一. 需求背景描述

1.1 對(duì)各種地質(zhì)災(zāi)害，實(shí)現(xiàn)預(yù)警預(yù)報(bào)、避免和減少人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)損失。

我國(guó)是一個(gè)多山、多水、多礦的國(guó)家，因而也是一個(gè)地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)的國(guó)家。多少年來，頻發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，如泥石流、滑坡、塌方、落石、地陷等，給人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)造成了極大的損失。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年發(fā)生有記錄的各種自然地質(zhì)災(zāi)害達(dá)幾千起，造成財(cái)產(chǎn)損失達(dá)幾十億元，災(zāi)害案例，不枚勝舉。現(xiàn)在各級(jí)政府部門，尤其縣、市級(jí)政府，均把地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報(bào)、防范地質(zhì)災(zāi)害做為頭等重要的工作之一，給予了高度重視，并投入大量資金，用于實(shí)施防災(zāi)減災(zāi)工作。

1.2 對(duì)河堤、庫壩、洪水（溢壩），實(shí)現(xiàn)智能測(cè)量分析，杜絕災(zāi)難性事故的發(fā)生。

我國(guó)是中小河流和中小水庫最多的國(guó)家之一，我國(guó)河堤和庫壩絕大多數(shù)為土石壩和簡(jiǎn)易混凝土重力壩，其中大部分又是上世紀(jì)五十年代的工程。數(shù)量多、建筑等級(jí)較低，四周人口稠密，因此對(duì)河流、水庫的危險(xiǎn)事件監(jiān)測(cè)，成為各級(jí)政府和水利、農(nóng)業(yè)部門預(yù)防災(zāi)害事故的重中之重。

1.3 邊坡防護(hù)、預(yù)警日愈凸顯其重要性。

隨著國(guó)家對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的加快，高速公路、高速鐵道、軌道交通等道路建設(shè)，形成了大量的邊坡和高斜坡地段。這些人為產(chǎn)生的新的地質(zhì)變化，在一定時(shí)期內(nèi)是一種非穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，同時(shí)，又極易受相鄰區(qū)域地質(zhì)變化的影響，因此，對(duì)道路邊坡、斜坡的管護(hù)，是路網(wǎng)運(yùn)行的重要工作。對(duì)邊坡、斜坡狀態(tài)的智能測(cè)量，是實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)安全的必要前提。

二. 市場(chǎng)定位

 

2.1 各級(jí)政府國(guó)土資源局用于山坡和地陷危險(xiǎn)地段的預(yù)警預(yù)報(bào)。

1.4 各級(jí)政府及其水利部對(duì)河堤、庫壩的監(jiān)控預(yù)報(bào)。

1.5 水庫下游及河道外圍的村莊、人員聚居區(qū)的防泄、防洪、防溢報(bào)警。

1.6 交通路網(wǎng)建設(shè)和管理企業(yè)，對(duì)自建、自負(fù)的道路兩側(cè)山坡和路基的信息化管護(hù)。

1.7 各級(jí)政府部門用于采礦塌陷區(qū)域地表危險(xiǎn)趨勢(shì)的監(jiān)測(cè)和預(yù)警。

1.8 各級(jí)政府環(huán)保部門用于地下水位的監(jiān)測(cè)。

1.9 工業(yè)或生活用水自備井采集點(diǎn)、溫泉水利用及地下水補(bǔ)償回灌的管理監(jiān)測(cè)。

三. 系統(tǒng)特點(diǎn)

3.1 層級(jí)結(jié)構(gòu)。

可以滿足省、市、縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)任何一級(jí)或多級(jí)聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)管模式。層級(jí)結(jié)構(gòu)合理，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源和多方式聯(lián)網(wǎng)。

1.10 主體功能的模塊化設(shè)計(jì)。

針對(duì)不同的監(jiān)測(cè)客體，如：山坡泥石流監(jiān)測(cè)、水庫壩體監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)不同的主體功能。即一組功能族組成一個(gè)功能主體，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定客觀目標(biāo)的監(jiān)控。多個(gè)功能主體組成一個(gè)完備的智能系統(tǒng)。具體應(yīng)用中，可以選擇任一個(gè)或幾個(gè)主體功能模塊。

