發(fā)布時間：2022-04-30 03:24:49
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的地質災害監(jiān)測論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
滑坡是地質災害中危害較大的一種，常給工農業(yè)生產以及人民生命財產造成巨大損失、有的甚至是毀滅性的災難。為了挽救人民的生命財產，無數的科研工作者投入到對滑坡的研究和防治之中，中國科學院成都山地災害與環(huán)境研究所王成華研究員就是其中著名的一位。
王成華，1942年生，重慶市沙坪壩人。1966年畢業(yè)于成都理工大學。1968年分配到中國科學院成都地理研究所(后更名為成都山地災害與環(huán)境研究所)工作。1988年晉升為副研究員，1994年晉升為研究員，2002年被聘為中國科學院研究生院教授。
在滑坡等災害防治技術和邊坡加固技術研究上，他先后總結提出了攔砂壩穩(wěn)滑坡、滑動面灌漿改變滑動帶組成、結構新技術；較系統(tǒng)深入地研究了溜砂坡災害的形成特征、動力學機理和固砂防災技術，豐富和完善了邊坡巖土工程學基礎理論和加固防護技術。
實踐出真知滑坡防治新方法
王成華研究員長期從事滑坡、崩塌等山地災害的研究與防治工作。在崩塌、滑坡的形成、發(fā)生機理與防治；滑坡危險區(qū)劃、危險斜坡判別和滑坡預測預報；在大型水電工程庫岸再造、公路、鐵路和輸油氣管道等邊坡分析與加固以及高速滑坡發(fā)生過程等方面有較深的研究。
目前，滑坡的防治對策依然是“及早發(fā)現，預防為主；查明情況，綜合治理；力求根治，不留后患”。
由此可見，探查、發(fā)現潛在滑坡對治理其災害至為關鍵，王成華研究員對此有獨到的見解。其《高速滑坡發(fā)生的危險斜坡判別》一文被《中國水利水電發(fā)展文庫》收錄，文中他認為高速滑坡發(fā)生之前的危險斜坡判別是高速滑坡發(fā)生地方預報和減災防災的基礎工作，危險斜坡判別的主要內容則是危險斜坡的空間位置和危險程度。他從高速滑坡形成發(fā)生的因子分析入手，應用數理統(tǒng)計，模糊數學與專家經驗相結合的綜合分析方法；采用黃金分割的原理，建立了高速滑坡發(fā)生的危險斜坡判別的指標體系和危險度判別模型。
在滑坡的治理方面，他同樣擁有豐富的治理經驗。1998年初，王成華研究員承擔瀘州市世壽街滑坡的分析和防治設計項目。他認為要把滑坡防治看作醫(yī)生治病，針對主要病因制定防治措施，而他稱這種方法為主要因素控制法。
針對世壽街滑坡滑帶土的抗剪強度低、已滑動多年的特點，王成華研究員提出防治的三項工程，即滑坡前部設計兩排全埋式鋼筋混凝土抗滑樁，上、下相連組成W型；滑體中部滑帶土用高標號水泥沙漿高壓灌注，改變滑帶土結構，提高其抗滑’性能；滑體中前部建筑基礎按承重抗滑樁設計。同時，加護坡防洪措施，用鋼筋混凝土防洪堤，基礎為高壓水泥砂漿旋噴樁，樁下端置于基巖中風化層界面；條石漿砌格梁與干砌條石護坡，既要達到坡面防沖、穩(wěn)定，又要滿足迅速排水之目的。另外，王成華研究員還認為要采取措施防滲排水，需要防治地表水八滲；在主滑斷面位置布置樹枝狀排水盲溝，以達到汛未能迅速排除地下水的目的。
1998年后，經過幾個雨季和汛期的檢驗，滑坡已經停止滑動，證明其對策的現實可行性。2000年，王成華研究員將其治理經驗整理發(fā)表，他認為出于綜合房地產開發(fā)的目的，滑坡防治不僅要考慮滑坡本身的穩(wěn)定，而且還要考慮滑體上各種建筑物的安全運行。
溜砂坡是斜坡重力侵蝕的一種特殊類型，在特定的地形、地質和氣候條件下形成，常對公路、鐵路、渠道等線路工程構成嚴重危害，主要分布在我國西部較為干旱的山區(qū)，如、青海、新疆、四川西部等地。近20年來，國內對溜砂坡的研究雖然層出不窮，而王成華研究員則是獨樹一幟，他于2003年，向國家申請發(fā)明專利《溜砂坡深部固砂方法》。這是一種溜砂坡深部固砂技術，即在需要固砂的砂坡上垂直地面向砂坡深部鉆孔。再向孔中插入微型花管，向花管中注入高壓粘土、粉土或水泥細砂漿液，漿液通過花管四周小孔射出，形成樹根狀漿脈。最后，漿脈利用自身的粘結和吸附作用，將砂粒緊緊握住，達到固砂的目的。
2009年6月，這一發(fā)明專利獲得國家批準。它有效地解決了溜砂坡固定的難題，為防治溜砂坡帶來的危害探索出了一種良好的方法?？蒲袆?chuàng)新高效產能
王成華研究員十分注重科研成果的實際應用，這種科研轉化，往往會帶來極大的經濟效益和社會效益。他的“龍羊峽水電工程庫區(qū)滑坡及其預測”、
“暴雨泥石流滑坡區(qū)域預測預報”、
“山洪、泥石流、滑坡防治技術”和“忠(縣)一武(漢)輸氣管道工程、蘭(州)一成(都)一渝(重慶)成品油管道工程和西南成品油管道工程山地災害與水工保護”等研究成果，都在生產中得到應用，為減災防災部門產生了幾億元的直接經濟效益和重大社會效益。
2010年，王成華研究員參與完成《公路地質災害監(jiān)測預警和減災技術》，他在文中重點分析了公路地質災害的主要類型、山區(qū)公路危險性區(qū)劃，以及建立山區(qū)公路地質災害安全檢測預警體系和山區(qū)公路地質災害防御體系的重要性。
他認為針對常見的公路地質災害，應該堅持科學性、針對性、簡單易操作性等原則，建設公路監(jiān)測預警體系。在文中，他創(chuàng)新性地提出依據我國公路管理體制，應建立以縣公路局為中心的縣、養(yǎng)護工區(qū)、沿線村民參與的“三級公路安全監(jiān)測網絡”。
王成華研究員建議建立我國的公路地質災害監(jiān)測預警智能系統(tǒng)，這個系統(tǒng)能讓專家組隨時分析智能系統(tǒng)輸出的信息，一旦出現某隱患點加劇變形或臨發(fā)的前兆，縣監(jiān)測預警中心應立即組織專家考察確認是否報請縣災害防御中心發(fā)出警報。
他還提出公路選線科研階段的防御對策，認為公路選線應遵循公路與山系正交的原則；以高橋、長隧道垂直爬上第三地勢階梯，分段展線的原則；盡早脫離沿河災害多發(fā)區(qū)，上行至高原(臺地)上原則；地質災害坡向分異規(guī)律，沿河線路多走陰坡，少經陽坡等原則。
王老的這研究成果，為我國山地公路建設、防災、災害預警等提出了新的理論，將為山地公路建設產生巨大的經濟和社會效應。
他還主持成都山地災害與環(huán)境研究所與地方合作項目多項，如《都江堰市寧馨苑山莊“5?12”地震后地面開裂及后山穩(wěn)定性評估》。與都江堰市寧馨苑山莊合作，在汶川地震后，他深入寧馨苑山莊，探查山莊地面變形原因，對山莊后山斜坡穩(wěn)定性進行評估，為山莊的恢復建設做出了重要貢獻。
退休后，王成華研究員繼續(xù)受聘為成都山地災害與環(huán)境研究所博士研究生授課，將自己的知識傳給年輕學者，繼續(xù)為我國地質災害的研究和防治貢獻綿薄之力，迄今，王成華研究員已先后培養(yǎng)碩士、博士研究生十余名。
關鍵詞:遙感技術;地質;測繪
中圖分類號：P2文獻標識碼： A
引言
地質測繪總體來說是一項政府行為上的技術工作，是政府行使土地管理職能并且具有法律意義的行政技術手段，其主要工作是調查土地及其附著物的位置、界線、質量、權屬和利用現狀等基本情況來測繪其幾何形狀與面積，目前，隨著遙感技術以及計算機技術的發(fā)展，遙感調查正由示范性實驗階段步入全面推廣的實用性階段，越來越多的人開始研究遙感技術在地籍測繪中的應用，并取得了顯著效果，大大提高了經濟和社會效益。應用遙感技術開展地質測繪是極其必要的，是當代高新技術發(fā)展的必然趨勢，遙感技術特點及其它相關高新技術的高速發(fā)展，可以貫穿于地質測繪調工作的全過程，應用遙感技術開展地質測繪工作具有廣闊的前景。全面推廣地質災害遙感調查，有待于遙感工作者和地質災害工作者的共同努力。
一、遙感技術的發(fā)展
1.“遙感”，顧名思義，就是遙遠地感知。人類通過大量的實踐，發(fā)現地球上每一個物體都在不停地吸收、發(fā)射信息和能量，其中有一種人類已經認識到的形式電磁波，并且發(fā)現不同物體的電磁波特性是不同的。遙感就是根據這個原理來探測地表物體對電磁波的反射和其發(fā)射的電磁波，從而提取這些物體的信息，完成遠距離識別物體。遙感的實現還需要遙感平臺，像衛(wèi)星、飛機、氣球等，它們的作用就是穩(wěn)定地運載傳感器。當在地面試驗時，還會用到像三角架這樣簡單的遙感平臺。針對不同的應用和波段范圍，人們已經研究出很多種傳感器，探測和接收物體在可見光、紅外線和微波范圍內的電磁輻射。傳感器會把這些電磁輻射按照一定的規(guī)律轉換為原始圖像。原始圖像被地面站接收后，要經過一系列復雜的處理，才能提供給不同的用戶使用。
