滑坡监测数据采集频率的自适应动态调整方法及应用.pdf
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1、第 9 期 山 西 焦 煤 科 技 No.92023 年 9 月Shanxi Coking Coal Science&TechnologySep.2023专题综述收稿日期:2023-05-05基金项目:四川矿产资源研究中心开放基金(SCKCZY2022-YB017)作者简介:于超(1984),男,江西九江人,2011 年毕业于成都理工大学,高级工程师,主要从事地质灾害防治工作(E-mail)398253282 滑坡监测数据采集频率的自适应动态调整方法及应用于超1,亓星2,曹汝亮2(1.江西省地质局 第二地质大队,江西九江332000;2.四川轻化工大学 土木工程学院,四川自贡643000)摘要
2、自动化远程监测是有效获取监测区域内对应监测数据的重要手段,而监测频率过高会导致存储和数据发送的冗余,监测频率过低则可能导致漏掉关键监测信息。由此提出了针对监测设备采集频率的自适应动态调整方法,可以实现各类常见自动化监测设备的频率动态调整,以阈值判定作为采集频率的动态调整标准,实现在有效监测的前提下大幅度减少无用监测数据。关键词自动化监测设备;采集频率;自适应动态调整;阈值判定中图分类号:P642.2文献标识码:A文章编号:1672-0652(2023)09-0031-02监测数据的自动化采集一直是各类监测设备的集采方式,以地质灾害自动化监测设备为例,常见的滑坡、崩塌等地质灾害常用变形监测、倾斜
3、监测等手段进行有效监测和预警,而这一过程中,对于变形、倾斜等关键数据的获取也是成功预警地质灾害的关键,如近年来成功应急抢险的白格滑坡1,贵州兴义龙井村滑坡2,都依靠了有效的监测数据。为了及时有效地预警地质灾害,自动化监测数据的采集频率需要足够高,但一味地提高监测频率,会导致实际监测应用中出现问题,主要表现出以下两方面:监测设备本身的存储空间有限,高频率的监测数据会使设备产生大量的多余数据,对于自身的存储存在较大压力,而在地质灾害基本稳定期间并不需要过高的频率,大部分数据在地质灾害发生前都属于冗余数据,因此仅需要在地质灾害临近发生各个监测因素产生明显变化时的高频监测数据;监测设备采集的数据一般通
4、过发送模块发送到远程服务器中存储,数据发送是整个监测数据获取中最耗电的过程,持续高频的数据发送对于服务期存储本身就存在很大压力,同时监测设备一般布设在偏远的地质灾害体上,难以接入市电,需要通过太阳能等现场供电方式对监测设备进行连续供电,对于较高耗电过程的设备发送,会严重消耗本地电量,特别是在连续阴雨天,极易造成设备本身供电不足而断开。近年来,出现了可以智能进行高频 率 采 集 的 变 形 监 测 设 备 并 得 到 了 有 效 应用3,可在滑坡地质灾害监测过程中及时获取精细的数据,但这种通过变形反馈驱动采集的方式很难适用于其他场合,且应用过程中需要设备自身多个比较器和转换器的工作判别,机制较为
5、复杂,在进行其他因素监测时需要对每种监测参数进行适配,普适性较弱。由此,根据近年来地质灾害监测设备的发展,提出了更加简单有效的自动化监测设备监测数据采集频率的自适应动态调整方法。1自动化监测设备的基本特点常见的自动化监测设备主要由传感器、数据采集和存储发送装置、设备供电装置及外设几大部分组成4-5,其中数据采集存储和发送装置通过对传感器的数据读取实现采集,并存储读取到的数据和发送到指定服务器实现监测数据的实时监测。这一过程也是整个监测设备的主要耗电过程,其中数据的存储和发送是最为耗电的,占了整个设备功耗约 60%.由此,当监测设备的监测频率提高时,随着存储频率和数据发送频率的同步提高,会导致设
6、备耗电量的大幅度提高,同时带来设备供电压力和存储需求的增大。但实际应用中并不需要监测设备随时都处于高频率监测状态,以滑坡灾害自动化监测设备为例,滑坡变形最关键的监测阶段为加速变形阶段,此时滑坡变形逐渐加快并最终失稳破坏,需要监测设备的频率尽量提高以获取完整的变形数据方便后续预警和应急处置,而在滑坡缓慢变形或无明显变形的基本稳定阶段,由于滑坡变形量小,此时监测主要是获取滑坡长期发展趋势,不需要频率过高以防止占用大量存储和增加功耗。2监测频率的动态调整方法及应用为了平衡稳定阶段的定期监测和加速变形阶段的高频监测需求,监测频率的动态调节方法应运而生。现有部分解决方法是基于环境驱动变频的被动变频监测,
7、其原理是变形发生以后进行多组判别,然后决定是否采集该数据。该方法虽然可以判别变频有无问题,但其属于被动变频判别,当设备产生故障掉线时,无法通过主动采集数据的方式及时发现设备故障,可能存在设备维护的不及时。由此,可以采用更合理的主动监测频率自适应动态调整方法,具体思路为:自动化监测设备的数据采集装置平常按照固定频率采集传感器数据,同时每秒不断比较最新数据与之前固定采集的监测数据的差异,当最新读取到的监测数据和最近一次固定频率采集的数据差异值达到设定的阈值 S 时,则记录最新的这组数据,反之如果读取到的数据小于阈值 S 则不记录该组数据。以此类推,在监测过程中不断比较最新读取的监测数据与新记录的数
8、据之间的差值是否大于设定的阈值 S,最终实现监测数据的自适应动态调整。以地质灾害自动化监测领域为例,该方法可用到各种常见监测设备中。如对于滑坡变形具有明显裂缝的区域采用裂缝计进行监测时,常规的裂缝计监测精度一般在1 mm 以内,当监测到最新的两组裂缝变形数据的变化量超过 1 mm 时,说明滑坡裂缝产生了变形,由此,可设置阈值 S 为 1 mm,此时裂缝计以高频状态每秒 1 次的频率监测裂缝实际读数值和最新存储的裂缝值之差。当监测得到的实际数值和最新存储值之差小于阈值 S 时,不记录高频数据,只按照常规每小时 1 次或其他固定低频率存储裂缝数据,而当裂缝变化速率增大,使监测到的实际数值与最新的存
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