1.11 技術(shù)先進(jìn)。

本系統(tǒng)采用當(dāng)前最先進(jìn)的智能分析技術(shù)、高清視頻技術(shù)、4G傳輸技術(shù)、北斗定位技術(shù)等。

1.12 智能檢測(cè)體系

地質(zhì)災(zāi)害智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)將地質(zhì)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)與物聯(lián)網(wǎng)體系、云計(jì)算、局域網(wǎng)/通訊等多網(wǎng)無縫連接等技術(shù)結(jié)合，建立一套智能檢測(cè)體系，為日常管理和突發(fā)事件應(yīng)急處置發(fā)揮重大作用。基于云計(jì)算服務(wù)中心的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可容納上萬個(gè)橋梁、隧道、邊坡等結(jié)構(gòu)物的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，形成區(qū)域性結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的所有結(jié)構(gòu)統(tǒng)一監(jiān)控管理。
本方案也可應(yīng)用到軌道交通線路路基、涵洞、橋梁、隧道、周邊環(huán)境等大型構(gòu)筑物、高邊坡等周邊環(huán)境的變形監(jiān)測(cè)和沉降監(jiān)測(cè)。軌道交通線路工程施工期間和線路運(yùn)營(yíng)階段進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

四. 主要技術(shù)方法

4.1視頻智能分析技術(shù)

視頻監(jiān)控是一種基于寬帶網(wǎng)絡(luò)為各管理部門提供圖像、報(bào)警信號(hào)等參數(shù)的遠(yuǎn)程采集、傳輸、儲(chǔ)存、處理的一種全新模式。它是一個(gè)由前端、中間端、后端三部分組成的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。前端由鏡頭、攝像機(jī)、云臺(tái)、報(bào)警開關(guān)、視頻編解碼設(shè)備、主機(jī)控制設(shè)備和監(jiān)控軟件組成；中間端基于公網(wǎng)的中心服務(wù)平臺(tái)，中心服務(wù)平臺(tái)具有業(yè)務(wù)平臺(tái)的管理功能，并對(duì)傳送過來的圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)、分發(fā)或存儲(chǔ)，對(duì)報(bào)警進(jìn)行聯(lián)動(dòng)處理；在后端用戶可在網(wǎng)絡(luò)的任何一個(gè)接入點(diǎn),無論是監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng),監(jiān)控中心,或者是遠(yuǎn)端,只要通過IE 瀏覽器或客戶端軟件,在通過用戶認(rèn)證后可任意觀看視頻,可控制攝像機(jī)的角度、拉近拉遠(yuǎn)鏡頭、控制遠(yuǎn)端設(shè)備，并可接收?qǐng)?bào)警信息。所有地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)管理人員通過這一系統(tǒng)，只需輕點(diǎn)鼠標(biāo)，通過寬帶網(wǎng)絡(luò)，可以從顯示器中看到災(zāi)害點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)清晰、逼真、實(shí)時(shí)監(jiān)控的圖像。
本系統(tǒng)所采用的技術(shù)為目前針對(duì)水庫、大壩設(shè)計(jì)的專用視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其核心的技術(shù)表現(xiàn)為：
4.1.1有線設(shè)備可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬隨意設(shè)置視頻畫質(zhì)，系統(tǒng)可支持標(biāo)清，各種高清等設(shè)備的接入，視頻共享等等；
4.1.2利用先進(jìn)的H.264視頻壓縮技術(shù)能夠適應(yīng)超低帶寬下的視頻傳輸，畫面清晰流暢，杜絕馬賽克；
4.1.3每路畫面獨(dú)立傳輸，用戶可以自主選擇打開或關(guān)閉某一路圖像；
4.1.4高清超低照度槍型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。1/2.8"300W像素高性能傳感器，超低照度，寬動(dòng)態(tài)。支持DC IRIS。H.264，1080P/720P/D1，30fps。1×BNC，1×雙向音頻，1×告警輸入輸出，1× RS485，1× TF卡槽。DC12V/PoE，功耗6W。
4.1.5高清長(zhǎng)焦變倍鏡頭。根據(jù)地災(zāi)點(diǎn)的實(shí)情況，選用最大可達(dá)12mm-320mm，百萬像素高清變倍鏡頭，監(jiān)控范圍白天2~5公里，夜間1~2公里。
4.1.6激光紅外夜間遠(yuǎn)距離視頻技術(shù)。10W 808nm紅外激光，1°～20°DSS數(shù)字化步進(jìn)隨動(dòng)變角激光照明器，激光與攝像倍率距離匹配算法，GHT超勻化高清照明技術(shù)，0.01°SLM光軸自鎖對(duì)準(zhǔn)。
4.1.7靈活、可控式云臺(tái)技術(shù)。30kg重載云臺(tái)，355°掃描，0.01°～60°/s高精度變速控制與定位，預(yù)置位、巡航、掃描功能；RJ45網(wǎng)絡(luò)接口；RS485控制，Pelco-D、P協(xié)議，多波特率通訊，AC24V供電，電源4000V，通訊視頻信號(hào)2000V，工作溫度-25°～55°
4.1.8高情能視頻監(jiān)控平臺(tái)技術(shù)。高性能視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)平臺(tái)。可實(shí)現(xiàn)NVR、前端編碼器和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)接入管理，電視墻集中管理，用戶登錄認(rèn)證，對(duì)從機(jī)的接入管理功能，并可實(shí)現(xiàn)前端的視頻碼流中心存儲(chǔ)、集中轉(zhuǎn)發(fā)。
視頻采集的智能處理技術(shù)是通過對(duì)監(jiān)測(cè)體不間斷的圖像采集，對(duì)監(jiān)測(cè)體進(jìn)行標(biāo)注，或監(jiān)測(cè)區(qū)域劃界，當(dāng)監(jiān)測(cè)體出現(xiàn)位移、形狀等變化時(shí)，進(jìn)行圖像疊加分析，并對(duì)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警。