2.遙感包括衛(wèi)星遙感和航空遙感，航空遙感作為地形圖測量的重要手段已在實踐中得到了廣泛的應用，衛(wèi)星遙感用于測圖也正在研究之中并取得一些意義重大的成果，基于遙感資料建立數字地面模型進而應用于測繪工作已獲得了較多的應用。自20世紀初菜特兄弟發(fā)明人類歷史上第一架飛機起，航空遙感就開始了它在軍事上的應用。
二、遙感技術在地質測繪中的應用
遙感對地觀測技術是當代高新技術的重要組成部分，是20世紀末幾年開始執(zhí)行的“對地觀測系統(tǒng)（EOS）”計劃的主體。它具有時效性好、宏觀性強、信息量豐富等特點。利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）可以準確地監(jiān)測地質災害體的形變與蠕動情況，從衛(wèi)星遙感圖像上可實時或準實時地反映災時的具體情況，監(jiān)測重點災害點的發(fā)展演化趨勢，增強地質災害發(fā)生的預見性。因此，為了能及時地調查地質災害狀況，為搶災與救災工作提供準確資料，根據國民經濟建設與可持續(xù)發(fā)展的需要，在地質災害調查中采用遙感技術這一先進手段，是尤為必要的，這也是現代高新技術應用發(fā)展的必然趨勢。
1.遙感技術在地址測繪中得到了廣泛應用，這將有利于發(fā)展科學、促進地質礦產事業(yè)的持續(xù)發(fā)展。遙感信息反映的地質事實，不能因為學科偏見，傳統(tǒng)觀念和規(guī)程而被改變。當然，早期的遙感資料由于受分辨率的限制，近年來，由于采用了新的技術思路，在大比例尺地址測繪和地質制圖中，遙感與地質的符合程度和可兼容程度有了很大的改進，但在如何充分發(fā)揮遙感地質的認識上仍有待統(tǒng)一，否則遙感地質將無法健康發(fā)展下去。
2.在巖漿巖、變質巖，特別是火山巖地區(qū)，地質圖上對地質結構的描述要比實際粗略得多，很多復式侵入雜巖體、隱伏侵入體、火山機構、脈巖、變質巖的類型和相帶在遙感圖像上有充分的反映，但常規(guī)地質圖則記述得很簡單。在松散堆積物廣泛覆蓋的地區(qū)，地質圖上的要素內容也過于簡略，近年來，各類鉆井、物探資料進一步證明了遙感地質資料的可靠程度，如果能用遙感資料將各種各樣的隱伏地質信息、隱蔽地質界限，補充到這類地區(qū)的地質圖上去，則將大大改善其地質研究程度，所以地址測繪開展了大比例尺地質填圖，在這些工作中如能充分正確地應用遙感技術，也必將大幅度提高大比例尺地質圖件的精度和專業(yè)水平，加快詳細地址測繪、專業(yè)勘測的進度。
三、遙感技術帶來的新信息
縱觀遙感提供的構造新信息可概括為：
1.表淺硬固地殼中的大斷裂和韌性剪切帶；
2.地塊和巖塊；
3.密布的直線形斷裂和大節(jié)理；
4.碎裂塊體與漂移巖塊；
5.塑性-硬固地殼中垂直貫通的強爆環(huán)形斷裂；
6.地殼中的膨隆及塌陷地段等。通過遙感分析發(fā)現的不同世代、不同級別的環(huán)形斷裂，包括隱伏侵入體和巖漿強爆中心等地質條件，我們堅信，這一新的地質構造理論終將會萌生、生長，給地質測繪帶來革命性發(fā)展。
地質災害作為一種特殊的不良地質現象，也是地質測繪工作的重中之重。無論是滑坡、崩塌、泥石流等災害個體，還是由它們組合形成的災害群體，在遙感圖像上呈現的形態(tài)、色調、影紋結構等均與周圍背景存在一定的區(qū)別。因此，對崩、滑、泥等地質災害的規(guī)模、形態(tài)特征及孕育特征，均能從遙感影像上直接判讀圈定。由此，通過地質災害遙感解譯，可以對目標區(qū)域內已經發(fā)生的地質災害點和地質災害隱患點進行系統(tǒng)全面的調查，查明其分布、規(guī)模、形成原因、發(fā)育特點、發(fā)展趨勢以及危害性和影響因素。在此基礎上進行地質災害區(qū)劃，劃分地質災害易發(fā)區(qū)域，評價易發(fā)程度，為防治地質災害隱患，建立地質災害監(jiān)測網絡提供基礎資料，此外，遙感在大型工程規(guī)劃選址，工程地質穩(wěn)定性評價，鐵路、高速公路、引水工程、水利電力建設等方面進行了廣泛應用，初步顯示出遙感的技術優(yōu)勢，取得了顯著的社會效益和經濟效益。
四、遙感調查中尚存在的主要問題
遙感技術尚未得到廣泛的應用。在地質測繪隊伍中，目前人們對遙感技術比較陌生，使得遙感技術在地質災害調查中難以發(fā)揮應有的作用；地質災害遙感調查工作需要多時相的實時或準實時的遙感信息源，而這種信息源價格昂貴。受資金限制，地質災害的遙感調查工作難以得到普及，目前只能局限于重點地區(qū)與重點工程的地質災害調查；目前常用的遙感信息源空間分辨率較小，難以滿足地質災害點的詳細調查工作，這使得遙感技術僅在宏觀調查中應用廣泛，而在微觀上應用較少。遙感技術在工程地質勘測、環(huán)境地質和地質災害研究方面獲得廣泛的應用和良好的效果，但急待以新的思路進行深入研究，提高應用水平。
五、結束語
遙感技術是一門新興的高新技術手段，利用遙感技術開展地質災害調查不僅是必要的，而且是可行的。遙感技術可以貫穿于地質災害調查、監(jiān)測、預警、評估的全過程。隨著遙感技術理論的逐步完善和遙感圖像空間分辨率、時間分辨率與波譜分辨率的不斷提高，遙感技術必將成為地質災害及其孕災環(huán)境宏觀調查以及災體動態(tài)監(jiān)測和災情損失評估中不可缺少的手段之一，給地質測繪工作提供更先進的技術支持和更全面的數據庫資料，為“數字中國”提供更翔實的數據和信息，以全面提升行業(yè)領域中的綜合競爭力。
參考文獻：
[1] ;發(fā)揚成績 搞好改革 開創(chuàng)地質測繪工作的新局面[J];中國地質;1984年10期
[2] 熊盛青;聶洪峰;楊金中;;遙感技術在地質災害調查與監(jiān)測中的應用[A];全國突發(fā)性地質災害應急處置與災害防治技術高級研討會論文集[C];2010年
主要欄目
地震工程與地震監(jiān)測
土木水利工程
巖土工程
綜合防災減災
關鍵詞:無線傳感器網絡;滑坡監(jiān)測;實時監(jiān)測;ZigBee協議;節(jié)點設計
中圖分類號:TP273文獻標識碼:B
文章編號:1004-373X(2009)12-169-04
Design of Landslide Monitoring System Based on Wireless Sensor Network
LI Bo,LAI Yushu,HUANG Qian,WEN Jianxiang
(Chongqing Three Gorges University,Chongqing,404000,China)
Abstract:A monitoring system mainly using the wireless sensor network is introduced for the landslide monitoring.Firstly,the structure and working principle of the monitoring system are introduced.Then,the wireless sensor network which applies to landslide monitoring is elaborated.Finally,an illustrative example war presented for demonstration purposes,and in which the hardware and software design of the network node is introduced.The analyzed data given in an experiment validated the monitoring system,which can better solve some unsure questions in landslide monitoring,such as save energy consumption,wide adaptability,practical.So it can better carry out the monitoring and control in the Yangtze River Three Gorges reservoir area′s,and other adverse geological conditions geologic hazard.
