填埋場(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)有無發(fā)生泄漏、有無出現(xiàn)核素遷移都不得而知。