4.2智能監(jiān)測(cè)技術(shù)

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)綜合利用了高精度GPS/北斗地表位移監(jiān)測(cè)、滲壓計(jì)（測(cè)滑坡體內(nèi)部水位）、固定測(cè)斜儀（測(cè)滑坡體內(nèi)部位移）、雨量計(jì)等，建立GPS形變監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、地裂縫監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、地下水位監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、降雨量監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，組成大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
4.2.1高精度GPS/北斗地表位移監(jiān)測(cè)
GPS/北斗定位是利用高空中的定位導(dǎo)航衛(wèi)星，向地面發(fā)射L波段的載頻無線電測(cè)距信號(hào)，由地面上用戶接收機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)地連續(xù)接收，并計(jì)算出接收機(jī)天線所在位置。
圖3-1為GPS/北斗衛(wèi)星形變監(jiān)測(cè)的實(shí)圖。
 
圖3-1 GPS衛(wèi)星監(jiān)測(cè)實(shí)圖
 
4.2.2內(nèi)部位移檢測(cè)
內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)是通過在地面上打孔，埋設(shè)專門的內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)的采集內(nèi)部位移數(shù)據(jù)，并發(fā)送到全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，從而完成對(duì)內(nèi)部位移的監(jiān)測(cè)。內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)主要的監(jiān)測(cè)設(shè)備為固定測(cè)斜儀，通過鉆孔方式，將測(cè)斜儀傳感裝置通過連桿方式進(jìn)入地下，當(dāng)監(jiān)測(cè)體內(nèi)部有位移變化時(shí)，測(cè)斜探頭也隨之傾斜，信號(hào)被傳輸至地面監(jiān)測(cè)站，進(jìn)行分析計(jì)算，從而精確測(cè)出水平位移量與傾角，根據(jù)設(shè)定的位移限值進(jìn)行預(yù)警。內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)的構(gòu)成如圖3-2所示。
 