Keywords:wireless sensor network;landslide monitoring;real-time monitoring;ZigBee protocol;node design
0 引 言
隨著三峽庫區(qū)儲水,誘發(fā)沿江兩岸發(fā)生重大滑坡災害的概率增加,有關三峽庫區(qū)滑坡災害問題已經引起有關部門和社會的廣泛關注。針對危巖、塌方、滑坡、地面沉降、地裂縫、泥石流,甚至地震等地質災害問題,傳統(tǒng)的方法是人工監(jiān)測,通過攜帶監(jiān)測儀器現場測試的方式對異動信號進行收集,獲取地質災害發(fā)生前的相關信息。但是,由于地質災害發(fā)生的偶然性,以及三峽庫區(qū)部分地區(qū)惡劣的地形環(huán)境等因素,傳統(tǒng)的人工監(jiān)測方式無法有效把災害防患于未然。因此,建立實時的自動化監(jiān)測預警系統(tǒng)是必然的發(fā)展趨勢。
目前在巫山縣多個滑坡地帶的實時監(jiān)測系統(tǒng)中[1,2],普遍采用基于鉆孔傾斜儀深部位移監(jiān)測、GPS表變形監(jiān)測。傳感器和儀器設備檢測的信號,目前都采用線纜或者GPRS通信的方式匯集到中心計算機上,采用線纜的方式有明顯的弊端,除了在危險地帶不易布線,施工接續(xù)困難外,還易被人為破壞,容易受到自然災害的破壞性影響。采用GPRS通信的方式也有其技術上的局限性,并且在庫區(qū)一些偏遠地區(qū)和山區(qū),信號較弱,甚至收索不到信號,因而無法建立有效的GPRS自動監(jiān)測網絡。
采用無線傳感器網絡(WSN)技術實現庫區(qū)特殊地段地質災害的實時監(jiān)測應該是一種技術上先進,適宜庫區(qū)地貌特征的有效嘗試。由于WSN本身的冗余性、無線性、網絡的自組織性,而具有較強的抗破壞能力,因而可以在基礎通信設施可能被毀壞的情況下,完成一定的通信任務。因此,把無線傳感器網絡技術應用到長江三峽庫區(qū)特殊地帶的滑坡災害監(jiān)測預警中,利用各種傳感器實時采集信息,通過無線的方式將信息傳輸給控制中心,能夠解決布設有線監(jiān)測系統(tǒng)的缺陷,而且適用于GMS網絡信號無法覆蓋的偏遠山區(qū)滑坡災害監(jiān)測。
1 適合于滑坡監(jiān)測無線傳感器網絡系統(tǒng)設計
1.1 監(jiān)測預警系統(tǒng)的總體結構
在大范圍監(jiān)控、預警的基礎上,以局域網為研究平臺,主要致力于數據采集和發(fā)送的有效性及處理上的精確性,監(jiān)測預警系統(tǒng)的總體結構如圖1所示,可分為2個部分:上層的監(jiān)控中心和下層的監(jiān)控基站。監(jiān)控基站和監(jiān)控中心通過以太網連接起來,此外管理人員也可以通過自定義網絡訪問監(jiān)控基站。監(jiān)控基站和眾多的無線傳感器節(jié)點一起組成無線傳感器網絡。無線傳感器網絡具有很好的擴展性,隨意地增減節(jié)點,對網絡的拓撲結構和組網模式無太大影響,因而可以方便地根據實際情況增加或減少監(jiān)控節(jié)點的數量。
圖1 系統(tǒng)結構圖
1.2 適用于滑坡監(jiān)測的無線傳感器網絡設計
這種無線傳感器網絡由眾多具有感知和路由功能的無線傳感器節(jié)點組成,能夠協作實時監(jiān)測,感知并采集各種環(huán)境對象的信息,將其通過多跳轉發(fā)傳送回主機進行分析、處理。以這些工作節(jié)點為依托,通過無線通信組成網絡拓撲結構。
系統(tǒng)中大部分的節(jié)點為子節(jié)點,從組網通信上看,他們只是其功能的一個子集,稱為 RFD(精簡功能設備)[3,4],這種設備不具有路由功能;另外還有一些節(jié)點負責與控制子節(jié)點通信、匯集數據和控制,或起到通信路由的作用,稱為 FFD(全功能設備或協調器)。如圖2所示為一個典型的遠程數據采集并返回到計算機終端的應用。每個節(jié)點由一個 MCU 作為主控設備。通過傾角傳感器可以監(jiān)測滑坡的運動狀況,通過液位傳感器監(jiān)測地下水位深度,數據采集間隔也可以由中心服務器靈活控制,在旱季可以調整為每24 h采集并傳遞1次數據,從而節(jié)省能量并避免大量的冗余數據。而在雨季危險期,其采集間隔可以密集到5 min/次,從而保證實時監(jiān)測預警功能。每個信號采集節(jié)點通過 ADC 從模擬傳感器得到實時數據,按照 ZigBee 協議把數據打包,并通過射頻芯片及前端天線發(fā)送給簇內的RFD;經過RFD預處理之后,再由RFD路由轉發(fā)到遠端計算機;結合地貌特點、滑坡的分布特點,多個水流量檢測點之間的相互關系等多種地質學、水流動力學等方面的知識進行數據的融合和處理。在每個節(jié)點的外部可外接相應的 PIO 芯片和其他電路進行交互。
圖2 無線傳感器網絡拓撲結構示意圖
在整個硬件平臺的設計中, 節(jié)能是一個重要因素[5], 它決定著傳感器網絡的壽命。當節(jié)點目前沒有傳感任務并且不需要為其他節(jié)點轉發(fā)數據時,關閉節(jié)點的無線通信模塊、數據采集模塊等以節(jié)省能耗,即讓其置于睡眠狀態(tài)。為控制子節(jié)點選擇合適的地點,提供較充足的能源,以便延長節(jié)點使用壽命,提高監(jiān)測預警系統(tǒng)有效性。
在軟件設計上 ,通過動態(tài)電源管理(Dynamic Power Management,DPM)技術使系統(tǒng)各個部分都運行在節(jié)能模式。在關閉空閑模塊狀態(tài)下,傳感器節(jié)點或其他部分將被關閉或者處于低功耗狀態(tài) ,直到有“感興趣”的事件發(fā)生。
2 應用實例
2.1 應用背景
清泉路滑坡為袁家蹬潛在滑坡的組成部分[6](見圖3),位于袁家蹬潛在滑坡的前部,滑坡段北部位于長江左岸大溪溝右岸、東北部位于長江左岸河漫灘。清泉路滑坡外形似梨形,坐落在長江第一、二級階地上;袁家蹬潛在滑坡體(包括清泉路滑坡)形似腎形,坐落在長江第一至第三級階地上,西側與長堰塘滑坡相鄰。由于滑坡為大型松散堆積層滑坡,三峽水庫正常蓄水運行后,滑坡前緣大部分將被水淹沒,清泉路滑坡 80%位于庫區(qū)水位變動帶,局部及整體失穩(wěn)的可能性大。從滑坡變形機制可以推斷清泉路滑坡為兩滑動的松散土體滑坡,具有兩級滑動面(見圖4)?；骂A警的確定是監(jiān)測滑坡的重要內容,也為治理滑坡提供了數據分析。
圖3 清泉路滑坡平面圖
圖4 滑動面示意圖
由于監(jiān)測信息的實時采集、傳輸和處理均與節(jié)點密不可分,所以著重介紹節(jié)點的軟硬件設計[7-10]。
2.2 硬件系統(tǒng)設計
2.2.1 無線收發(fā)單元
采用SRWF-501-50型微功率無線數傳模塊,該無線通信模塊具有很強的抗干擾能力,全透明傳輸,體積小,傳輸距離遠,低功耗及休眠功能。
2.2.2 MCU 控制單元(AT89C52)
數據處理模塊是傳感器網絡節(jié)點的核心部分,一方面接收來自傳感器的測量數據,按要求對數據進行處理和計算等,交給通信模塊發(fā)送;另一方面讀取通信模塊送入的數據信息,對硬件平臺其他模塊的操作進行控制。
2.2.3 數據采集模塊
