基于地质地压特征的智能动态预警监测系统设计及应用

胡国庆，孙寿海，李沿芝

（山东安达尔信息科技有限公司，山东 泰安 271000）

随着社会经济的快速发展，在极大程度上促进了矿产行业的开发工作。但在矿产资源开采过程中，由于操作流程不规范或采矿手段存在缺陷等因素，很容易诱发矿区的地质灾害[1]。智能动态预警监测系统是针对矿区地质灾害进行监测的有效手段，而地质地压特征则是直接影响智能动态预警监测误报警率以及准确度的关键因素。由于矿区地质在开采过程中长时间处于挤压环境中，矿体地压大造成结构极易发生变形。滑坡作为矿区地质灾害中最常见的一种，不及时基于地质地压特征对矿区进行智能动态预警监测，极有可能导致一系列矿区地质灾害的出现。通过对矿区地质地压特征的采集，可直接确定由于采矿对地质条件侵蚀及造成的犁式断层。当矿区中部或顶部岩石受到采矿的影响较大时，会出现整体向下或延坡向下滑动的现象，这就是矿区地质地压特征一种基于重力最明显的现象[2]。因此，本文在基于地质地压特征的智能动态预警监测系统设计及应用中，首先设计基于地质地压特征的智能动态预警监测系统。在此基础上，通过仿真实验证明基于地质地压特征的智能动态预警监测系统的实际应用情况。

1 基于地质地压特征的智能动态预警监测系统设计

考虑到传统的智能动态预警监测系统，在进行智能动态预警监测时对地质地压特征的处理与分析分离。因此，本文在基于地质地压特征的智能动态预警监测系统设计中，首先在原有系统的硬件基础上，设计了无线数字预警监测表，实现对地质地压特征精准化监测。在软件设计方面，利用监测端对地质地压特征进行预处理，通过设计数据库，实现对地质地压特征的及时监控。

（1）硬件设计。基于地质地压特征的智能动态预警监测系统硬件设计的主要内容为无线数字预警监测表，型号为MPSAG230G-P2。无线数字预警监测表是一款由电源供电的无线数字输出的数字预警监测表，可选配GPRS或LORaipot-iot无线通讯方式[3]。在无线数字预警监测表内置高精度压力传感器，能够准确的基于地质地压特征实时监测矿区地质情况，并且具有精度高、长期稳定性高的特点。与此同时，无线数字预警监测表配备大尺寸LCD液晶显示，内置MCU，整体采用低功耗设计。无线数字预警监测表采用408不锈钢壳体和接头构成，通过安防爆认证。无线数字预警监测表最重要的优势在于功能实用，能够实时监测矿区地质情况，上传速率仅需要1min～10min可自动调节[4]。另外，无线数字预警监测表可根据地质地压特征预设报警点，一旦触发报警压力会及时上发报警地质特征。无线数字预警监测表可以有效对滑坡事件进行精准化的智能动态预警监测，减少滑坡出现的几率。因此，无线数字预警监测表特别适合监测矿区地质情况这种无人值守以及远程监控的领域，可以实现对地质地压特征精准化监测。

（2）软件设计。在基于地质地压特征的智能动态预警监测系统软件设计中，首先利用监测端对地质地压特征进行预处理，再通过设计数据库，实现对地质地压特征的及时监控。

在地质地压特征数据监测过程中，利用监测端对地质地压特征数据进行预处理，无需配置即可完成地质地压特征数据监测[5]。在大数据的应用背景下，首先设置地质地压特征监测字段，输入网址后软件即可自动识别出页面上的地质地压特征并生成地质地压特征监测结果。完成了地质地压特征监测任务的添加，可以开始利用数据库启动基于地质地压特征的智能动态预警监测任务。在启动之前需要预先对数据库进行一些设置，通过数据库信息建立预警模型，从而提高监测矿区地质灾害的稳定性和及时率。再通过实时监测点传达实时监测数据，利用预警计算得出预警结果。结合预警模型对预警等级的划分标准可分为黄色预警、橙色预警以及红色预警，利用颜色的不同区分预测到的不同矿区地质灾害等级。针对不同的危险等级预警，实时相应的具体措施。基于地质地压特征的智能动态预警监测系统的软件流程图，如图1所示。

图1 智能动态预警监测系统的软件流程图

通过图1所示，所设计的基于地质地压特征的智能动态预警监测系统其各项软件功能均可以满足设计总要求。在基于地质地压特征的智能动态预警监测软件平台点击“设置”按钮，弹出的运行设置页面中可以进行运行设置和防屏蔽设置，这里勾选“跳过继续确定数据”，设置“2”秒请求等待时间，勾选“不加载网页图片”，防屏蔽设置就按照系统默认设置，然后点击保存，完成数据库设置。在基于地质地压特征的智能动态预警监测系统软件设计中需要一个体系成熟的数据库对监测到的矿区地质地压特征进行对应的更改、管理。将所有经过监测端预处理后的矿区地质地压特征数据直接更新至数据库中。这样一来，当进行二次搜索时，便可以直接通过历史矿区地质地压特征数据监测矿区地质灾害智能动态预警的实时情况。

2 仿真实验

（1）实验准备。本次仿真实验采用对应服务器III分别对两种系统进行检测，仿真实验监测系统中主要依靠Photoderly图形和脚本完成对地质地压特征的动态预警监测以及事件触发。本次仿真实验内容为测试智能动态预警的监测误报警率，为了体现基于地质地压特征的智能动态预警监测系统的优越性，分别使用传统的智能动态预警监测系统及基于地质地压特征的智能动态预警监测系统进行监测。分别记录使用两种系统下的矿区地质地压特征情况。为确保实验的普遍性，设定实验总次数为10次。设置传统的智能动态预警监测系统为对照组，进行对比实验。

（2）实验结果分析与结论。设智能动态预警的监测误报警率为，计算公式为：

式中：y 指的是通过系统监测到的动态矿区地压；y1指的是实际动态矿区地压。根据公式（1），计算得出智能动态预警的监测误报警率，整理实验结果如下图2所示。

图2 监测误报警率对比图

通过图2结果表明，与传统的智能动态预警监测系统相比，基于地质地压特征的智能动态预警监测系统对矿区地质地压特征的监测误报警率更低。由此可见，基于地质地压特征的智能动态预警监测系统对矿区地质地压特征的监测满足技术指标的要求，从而说明基于地质地压特征的智能动态预警监测系统可以实现智能动态预警及时、准确的监测。

3 结束语

随着我国工业智能化进程在云计算技术扶持下的逐步实现，矿区智能动态预警监测问题显得越来越重要。基于地质地压特征的智能动态预警监测是针对矿区地质灾害进行预警监测的最实用和最可靠的方法。针对基于地质地压特征的智能动态预警监测系统的设计及应用可以大幅度提高监测误报警率，完成传统的智能动态预警监测系统所不能完成的任务。基于地质地压特征的智能动态预警监测系统是矿区地质灾害预警监测的核心技术，基于地质地压特征为矿区地质灾害预警监测提供学术意义。