圖3-2內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)圖
 
4.2.3降雨量監(jiān)測(cè)
通過在監(jiān)測(cè)區(qū)特定范圍內(nèi)安裝雨量計(jì)，并將雨量數(shù)據(jù)通過無線方式輸送給全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在雨量達(dá)到限值時(shí)啟動(dòng)自動(dòng)報(bào)警。
翻斗式雨量計(jì)工作時(shí)，進(jìn)入承雨器內(nèi)的降雨，在其錐形底部匯集后，流入翻斗部件的漏斗，再注入翻斗。當(dāng)翻斗居上的一側(cè)斗室累積到一定水量時(shí)，由翻斗自重、翻斗內(nèi)水的重量、支承力、轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦阻力、磁阻力、流水沖擊作用力等組成的力平衡關(guān)系被打破，使翻斗狀態(tài)產(chǎn)生突變，翻斗翻轉(zhuǎn)（翻斗動(dòng)作正是利用突變機(jī)構(gòu)工作原理）。固定在翻斗架上的干簧管受到磁激勵(lì)（磁鋼安裝于翻斗上，與翻斗一起動(dòng)作），便產(chǎn)生一次通斷信號(hào)。
 

 
圖3-3雨量監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)圖
 
4.2.4泥石流泥位監(jiān)測(cè)
采用超聲波特物位計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在水位波動(dòng)比較平穩(wěn)地段，使用固定支架固定安裝，傳感器垂直向下測(cè)量水位高程。超聲波物位計(jì)實(shí)物如圖3-3所示。
 
圖3-4超聲波物位計(jì)監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)圖
 
4.2.5地下水監(jiān)測(cè)
地下水監(jiān)測(cè)采用振弦式滲壓計(jì)，通過在監(jiān)測(cè)體里鉆孔，把滲壓計(jì)放置在鉆孔里（與滲壓計(jì)管配合使用）。通過測(cè)量滲壓計(jì)的壓力，再轉(zhuǎn)化為水位高度（高程），結(jié)合安裝深度以及孔口高程，可得到地下水高度（高程）。地下水監(jiān)測(cè)的構(gòu)成如圖3-5所示。
 
圖3-5地下水監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)圖
 
4.2.6地裂縫檢測(cè)
地表的局部位移會(huì)產(chǎn)生裂縫，地表裂縫往往是地災(zāi)的先兆。地表裂縫監(jiān)測(cè)儀可對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行分析與預(yù)警，主要用于崩塌式滑波的檢測(cè)。地裂縫檢測(cè)設(shè)備構(gòu)成如圖3-7。
 
圖3-6地裂縫監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)圖

4.3智能監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)

大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)是多種監(jiān)測(cè)手段的綜合應(yīng)用分析，并傳送到監(jiān)控中心，一旦內(nèi)外位移達(dá)到預(yù)警值，就會(huì)通過監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)，以聲光報(bào)警【設(shè)定預(yù)警閾值，達(dá)到一級(jí)預(yù)警范圍時(shí)向受災(zāi)區(qū)域自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警，提醒群眾盡快撤離，最大限度的保證群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全?！?；短信報(bào)警【設(shè)定預(yù)警閾值，達(dá)到二級(jí)預(yù)警范圍時(shí)向責(zé)任人發(fā)送預(yù)警短信，提醒負(fù)責(zé)人及時(shí)安排災(zāi)害處理的相關(guān)工作】;平臺(tái)實(shí)時(shí)報(bào)警【設(shè)定預(yù)警閾值，達(dá)到三級(jí)預(yù)警范圍時(shí)平臺(tái)彈出實(shí)時(shí)報(bào)警提示，提醒操作員盡快安排災(zāi)害預(yù)防工作】。同時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與視頻監(jiān)控又形成了一個(gè)包含檢測(cè)數(shù)據(jù)分析、預(yù)警，視頻智能啟動(dòng)與重點(diǎn)監(jiān)控的聯(lián)動(dòng)機(jī)制，共同構(gòu)成大壩安全智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