傳感器采用傾角傳感器和液位傳感器,每個孔洞都會在最下端部署一個液位傳感器,在不同深度部署數個傾角傳感器,通過傾角傳感器可以監(jiān)測山體的運動狀況,液位傳感器采集地下水位深度的數據,圖5給出無線傳感器節(jié)點電路構成框圖。
圖5 無線傳感器節(jié)點電路構成框圖
2.2.4 后臺監(jiān)控單元(嵌入式系統(tǒng))
處理器模塊的CPU 采用三星公司的基于ARM7的S3C44B0微控制器,在ARM 中移植了μCOS-Ⅱ實時多任務操作系統(tǒng)[11],以進行實時多任務管理。對于共享同一種資源會存在資源競爭的問題,系統(tǒng)中采用了事件標志和信號量的方法來實現同步機制,使得原子操作不需要關掉所有的中斷,從而不會造成系統(tǒng)的響應延遲。
2.3 軟件模塊設計
按照硬件電路設計思路,軟件采用模塊化結構程序設計方式[12]。軟件模塊包括:系統(tǒng)初始化、數據發(fā)送模塊、接收中斷服務、突發(fā)中斷采集、A/D采集模塊、UART串口模塊。系統(tǒng)初始化基本思路:上電后設置串口方式3,開啟定時中斷和外部中斷,啟動接收模塊,進行通信檢測,進入省電模式。這里簡單給出主程序流程圖(見圖6),中斷流程圖(見圖7),圖7中中斷為接收中斷,中斷1為突發(fā)中斷。
圖6 主程序流程圖
圖7 中斷流程圖
2.4 數據處理與圖形分析
通過實驗對系統(tǒng)的誤碼率進行測試,在不同環(huán)境、不同距離的通信測試中,得出系統(tǒng)的信道誤碼率為10-2,傳輸距離在500~1 200 m時,平均誤碼率為10-5～10-6之間。對清泉路滑坡實際測試中,假設發(fā)送數據x幀時,接收到y(tǒng)幀,即發(fā)送11×x b,正確接收到11×y b,得到滑坡監(jiān)測數據,如表1所示,并根據計算公式:
誤碼率=11×[(x-y)/x]
分析得出系統(tǒng)實際誤碼率,如圖8所示。從圖8中可看出,在數據較小時,誤碼率幾乎為0,隨著數據的增大,系統(tǒng)誤碼率維持在10-5～10-6之間,符合無線傳感器網絡的通信要求,證實了整個系統(tǒng)在滑坡監(jiān)測中的有效性。
表1 誤碼率測試數據表
發(fā)送x /b接收y /b(x-y) /b誤碼率
100 000 100 00000
500 000 500 0000 0
1 000 000 999 99911.1×10-5
1 500 0001 499 99910.73×10-5
2 000 0001 999 99910.55×10-5
2 500 0002 499 99820.88×10-5
3 000 0002 999 99820.73×10-5
4 000 0003 999 99820.55×10-5
5 000 0004 999 99730.66×10-5
圖8 誤碼率測試圖
3 結 語
無線傳感器網絡被認為是影響人類未來生活的重要技術之一[13], 這一新興技術結合了現有的多種先進技術,為人們提供了一種全新的獲取信息、處理信息的途徑?；跓o線傳感器技術和地面監(jiān)測點組網,基本建立了研究三峽庫區(qū)特殊地段滑坡監(jiān)測系統(tǒng),通過使用證實了整個系統(tǒng)的可行性。對系統(tǒng)稍加修改便可以應用在水質污染、森林火災等自然災害監(jiān)測中,還可以應用在室內防盜、智能交通、工業(yè)監(jiān)控等領域。
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關鍵詞：礦山地質環(huán)境； 治理； 恢復
中圖分類號：F407文獻標識碼： A
我國礦產資源較為豐富，隨著工業(yè)化的發(fā)展趨勢，各地對資源的需求逐漸增加。由于生產技術的局限，導致我國在開采礦產資源上缺乏一定的規(guī)章制度，不合理的開發(fā)利用導致了礦山地質環(huán)境的迅速惡化，自然災害頻發(fā)，造成嚴重的經濟損失。因此做好礦山地質環(huán)境治理恢復工作已經迫在眉睫。
1.礦山地質環(huán)境存在的主要問題
由于我國的開采技術仍然相對落后，在礦山開采的過程中造成大量的浪費。而且大多數采礦企業(yè)對于地質防災和環(huán)境保護意識薄弱，使得我國現在的礦山環(huán)境形勢不容樂觀。
1.1資源的破壞和浪費
過度和不合理的開采，首先導致了土地資源的破壞。由于開采企業(yè)對地質的情況了解不清，使得一些耕地破壞嚴重。金屬的開采會造成水土流失，在一定程度上破壞了周圍林地的資源，使得土地貧瘠，無法可持續(xù)利用。其次我國開采礦山資源的現狀是對開采過的礦山僅僅只是棄之不用，而沒有采取相應的措施對其進行維護。因此，山體的地貌有了很大程度的破壞，很容易由此產生地質災害。礦山的開采也會對周邊的水資源狀況產生不利影響。有些開采過的礦山很容易發(fā)生坍塌，但是由于沒有系統(tǒng)的保護措施，使得礦坑水下滲，對地下水造成污染。
1.2地質災害頻發(fā)
環(huán)境的不斷惡化以及地形的破壞都會造成地質災害的不斷發(fā)生。礦山地質災害主要有地面塌陷，泥石流，滑坡等常見現象。其中塌陷是由于在開采過程中疏于管理，造成地下大面積采空造成的，一旦發(fā)生地面塌陷，會對開采人員的生命安全造成嚴重威脅。而泥石流主要是自然誘因及地表規(guī)劃不合理導致的，這不僅是對礦山環(huán)境的極大破壞，也會造成經濟上的重大損失。
1.3開采后垃圾污染嚴重
隨著礦山開采活動的頻繁，很多廢棄物和垃圾都會殘留在開采現場。垃圾的日益堆積，將嚴重影響當地人們的正常生活。而且由于礦山中的固體廢棄物大多含有金屬成分，與空氣接觸時間過久就會發(fā)生氧化作用，在下雨時中會隨著雨水擴散，導致嚴重的水污染，不僅影響農作物生長，對人們的健康也會造成威脅。部分金屬在空氣中暴露過長時間有可能形成酸性物質，和雨水混合之后產生酸雨。酸雨對自然環(huán)境有著致命的危害，會造成植被退化，動植物受到侵害，最終的后果是不可估量的。
2.環(huán)境恢復和治理的目標和任務
為了能夠實現對地質礦山環(huán)境的優(yōu)化，首先要做的就是明確治理目標，制定合理有效的任務規(guī)劃。
2.1環(huán)境恢復與治理的目標
進行環(huán)境保護的首要目標就是依據現有的相關法律法規(guī)以及對礦山地質環(huán)境的具體要求建立管理體制，通過系統(tǒng)規(guī)范的章程，使開采活動與周圍生態(tài)環(huán)境協調一致。其次要防止地質災害的發(fā)生，保證人身安全。通過采取相應的措施對地面塌陷、泥石流等地質災害實現分階段管理，最終徹底消除地質災害。最后，是將礦山建立成為綠色生態(tài)區(qū)，提高礦山綠化面積。
2.2環(huán)境恢復和治理任務
對于當前的地質災害，資源地貌破壞以及垃圾污染狀況，需要科學合理的治理與監(jiān)測，對周圍的地質環(huán)境進行全面保護。同時在開采過程中，要進行嚴格的監(jiān)督措施，在整體地質環(huán)境保護的基礎上，綜合治理地質環(huán)境。重要可以分為幾個具體任務：
（1）對當前具體礦山地質環(huán)境進行全面調查分析，得到現狀評估數據。
（2）根據現狀評估數據劃分需要進行地質環(huán)境治理的區(qū)域。
（3）對于已經劃分好的區(qū)域，制定綜合環(huán)境治理和恢復的計劃，同時確定不同階段的分目標，確定各階段實施治理的對象。
