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自然灾害频发,灾害能被预报吗?安全物联网给出解决方案

2020-02-07 20:08:33 来源: 浙江在线 通讯员 吴琼

  浙江在线2月7日讯(浙江在线通讯员 吴琼)超强台风“利奇马”、 贵州水城“7·23”特大山体滑坡、四川长宁6.0级地震……据年初公布的《2019年全国十大自然灾害》,过去一年,我国自然灾害以洪涝、台风、干旱、地震、地质灾害为主,森林草原火灾和风雹、低温冷冻、雪灾等灾害也有不同程度发生,经应急管理部会同自然资源部、住房城乡建设部、红十字会总会、中国国家铁路集团有限公司等国家减灾委成员单位会商核定,全年各种自然灾害共造成1.3亿人次受灾,909人死亡失踪,12.6万间房屋倒塌,农作物受灾面积19256.9千公顷,直接经济损失3270.9亿元。

  各类灾害频发,对人类的生命、财产安全和社会稳定的危害越来越大,国务院、交通运输部、自然资源部等国家相关部委出台一系列文件,要求提升重大自然灾害监测预警与风险评估能力。

  2016年8月,国务院印发了《“十三五”国家科技创新规划》,要求加强重要水体、水源地、源头区、水源涵养区等水质监测与预报预警技术体系建设,健全生态环境监测技术体系。针对地震、地质、气象、水利、海洋等重大环境自然灾害,加快天气中长期精细化数值预报、全球海洋数值预报、雾霾数值预报、地质灾害监测预警、洪涝与旱灾监测预警、地震监测预警、森林火灾监测预警与防控、沙尘暴监测预警等系统研究,提升重大自然灾害监测预警与风险评估能力。

  2017年9月,中共中央办公厅、国务院办公厅发布了《关于进一步加强文物古建筑安全工作的实施意见》,要求建立覆盖全国重点文物古建筑保护单位和世界文化遗产地的监控系统,实现远程监管、物联网监控和文物古建筑安全监管人员智能巡检,建设完善文物古建筑安全监管平台。

  2018年2月,交通运输部办公厅发布了《关于加快推进新一代国家交通控制网和智慧公路试点的通知》,通知要求,选取桥梁、隧道、边坡等,建设基础设施智能监测传感网,实现交通基础设施安全状态综合感知、分析及预警功能。

  2018年7月,国家能源局发布了《电力安全生产行动计划(2018-2020年)》,要求严防大坝安全事故,严格落实大坝安全“三同时”要求,对大坝安全监测等系统同时设计、施工、投入运营。加强大坝安全状况检查与隐患缺陷治理,推行大坝安全检查、监测。

  2018年10月,习近平总书记主持召开了中央财经委员会第三次会议,要求实施自然灾害监测预警信息化工程,提高多灾种和灾害链综合监测、风险早期识别和预报预警能力。

  2019年1月,习近平总书记在省部级主要领导干部坚持底线思维着力防范化解重大风险专题研讨班上要求:加快科技安全预警监测体系建设,围绕人工智能、基因编辑、医疗诊断、自动驾驶、无人机、服务机器人等领域,加快推进相关立法工作。

  2019年4月,国务院安委会办公室、国家减灾委办公室、应急管理部联合印发了《关于加强应急基础信息管理的通知》,通知要求健全完善多种感知设备科学布局的先进物联网监测系统,综合运用现场巡查、传感器监测、视频监测、遥感监测等多种手段开展自然灾害隐患动态监测,提高自然灾害监测预警的时效性和工作质量。

  2019年4月,自然资源部办公厅发布《2019年地质灾害防治工作的通知》要求:充分认识地质灾害防治工作的极端重要性,全力推动地质灾害防治工作,深入贯彻落实党中央要求,加快推进地质灾害防治重点工程,强化防灾减灾体制机制建设,不断完善地质灾害防治体系。要求各地要结合实际,尽早编制省一级实施方案,明确建设任务,建立工作机制和保障措施,尽快组织实施。力争通过三年工程实施,显著提高地质灾害隐患识别与风险调查科技水平,实现我国地质灾害风险调查和隐患排查全覆盖,建立健全专群结合监测预警网络。