4.4監(jiān)測(cè)、控制一體化智能信息處理技術(shù)

監(jiān)測(cè)控制一體化技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的典型應(yīng)用與擴(kuò)展。是通過監(jiān)測(cè)儀器（如GPS/北斗形變監(jiān)測(cè)站、固定測(cè)斜儀、雨量計(jì)、滲壓計(jì)等）獲知被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)、匯總分析。建立各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，設(shè)定的預(yù)警及大壩安全應(yīng)急處置條件，對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)像進(jìn)行視頻重點(diǎn)監(jiān)控、調(diào)度指揮及現(xiàn)場(chǎng)處理。
一體化技術(shù)集成了傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、嵌入式軟件技術(shù)、集成電路技術(shù)、后臺(tái)軟件技術(shù)等多種技術(shù)。其中建立在對(duì)采集數(shù)據(jù)分析，判斷，進(jìn)行發(fā)出控制指令的這部分即為智能信息處理技術(shù)，它主要由如下部分組成：
4.4.1監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與分析
監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的獲得來自于布設(shè)在大壩沿岸的各種監(jiān)測(cè)設(shè)備，并由監(jiān)測(cè)控制主機(jī)進(jìn)行初步的處理與臨時(shí)存儲(chǔ)，通過集群式通信統(tǒng)一上傳給遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測(cè)服務(wù)器。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在后臺(tái)軟件系統(tǒng)的首先實(shí)現(xiàn)的是實(shí)時(shí)展示，并存儲(chǔ)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中。對(duì)大壩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析是通過各種分析計(jì)算模型，形成各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)。
4.4.2基于預(yù)警條件重點(diǎn)視頻監(jiān)控及指揮調(diào)度任務(wù)的觸發(fā)
預(yù)警條件建立在大壩安全監(jiān)測(cè)專家經(jīng)驗(yàn)值及長(zhǎng)期數(shù)據(jù)積累的趨勢(shì)模型，是管控一體化的中樞。具本到本系中，其核心體現(xiàn)包括：降雨量對(duì)大壩安全的影響；表面形變趨勢(shì)、幅度對(duì)滑坡的影響；固定測(cè)斜儀數(shù)據(jù)對(duì)滑坡的影響；含水量對(duì)泥石的最影響；位移速度、體量對(duì)破壞性的影響。
4.4.3監(jiān)測(cè)控制一體化的實(shí)現(xiàn)
監(jiān)測(cè)控制一體化由后臺(tái)軟件、通信與硬件設(shè)備協(xié)同來完成。監(jiān)測(cè)設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)采用了標(biāo)準(zhǔn)RS485接口外，預(yù)留了M-Bus接口，使設(shè)備的接口具備很強(qiáng)的擴(kuò)展性，可接入30種以上的監(jiān)測(cè)設(shè)備，體現(xiàn)出極強(qiáng)的擴(kuò)展，滿足了大區(qū)域、多種類的數(shù)據(jù)采集要求，為大數(shù)據(jù)的建立打下基礎(chǔ)，也使監(jiān)測(cè)控制一體化成為可能。在具備了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之后，雙向通信也是實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)控制一體化的重要條件，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的傳輸一般為單向通信，只是將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳，而監(jiān)測(cè)控制一體化要求通信必須為雙向通信，除了上傳監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)外，控制指令可以從后臺(tái)直接傳輸給監(jiān)測(cè)控制主機(jī)（在監(jiān)測(cè)控制分體設(shè)計(jì)時(shí)直接發(fā)送給控制主機(jī)），實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控的啟停控制。除此之外，雙向通信技術(shù)又保證了對(duì)設(shè)備體身狀態(tài)的遠(yuǎn)程調(diào)試及遠(yuǎn)程升級(jí)、維護(hù)。