（4）根據確定的綜合計劃以及分階段計劃找到合適的技術方法和恢復措施，進行資金估算。
（5）將以上的內容運用到實際中，規(guī)劃好進度安排。
3.礦山地質環(huán)境治理與恢復措施
根據具體的治理目標，需要采取相應的措施來實現，一般可以分為以下三個方面：
3.1建立規(guī)范的管理制度和完善標準化措施
長期以來，我國在采礦過程中都很少關注地質環(huán)境保護，以至于遺留下來很多問題亟待解決，雖然政府已經意識到礦山地質環(huán)境保護的重要性，但是由于沒有規(guī)范性文件的約束，效果并不明顯。對于不同地區(qū)的不同環(huán)境，都有其特殊的治理要求，只有建立適應不同區(qū)域的管理體系，才能夠通過差別化管理，對各個地區(qū)的礦山地質環(huán)境保護工作全面落實覆蓋。而且政府需要將礦山地質環(huán)境的治理和恢復工作納入到整個礦山開采活動過程之中，使得企業(yè)在完成采礦活動之后，能夠自覺地進行治理和恢復，盡最大的努力將已經變動過的地貌進行一定程度上的修復。開采活動中明確制定標準化要求，將開采產生的廢棄物和垃圾謹慎處理，保證植被的酸堿中和度，保持良好的土壤質量，實現地質環(huán)境恢復與生態(tài)環(huán)境的協調一致。
3.2對地質環(huán)境進行分等級治理和保護
不同礦山的地質情況存在較大差異，礦產分布也是情況迥異。在礦山地質環(huán)境的治理方面，需要根據自然發(fā)展的規(guī)律，國家對資源的需求程度以及對可持續(xù)發(fā)展的要求進行分級管理。首先要根據地質基本情況，對不同的地質環(huán)境進行分類，建立不同的礦山地質環(huán)境治理模式，按照不同的等級采用相應的治理模式。其次要注意全面治理與重點把握相結合。對污染情況或者是環(huán)境特別惡劣的礦山，要重點關注，高度重視；但是不能顧此失彼，對其余等級的礦山也要采取調查研究，開展有效的保護工作。
3.3對各種不同的地質災害進行控制
由不同因素造成的地質災害大致可以分為地面塌陷、滑坡以及泥石流三種情況。不同的地災害有著不同的治理措施。
（1）對于滑坡，有效的治理措施是加固工程，采用擋板做成支架。在利用擋板的時候，要注意高度不宜過高，否則無法獲得最佳防護效果。進行削坡處理也是較為常見的一種方法，通過
降低開采地段的坡度，提高邊坡穩(wěn)定性，保證安全性。
（2）泥石流作為常見的地質災害之一，主要發(fā)生在強降雨階段。因此需要根據泥石流產生的原因進行分析采取相應措施。泥石流主要是由于在開采過程產生了大量的廢棄物而形成的，減少這些廢棄物是最主要防治的方法?？梢酝ㄟ^對比較分散的松散物進行及時清理，當清理不完全時，也可以修造擋板，擋砂壩等工程防止廢棄物下移。泥石流與水源有著重要的聯系。在進行開采時，要修建質量過關的排水體系，預防堵塞。植被對于水的疏導起著重要作用，可以通過綠化礦山，增加植被面積來疏導水源流向。
（3）地面塌陷是由于地下水被大量抽空，地下采空區(qū)面積過大造成的?？梢圆捎梅缆┽∧痪徑庖虻叵滤笔г斐傻乃?。也可以利用廢石回填來縮小地下采空區(qū)面積。只有優(yōu)化礦山開采計劃才能在根本上真正消除地面塌陷。
4.結束語
隨著我國經濟的快速發(fā)展，對資源的需求也越來越多。礦山作為獲取能資源的主要場所需要實現生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的協調統(tǒng)一。在開發(fā)礦產資源的時候，不能一味地只考慮經濟利益，還應該保護礦山地質環(huán)境，加強治理和恢復，實現人類社會與大自然的和諧發(fā)展。
參考文獻：
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摘要：本文作者結合多年來的工作經驗，對水工環(huán)地質勘察中的技術及應用范圍進行了分析，具有一定的參考意義。
關鍵詞：水工環(huán)；地質勘探；應用范圍；技術
中圖分類號：F407.1文獻標識碼：A文章編號：
自1999年地質大調查計劃實施以來，水工環(huán)地質工作在戰(zhàn)略性、基礎性和公益性方面全面推進，并取得了初步成果。結合國家經濟建設和社會發(fā)展，實施了長江中下游水患區(qū)、黃河中下游地區(qū)、首都圈地區(qū)、東南沿海地區(qū)、環(huán)渤海地區(qū)等重要國土區(qū)的地質環(huán)境調查；在全國400個地質災害嚴重的縣（市）實施了地質災害調查與區(qū)劃的計劃，使地質災害造成的人員傷亡明顯減少；在鄂爾多斯周緣和西部干旱地區(qū)成功地開展找水工作，極大地緩解了當地的人畜用水緊缺問題，取得了明顯的社會效益；完成了三峽庫區(qū)19個縣區(qū)的地質災害調查與區(qū)劃，為三峽庫區(qū)地質災害防治和監(jiān)測預警提供了及時的地質依據。因此，對水工環(huán)地質勘察中的技術及應用范圍進行研究具有重要的意義。
1方法原理及應用
1·1高密度電法
高密度電法是以研究地下介質體的電阻率差異為地球物理基礎,集電剖面和電測深為一體,采用高密度布點,進行二維地電斷面測量的一種電阻率勘察技術。它屬于一種陣列式勘探方法,其原理與普通電阻率法相同,集中了電剖面法和電測深法。所不同的是在觀測中設置了高密度觀測點,數據采集密度大,能較直觀地反映斷面電性異常的形態(tài)、規(guī)模和產狀等。以美國產STING為代表的高密度電法儀,在野外測量時將幾十乃至上百根電極全部置于剖面上,利用程控電極轉換開關和微機工程電測儀便可實現剖面中不同電極距、不同電極排列方式的數據快速自動采集。與常規(guī)電阻率法相比,高密度電法具有以下優(yōu)點:①電極布置可一次性完成,減少了因電極設置引起的故障和干擾,提高了工作效率;②能選用多種電極排列方式進行測量,可獲得豐富的有關地電斷面信息;③野外數據采集實現了自動化或半自動化,提高了數據采集速度,避免了手工錯誤操作。此外,隨著地球物理反演方法的發(fā)展,高密度電法資料的電阻率成像技術也從一維和二維發(fā)展到三維,極大地提高了地電資料的解釋精度。中國于20世紀末期開始對高密度電法從理論方法和實際應用的角度進行了探討與完善,并在水工環(huán)等領域進行了推廣應用。其中在壩體穩(wěn)定性評價、壩基滲漏勘查、堤壩裂縫檢測方面,在公(鐵)路高架橋、高層建筑選址、機場跑道的地基勘察方面,在防空洞、涵洞、溶洞、古河道、洞(墓)穴等地下局部不明障礙物探測方面均取得了明顯的工作成效。此外,高密度電法在尋找地下水(確定最佳井位)、管線探測、查明采空區(qū)、巖溶調查及地質災害評價等工程物探領域也取得了較好的應用效果。
1·2可控源音頻大地電磁法(CSAMT)
可控源音頻大地電磁法(Controlled Source Audio-frequencyMagnetotelluric)是在大地電磁法(MT)和音頻大地電磁法(AMT)基礎上發(fā)展起來的,利用接地水平電偶源為信號源的一種電磁測深法。CSAMT是1975年由Myron Goldstein提出的,它基于電磁波傳播理論和麥克斯韋方程組建立了視電阻率和電場與磁場比值之間的關系,并且根據電磁波趨膚效應理論得出電磁波的傳播深度(或探測深度)與頻率之間的關系,通過改變發(fā)射頻率來改變探測深度達到頻率測深的目的。