  健全完善多种感知设备科学布局的先进物联网监测系统,综合运用现场巡查、传感器监测、视频监测、遥感监测等多种手段开展自然灾害隐患动态监测,提高自然灾害监测预警的时效性和工作质量。

  2019年7月,交通运输部发布《数字交通发展规划纲要》要求:构建数字化的采集体系,推动交通基础设施规划、设计、建造、养护、运行管理等全要素、全周期数字化。针对重大交通基础设施工程,实现基础设施全生命周期健康性能监测,推广应用基于物联网的工程质量控制技术。

  面对“不测风云”,如何提升监测预警与风险评估能力?能够进行“感知预警”、“灾害预报“的””安全物联网成为了构筑平安中国的新护盾。

  安全物联网采用“感、传、知、用”等物联网技术手段,综合利用无线传感、云计算、大数据等技术,通过互联网、无线通信网、专网等通信网络,形成多重分级预警。自2013年,杭州鲁尔物联科技有限公司创始人、总裁胡辉博士在国内提出这一概念以来,安全物联网已经成功运用到地灾、交通、水利、文旅古建等各领域。

  如港珠澳大桥结构健康监测系统。港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋海域,是连接香港特别行政区、广东省珠海市、澳门特别行政区的大型跨海通道。大桥地处台风多发区,而且结构在长期服役过程中的环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应与突发灾害等灾变因素的耦合作用将不可避免地导致结构和系统的损伤积累和抗力衰减。为保障大桥在运营中的安全,避免灾难性事故的发生,将自动化健康监测技术与人工巡检技术相结合,构建起一个符合大桥结构运营期健康监测及巡检管理系统。系统包括五个子系统:监测数据采集子系统、构件巡检维护子系统、结构健康评估子系统、结构维护决策子系统及结构健康数据管理子系统。该系统实现了港珠澳大桥桥梁、隧道、人工岛结构重要的环境荷载和结构响应量的实时监测,同时实现对大桥桥梁、隧道、人工岛结构人工巡检数据的录入和管理;基于监测数据和人工巡检数据进行构件评级、结构危险状态预警、损伤诊断、技术状况评定、极限状态评估,并给予上述结果制定港珠澳大桥巡检养护计划,指导港珠澳大桥的巡检养护工作。

  杭新景高速公路七里连接线边坡安全监测预警系统。七里连接线起始于浙江省常山县杭新景高速公路七里-新桥互通出入口,终接柯城区七里乡大头村大毛线,地理坐标东经118°43′35″,北纬29°9′42″,路线全长7.725Km。滑坡位于连接线中部,贯穿6#、10#、12#工区;2014年6月至2015年11月,滑坡周界逐渐形成贯通并发生缓慢蠕滑变形。考虑现场工程施工以及后续运营期存在整体性下滑的风险,建立了一套基于自动化监测的全天候安全物联网监测体系。监测系统基于实时采集的地表位移、地表裂缝、深部位移、路堑挡墙倾斜、地下水位及降雨等信息,分析了边坡的稳定状况和变形的发展趋势。七里连接线边坡监测系统不仅在施工期为边坡防护工程的方案设计提供技术支持,而且在服役期为连接线的安全运营提供安全保障,经济效益和社会效益都非常显著。

  合肥城市生命线工程安全运行监测系统。城市生命线是指城市的交通系统、供水系统、供电系统、供热系统、供气系统、通讯系统、综合管廊等公众日常生活密不可分的城市基础设施系统。为避免城市地下管线及市政交通设施故障而造成的安全事故,合肥市统筹规划、试点先行,逐步建立起城市生命线工程安全运行监测系统。2016年合肥市启动并建成城市生命线工程一期项目,完成了一个中心和三个前端专项系统的建设;其中,一个中心是城市生命线安全运行监测中心系统,三个前端监测系统包括5座试点桥梁、24.9公里的供水管网和2.5公里的燃气管网及相邻地下空间。2017年合肥市启动二期项目建设,按照“点、线、面”结合原则,重点选取建设年代久、人员密集、重要敏感区域进行安全监测,包括47座桥梁、819.5公里燃气管网、714.1公里供水管网、254公里排水管网、201.5公里热力管网、14公里中水管网和58.51公里的地下综合管廊,计划于2019年底建成运行。