CSAMT法作為普通電阻率法的補充,可以解決深層的地質問題。目前,已商業(yè)化的CSAMT儀器有加拿大鳳凰公司研制的V5、V6、V8系列和美國Zong公司研制的GDP—32系列,在尋找隱伏金屬礦、油氣構造勘查、推覆體或在火山巖下找煤、地熱勘查和水文工程地質勘查等方面得到了廣泛應用。其中在地下水資源勘察方面, CSAMT法適合尋找深部的基巖裂隙水。此外CSAMT法在工程勘察中的壩體滲漏調查、公(鐵)路深埋長大隧道構造勘察以及在南水北調工程西線的地質勘查、小浪底水利工程等項目中都發(fā)揮了良好的作用,如劉錄剛等(2004)用CSAMT法嘗試在雁門關隧道中進行超前地質預報,取得了較好的應用效果。
1·3瞬變電磁法(TEM)
瞬變電磁法(TEM)最初是由前蘇聯學者于上世紀30年代提出的,主要應用于航空物探領域, 20世紀80~90年代在中國開始推廣應用。首先在金屬礦勘探中獲得了較好的效果,進而推廣應用到工程檢測、環(huán)境、災害等領域,并顯示出了明顯的優(yōu)勢。其原理是利用回線(接地或不接地的)向地下發(fā)送一次脈沖電磁波(多為矩形波),在其間歇期間觀測二次渦流場。當地下存在電性不均勻地質體時,能觀測到不均勻體的渦流場(即異常二次場)。通過對異常場的解析,轉換為ρs參數進行推斷解釋,從而達到解決地質問題的目的。由于瞬變電磁法所產生的電磁場在地下介質中的傳播隨時間延長而呈47°傾斜錐面向深部擴散,通常用吹出來的“煙圈”來形象地表達這種效應,即“煙圈效應”。它表明瞬變場隨時間呈有規(guī)律的變化,這正是TEM法進行測深勘探的理論基礎。
瞬變電磁法根據激勵場源不同可分為垂直磁偶源方法(使用不接地回線)和電偶源方法(使用接地電極),其中用得較多的是垂直磁偶源中的回線場源方法。據筆者工作經驗并綜合文獻報導資料,與其它電磁法相比,瞬變電磁法具有以下優(yōu)點:①和其它電磁法一樣,橫向分辨率較高,對探測產狀較陡的局部異常地質體較為“敏感”;②觀測純異常,受地形影響小,而且沒有裝置耦合噪聲干擾,觀測精度較高;③采用不接地回線工作,特別適宜于接地條件困難地區(qū)施工,野外施工方法技術簡單,工效高;④通過不同的參數組合選擇,可以靈活地改變探測深度,從十幾米到近千米,探測不同深度的目標物。據相關資料介紹,在金屬礦勘探、巖溶、斷裂破碎帶和軟弱夾層等不良地質構造探測、地下(熱)水探測、古墓和古洞穴探測、高礦化度污染帶(如岸基海侵、鹽化工泄露污染)的圈定等方面都有過成功運用的實例。
1·4地質雷達(GPR)
地質雷達,又稱“探地雷達”。是利用寬帶高頻時域電磁脈沖波(主頻為10~1 000MHz)的反射探測目標體,用于解決地質問題的一種物探方法。其工作方法是:由地面的發(fā)射天線將電磁波送入地下,經地下目標體反射被地面接收天線所接收,通過分析接收到電磁波的時頻、振幅特性,就可以評價出地質體的展布形態(tài)和性質。由于地質雷達穿透深度與發(fā)射的電磁波頻率有關,故其穿透深度有限,探測深度最大可達100m,但分辨率很高,可達0.05 m以下。目前,地質雷達被公認為是短距離探測精度與分辨率最高、最有效的工程地球物理方法。
地質雷達因具有分辨率高、施工快捷、數據采集與處理全自動化、目標物圖象異常清晰并易于識別等優(yōu)點,在淺層勘察中有著非常廣闊的應用前景。如探測覆蓋層厚度、基巖面起伏狀況,查找隱伏斷層、破碎帶、溶洞、管道溝涵以及地下埋體,可進行環(huán)境地質、考古調查等。在水工環(huán)地質勘察中應用也十分廣泛,主要有高等級公路、機場道路質量無損檢測;隧道地質超前預報、襯砌質量檢測;探測建筑物地下邊坡孤石、機場地下古墓等不良地質體分布,消除其對鄰近或上部構筑物構成的潛在威脅;調查滑坡體及滑動面,評估崩塌、滑坡及地面沉降等地質災害;探測水庫地下防滲墻和壩體結構層,檢測灌漿質量及混凝土厚度,調查覆蓋層厚度及襯砌混凝土質量。地質雷達還可用來探測老城區(qū)的地下管道(線)展布情況及埋深。
3結論
通過對高密度電法等五種主要電法類勘察方法的原理及應用中的有關技術問題進行探討,可以看出電法勘探方法在水工環(huán)地質勘察中有著較好的應用效果。近年來,隨著微電子技術的飛速發(fā)展,物探儀器的制造水平、探測精度和抗干擾能力以及資料處理水平越來越高,電法在水工環(huán)地質勘察領域必將會有更加廣闊的應用前景。
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[關鍵詞]：隧道施工、監(jiān)控、技術分析、安全體系
中圖分類號：U455文獻標識碼： A 文章編號：
我國進行隧道施工監(jiān)控的必要性 隧道工程的工程結構存在一定的特殊性。從巖體力學的角度來分析，它是與圍巖互相作用的體系中的結構物；從地質力學的角度來分析，它是一種工程單元體，并且是不斷變化的地質體；在這樣的地質體或是巖體之中，隧道受到周邊地質環(huán)境的巨大影響那是必然的；而從結構角度來分析，周圍地質體及各種支護結構構成了這種工程單元體，也就是說周圍地質體加上支護結構等于隧道結構體系。隧道的發(fā)展過程是非常復雜的，由此我們可以清楚以下兩點：首先，如果把隧道工程看作是一種工程結生物圈物，在受力方面與地面工程存在較大的差距，因為隧道工程所處的巖體是千變萬化的，沒有明確的外力承受；其次，在隧道工程的形成過程中，從開始到結束都有一個特性存在就是受力狀態(tài)的變化，也就是說從隧道開始挖起，一直會的穩(wěn)定的受力，而圍巖內部結構則是一直處于變動的狀態(tài)。 二、新時期我國隧道監(jiān)測項目及量測要求 首先，隧道監(jiān)測項目，施工監(jiān)控量測的項目是由很多因素確定的，具體包括：圍巖類別、地質條件、圍巖應力分布情況、工程性質、隧道跨度以及支護類型等。其次，對隧道監(jiān)控量測的要求，其一、能把測點快速埋設，在挖隧道的過程中，測點通常都是在開始挖以后埋設的，為提前獲得圍巖開挖開始階段的變形動態(tài)，測點應該是與工作面緊靠的，并且要快速埋設。其二、縮短每次量測數據所用的時間。其三、測試元件要選擇具有防震、防沖擊波能力的。其四、測試的數據要準確可靠、簡單直觀并且易于計算，能夠直接應用。其五、埋設測試元件后還能保持長期有效的工作。
現階段我國隧道監(jiān)控量測的實施分析
隧道工程監(jiān)測的實施階段分為兩部分，一是儀器安裝，二是儀器測讀，所以，編制相應的監(jiān)測工程施工組織設計是必須的，并且還要對分析監(jiān)測工程設計文件、儀器布置圖以及技術規(guī)范等資料進行收集，并現場考察，在研究工程特點并對施工條件進一步確定以后，再進行施工方案的確定，并對進度計劃進行制定。首先，確定量測，每一種觀測儀器的計算都是相對計算，因此，每一個儀器都存在一個基準值。儀器在安裝埋設后開始工作的觀測值被稱之為基準值，觀測其中一個主要環(huán)節(jié)就是基準值的確定，影響資料分析是否正確的因素就是基準值適當的確定，因為確定不適當的話就會引起很大的誤斷，因此，各量測項目都會對初讀數的準確性非常關注。其次，量測圍巖周邊的位移，圍巖周邊各點趨向隧道中心的變形被稱之為收斂，所謂圍巖周邊收斂位移量測主要是指對隧道內壁面兩點間連線方向的位移的量測，兩次量測的距離差稱之為收斂值。隧道施工監(jiān)控量測的重要項目就是收斂量測，其中，最基本的量測數據就是收斂值，也是判斷圍巖動態(tài)最重要的量測項目，一定要做到準確的量測。再者，拱頂下沉量測，拱頂下沉值就是指隧道拱頂內壁的絕對下沉量，拱頂下沉速度就是單位時間內拱頂下沉值，拱頂下沉量測也是位移量測的一種，針對固結程度不高的地層或是水平成層的場合，量測收斂值量測是非常重要的，量測的數據對判斷支護效果以及指導施工起到非常重要的作用，是施工質量得以保證的基本資料，同時，也是施工安全得以保障的重要資料。最后，圍巖內部位移量測，它與隧道圍巖收斂觀測相比完全不同，后者只能測到洞室凈空收斂變形，而前者能夠對洞室圍巖內不同深度上軸向變形進行量測，所以根據這些觀測的資料，可以對洞室圍巖位移的變化范圍進行判斷，并且對松馳范圍進行分析，能夠對圍巖的穩(wěn)定性進行預測，所以，了解隧道圍巖的徑向位移分布以及松馳范圍是隧道圍巖內部位移量測的主要目的。
四、隧道施工安全風險監(jiān)控研究
在早期，我們國家的管理與安全評價在臺灣的研究是處于比較活躍的狀態(tài)，段開齡博士是早期的代表人物，在臺灣的安全管理運動就是由他推動的，因為地質情況存在特定性，香港地區(qū)在這方面的研究成果主要集中在巖土工程的應用上，一直到十九世紀七八十年代大陸地區(qū)才把項目管理的理論和方法引進來，我們國家的軌道交通發(fā)展越來越快，西部地區(qū)的隧道建設也在快速發(fā)展，這引起這一領域的重點關注。在國內較早接觸隧道風險理論的學者就是毛儒，他寫了很多有關發(fā)達國家隧道工程風險管理的論文，文中總結了很多動態(tài)及經驗，并概括了風險管理的理念以及各項過程的具體操作方法。在對盾構隧道進行防水風險等級劃分與主要風險因素識別的基礎之上，合理的模糊化風險因素，利用模糊的識別理論對盾構隧道全壽命防水風險評價進行研究，對盾構隧道全壽命防水風險進行了一定程度的量化、客觀的評價。截止到今天，也沒有一種方法是萬能的。在隧道的施工過程中，在處理不確定性風險因素中引起的隧道施工風險，如今依然還在采用施工量測技術進行控制，此種方法比較單一，沒有足夠的基于風險的分析理論，在全面系統(tǒng)的研究設計方面也不完善，沒有有效的施工安全風險評價與管理的方法。所以，雖然隧道施工安全風險的研究取得了一些有效價值，但是要解決工程實際問題還存在一定的差距，目前，并沒有形成完整的、統(tǒng)一的安全評價標準，需要進一步的研究。在工程實踐的過程中，經常發(fā)生隧道工程安全風險的事故，二零一零年至二零二零年交通部在水運及公路交通的政策中，把交通基礎設施建設項目安全風險評價作為重點研究的問題。
五、建立完善的隧道施工監(jiān)控安全體系
首先，研究預警理論的系統(tǒng)性，此項研究是在第二次世界大戰(zhàn)之后的宏觀經濟預警興起的，并且得到快速的發(fā)展及實際的應用。從一九開始，我們國家的預警理論研究就在宏觀經濟領域展開，在軍事、環(huán)境等領域應用。如今，預警體系的研究得到一定的成果，在水利、地質、水文等各方面都有了預警體系，并得到快速的發(fā)展。其次，在災害學領域預警理論的研究與應用，近些年來，在災害學領域中已經有部分文獻把預警的理論運用到其中，主要是對災害的預防與控制，例如《昭通地區(qū)滑坡泥石流預警體系及其減災效益的分析》一文顯示，在一九九零年至一九九五年，此系統(tǒng)就對十一起滑坡泥石流的災害進行了成功的預報，四百一十九人幸免于難，預報成功率達到百分之五十八。張于心等人的《鐵路自然災害宏觀預警實現的方法和途徑》，結合鐵路自然災害發(fā)生的特點，在進行客觀概率的估測及采用適應應答變化的指數平滑法對鐵路受災損失進行預測，在此基礎之上對風險度做出確定，進一步對警戒區(qū)、安全區(qū)及危險區(qū)進行劃分，使鐵路自然災害的宏觀預警得到實現。第一部系統(tǒng)研究交通災害問題的專著就是中國交通災害，而在建筑業(yè)災害預警管理中也把識別建筑災害與預防建筑災害充分的體現出來， 為建筑業(yè)的安全管理提供了全新的、全面的理論依據，與此同時，也標志著建筑業(yè)災害預警管理的研究邁向一個新的臺階。
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（①昆明理工大學，昆明 650000；②冀東太平洋（北京）環(huán)保工程技術有限公司，唐山 063000；③云南財經大學，昆明 650000）
（①Kunming University of science and Technology，Kunming 650000，China；②Jidong Pacific （Beijing） Environmental Protection Engineering Technology Co.，Ltd.，Tangshan 063000，China；③Yunnan University of Finance and Economics，Kunming 650000，China）
摘要：本文論述了利用遙感技術開展礦山地質環(huán)境調查的技術方法與路線，對云南安寧縣街磷礦區(qū)因礦山開采產生的礦區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化、巖溶石漠化、水資源污染、地表植被破壞等礦山地質環(huán)境問題的遙感影像特征進行分類?？焖?、準確、經濟地摸清研究區(qū)內礦山地質環(huán)境現狀及礦業(yè)開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的影響；為合理開發(fā)礦產資源、礦山生態(tài)恢復與治理等提供詳實資料。
Abstract： This paper discusses the technical methods and route of using remote sensing technology to carry out mine geological environment survey. The remote sensing image characteristics of mining geological problems such as ecological environment deterioration， karst rocky desertification， water pollution， vegetation destruction and so on due to mining in the phosphorite mining area in Xian Street of Anning， Yunnan are classified. The present situation of the mining area and the influence of mining explosion on ecological environment are found out fast and accurately， which provides detailed information for rational development of mineral resources， ecological restoration and management of the mining area.