  安全物联网作为一个广义上的含义,其中有许多应用场景的物联网组成部分,相应的物联网解决方案如下所示:

  地质灾害监测预警。我国地质和地理环境复杂,气候条件时空差异巨大,构造活动频繁,崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等地质灾害隐患多、分布广、防范难度大。地质灾害监测预警系统依托物联网、云计算、3S(GPS、GIS、遥感)、InSAR(合成孔径雷达干涉测量)、空间信息多级网络、时空大数据分布式计算和存储等技术手段,实现监测数据实时采集传输、数据可视化展示、设备人员智能化管理、多维时空数据叠加分析、预警模型深度学习以及处置预案结构化抽取决策。

  矿山尾矿库安全监测预警。尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流危险源,存在溃坝危险,一旦失事,容易造成重特大事故。尾矿库安全监测系统可以完成尾矿库各项监测信息的自动采集、存储、网络分发、预警显示等多项任务。实现尾矿库监测的信息化、三维化、实时化、网络化,使尾矿库生产、安全管理人员,可以及时、直观地掌握尾矿库安全参数的实际动态。

  桥梁健康监测系统。现代化的大型桥梁一般跨度均较大,受台风等影响时,震动和摆幅也相应较大。严重时会影响到桥梁的正常运营,甚至威胁桥梁及人员车辆的安全。桥梁结构健康监测系统依托物联网、BIM、GIS、大数据、云计算、人工智能等现代化技术手段,通过对桥梁环境与结构行为的实时监测,以及对结构安全状态的认知与智能化评估,为桥梁施工和运营阶段的结构工作状态、评估结构的安全性与正常使用性提供必要而可靠的数据,为桥梁运营阶段的养护管理提供决策依据。

  边坡安全监测预警。长期以来,由于缺乏对安全监测技术的系统研究,没有成熟的经验供设计部门应用,因此只能用低等级公路的防护技术或借鉴其他部门的经验来实施局部防护,缺乏综合考虑。边坡健康监测系统通过对边坡环境、地质与防护结构进行实时监测,同时对可能造成边坡失稳的不安全因素进行动态监测预警,为边坡的养护管理提供决策依据。

  隧道安全监测预警。隧道工程与其他地上普通工程结构相比,在勘察、设计、施工和管理上具有较多的不确定性和复杂性。同时随着隧道工程的运营,也容易在内部、外部因素影响下出现不同程度的病害。隧道结构安全监测预警系统依托物联网、BIM、GIS、大数据、云计算、人工智能等现代化技术手段,力求做到对隧道环境与结构行为的实时监测,以及对结构安全状态的认知与智能化评估,把握隧道施工和运营阶段的结构工作状态、评估结构的安全性与正常使用性提供必要而可靠的数据,为隧道运营阶段的养护管理提供决策依据。

  地铁安全监测预警。地铁工程在施工、运营中的高技术含量和高风险性无不需要强烈的安全意识、周密的安全管理和严格的安全监管来实现,地铁工程很大程度上就是一项考验安全管理的工程。地铁安全监测预警系统依托物联网、BIM、GIS、大数据、云计算、人工智能等现代化技术手段,通过对地铁环境与周边结构建筑物的实时监测,把握地铁施工和运营阶段的结构工作状态,为评估结构的安全性与正常使用性提供必要而可靠的数据,为地铁运营阶段的养护管理提供决策依据。