關鍵詞 ：礦山地質環(huán)境評價；遙感；遙感解譯；礦山恢復治理；云南安寧縣街
Key words： mine geological environment assessment；remote sensing；remote sensing interpretation；mining recovery management； Anning Xian Street in Yunnan
中圖分類號：TD167 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）18-0215-04
作者簡介：樊驊（1994-），男，河北唐山人，在讀本科生，研究方向為資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃管理。
0 引言
礦山開發(fā)在帶來巨大經濟效益的同時也對環(huán)境產生了影響，這就使得礦山周圍環(huán)境調查顯得尤為重要。傳統(tǒng)實地調查的方法費時費力，也不易進行全面調查，本文介紹了新方法——遙感手段。經濟礦山環(huán)境綜合評價以各單元格分級結果為基礎，參照遙感影像、地理、地質等資料，對分級結果進行綜合處理，以獲取真實客觀的礦山地質環(huán)境評價成果。
1 評價方法
分析云南省的礦山地質環(huán)境，應結合實際情況，選用網格法進行合理的評價。具體操作步驟是：首先把研究區(qū)以間距為2×2km2的實際公里網分成若干網格，依次網格為單位，參考各評價指標及權值和評分分級標準，利用網格法計算得出礦山地質環(huán)境分級結果圖。然后在分級結果圖的基礎上進行綜合分析，獲得礦山地質環(huán)境評價圖。在ArcGIS平臺上進行礦山地質環(huán)境評價。
2 評價指標、分級標準和權重
只有建立礦山環(huán)境評價指標體系，才能確保礦山環(huán)境綜合評價工作的客觀性。礦山環(huán)境評價指標體系的主體是礦山開采對礦山環(huán)境影響程度，礦山的環(huán)境背景也是必要的考慮因素，體系的建立必須考慮到人類對礦山環(huán)境所起的各種正面和負面作用。該體系共設置了二十個評價指標，這些指標分屬于兩個子系統(tǒng)：一是礦山地質環(huán)境；二是環(huán)境污染及尾礦庫隱患。其中礦山地質環(huán)境子系統(tǒng)包括十六個相關指標，環(huán)境污染及尾礦庫隱患子系統(tǒng)包括四個相關指標。通過參考上述參數，分析礦山環(huán)境現狀，實現科學、合理的反映礦山環(huán)境現狀的目的。評價指標類型及分級標準見表1。
在評價決策中指標本身的作用及其價值的大小決定了該指標在綜合評價中的重要程度。應匯聚各相關領域的專家，成立專家組，對評價指標體系進行客觀評價，發(fā)現異常應及時采取有效措施進行處理，進而確定礦山環(huán)境評價指標權重值（表2）。
3 礦區(qū)環(huán)境分級評價及結論
安寧縣街磷礦區(qū)主要的開采方式就是露天開采，開采的一般都是磷礦或者石英砂巖礦?，F階段該礦山已經引起了相關部門的高度重視，因為該礦山開發(fā)引起的環(huán)境問題尚較突出，主要表現在礦山開發(fā)占用或破壞土地、地形地貌景觀破壞等方面。
結合研究區(qū)實際，取間距為2×2km2的實際公里網將研究區(qū)分為1296個網格，遵循評價指標和權重，通過網格法計算各網格得分值，并按全區(qū)分值統(tǒng)計規(guī)律，確定分級標準，劃分為優(yōu)、良、一般、較差、差5個等級，從而得到礦山地質環(huán)境分級結果圖，然后以此為依據進行綜合分析得到安寧縣街磷礦研究區(qū)礦山地質環(huán)境評價圖。
3.1 礦山環(huán)境分級評價
3.1.1 礦山地質環(huán)境評價子系統(tǒng)
①自然地理。
自然地理（A）包含四個評價指標，即地形地貌、年平均降雨量、植被覆蓋度、區(qū)域重要程度，分別用A1、A2、A3、A4表示。將A1、A2、A3、A4四個指標的權值代入網格法計算公式，通過運算得到自然地理（A）的取值：
A=0.03*（A1+A2+A3+A4）
②基礎地質。
以構造（B1）、巖性組合（B2）、邊坡結構（B3）三個評價指標的分級評分標準及權值，通過網格法計算基礎地質（B）的分值。計算公式如下：
B=0.03*（B1+B2+B3）
將基礎地質（B）的分值計算結果分成五個等級（表4），得到基礎地質評價指標分級結果圖。
③礦山開發(fā)對環(huán)境的影響。
利用網格法計算礦山開發(fā)對環(huán)境的影響（C）的分值時，需先以開采點密度（C1）、開采強度（C2）、主要開采方式（C3）、主要開采礦種（C4）、占用土地比例（C5）、地質災害（C6）、地質災害隱患（C7）、水資源破壞程度（C8）和礦山生態(tài)環(huán)境恢復治理難易程度（C9）等評價指標的分級評分標準及權值。計算公式如下：
C=0.1C1+0.05C2+0.05C3+0.05C4+0.1C5+0.1C6+0.1 C7+0.1C8+0.14C9
將礦山開發(fā)對環(huán)境的影響（C）的運算結果進劃分為“差”、“較差”、“一般”、“良”、“優(yōu)”5個級別，并繪制分級結果圖。
④礦山地質環(huán)境評價結果。
根據自然地理（A）、基礎地質（B）和礦山開發(fā)對環(huán)境的影響（C）等3個礦山地質環(huán)境評價指標的得分和分級結果，綜合得出礦山地質環(huán)境（D）分值（表6）和分級結果圖。
3.1.2 環(huán)境污染及尾礦隱患子系統(tǒng)
礦山開發(fā)對環(huán)境造成的污染以及尾礦庫潰壩隱患等，是礦山環(huán)境現狀的重要反映，必須給予充分考慮。根據表2礦山環(huán)境評價的指標權重，得出環(huán)境污染及尾礦庫隱患的分值（表7）及其分級結果圖（圖1）。
3.1.3 礦山環(huán)境總體評價
綜合礦山地質環(huán)境與環(huán)境污染及尾礦隱患評價分值結果，得到研究區(qū)礦山環(huán)境總體（評價體系）評價分級標準（表8）。
3.1.4 礦山環(huán)境分區(qū)
參考礦山環(huán)境總體評價分級結果圖，查閱相關的資料并結合礦山的實際情況，修編礦山環(huán)境分級結果邊界，最終得到礦山環(huán)境評價圖（圖2）。考慮到此次評價主要針對礦山開發(fā)引起的環(huán)境要素進行，研究區(qū)內涉及到的滇池、撫仙湖、星云湖和陽宗海4個高原湖泊水體不參與評價分類，研究區(qū)內涉及到的非工礦型縣城也不參與最終評價。
3.2 結論
依據評價結果，全區(qū)分為5個礦山環(huán)境分區(qū)：
①礦山環(huán)境差及較差分區(qū)。
區(qū)內礦山環(huán)境差及較差分區(qū)主要分布在昆明主城區(qū)的西北部、宜良縣湯池鎮(zhèn)附近、晉寧縣磷礦區(qū)、玉溪市華寧縣盤城鎮(zhèn)附近、彌勒縣竹園鎮(zhèn)附近。另外在紅塔區(qū)小石橋附近及江川縣周圍有零星分布。這些區(qū)域是目前安寧研究區(qū)礦山開采最活躍的地區(qū)，礦山開發(fā)以露天開采磷礦和砂石料為主。
②礦山環(huán)境一般分區(qū)。
主要分布在礦山環(huán)境差及較差分區(qū)的外圍區(qū)域、四大水體的周邊，本區(qū)域礦山活動較少，僅局部地區(qū)存在一定程度的粉塵污染。
③礦山環(huán)境良優(yōu)分區(qū)。
研究區(qū)礦山環(huán)境良、優(yōu)分區(qū)內，少有各類礦山分布，礦山開發(fā)對環(huán)境的影響較小。
通過遙感方法我們快捷方便得得出了有關自然環(huán)境、基礎地質、礦山影響及污染隱患等多種數據，這極大地加快了我們環(huán)境調查的效率，節(jié)省了大量資源。遙感方法具有整體性，把眾多因子反映在同一張圖中，更有利于分析和決策。
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