  建筑结构安全监测预警。当社会生产和消费的发展达到一定程度后,以大型建筑为代表的大型重要基础设施建设必然迎来一个高潮。大型建筑在施工期和运行期,必然会产生较高的基础变形和结构应力,结构安全问题十分突出,防火、防风等问题也需要重点考虑。大型建筑安全监测系统基于物联网技术和大数据分析技术进行开发,可根据应力、应变、震动、变形等结构属性,及风力、温度等外界条件,实现建筑物健康度的快速评估,提高复杂建筑物安全运营的可靠性。基于系统采集的实时监测数据,结合系统平台数据挖掘算法,可形成变化曲线和分析图表,具有超限报警功能,运营单位可对建筑物的维护和修复进行合理安排,对问题工程进行追踪处理,保障邻建结构安全,延长建筑物寿命。

  水工结构安全监测预警。正在运行的大坝和堤防由于受到各种自然因素的影响,其工程状态和运行情况都在随时变化,所以必须对大坝和堤防进行系统全面地检查,随时掌握工程状态,分析判断坝体、坝基、岸坡、堤坡等处是否能安全运行。大坝、堤防安全监测系统利用物联网、BIM、大数据、AI、云计算等先进技术,对大坝、堤防及周边岸坡等进行有效监测,并通过对监测数据的分析,给出健康状况的评价结果以及预警信息。数据成果及其分析成果可作为日常管理及应急管理的数据支撑和决策依据,从而有效提高管理部门管理水平。

  通讯塔、电力塔、风电塔安全监测预警。风力发电机塔架、电力输电线路杆塔、通信铁塔等通常都是设立在地势较高的地方,甚至沿着山脊设立。水土流失、泥石流、山体滑坡,以及人为的对山体进行开采、放炮等现象,都对铁塔下方地基有所损坏,可能造成杆塔倾斜、倒塌等情况的出现。风力发电机、电力塔、通信塔安全监测系统利用物联网、BIM、大数据、AI、云计算等先进技术,对各种塔基周边地理环境及杆塔倾斜状况相关参数进行实时监测,并通过对监测数据的分析,提供塔基健康状况的评价结果以及预警信息。数据成果及其分析成果可作为日常管理及应急管理的数据支撑和决策依据,从而有效提高管理部门管理水平。

  油气管道安全监测预警。随着石油和天然气产量和需求量的剧增,管道运输已成为陆上油气运输的主要方式,以其运量大、占地小、封闭运输损耗低等优越性而成为能源运输的首选。但油气管道多服役时间长、跨越区域广且不可避免的需要途径地质灾害敏感点,这些都对管道的运行造成极大的风险,也间接对城市的能源安全和沿线居民的生命财产安全形成威胁。能源管线安全监测系统依据油气管道运行现状,针对管道运行隐患风险控制问题及管道地质灾害隐患监控的薄弱环节,建立管道综合监控平台,降低管道风险,实现管道运行的安全可控。

  古建古迹安全监测预警。中国古建筑具有悠久的历史传统,文化源远流长,历经千年,每一件保存下来的古建筑都是弥足珍贵的国宝。古建筑能否继续安然无恙的继承下去,是历史托付给当代人的重要使命。文物古建安全监测系统基于物联网技术、移动互联网技术、云计算技术和人工智能算法,对城市的文物古建、古迹所处环境和自身的结构状态进行自动化监测。通过古迹、古建筑档案已有数据以及自动化监测系统获取的新数据,结合智能算法、专家系统等手段,实现健康诊断、实时预警等功能,提供古建、古迹管理的智能化与信息化服务,满足管理部门对文物古建的监管需求。

  区域安全物联网。作为智慧城市重要内容之一的区域安全物联网以城市安全为核心,以安全物联网、BIM、GIS、云计算、大数据、人工智能、新型传感等技术为依托,围绕地质安全、环境安全、交通安全、住建安全、生产安全、消防安全、水利安全、能源安全等板块,建立多维度、全方位的安全监测物联感知网,打通从实时监测、数据分析、模型计算、状态评估到管、养、治服务全过程数据链条,最终实现“一个平台全统一、多维数据全融合、安全监测全覆盖”目标,为“智慧城市”安全运行和发展保驾护航。

责任编辑: 石潇俊

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