نظام رصد الانهيارات الأرضية والإنذار المبكر بالمخاطر الجيولوجية

يمكن أن تتطور الانهيارات الأرضية وتدفقات الحطام وانهيارات المنحدرات الناجمة عن هطول الأمطار بسرعة، خاصة في المناطق الجبلية وأودية الأنهار وممرات النقل ومناطق التعدين ومواقع البناء.

لا يكفي تركيب جهاز استشعار واحد للأمطار أو جهاز استشعار واحد للإزاحة لإنشاء قدرة إنذار موثوقة. نظام مراقبة الانهيارات الأرضية يجب أن يتم الربط باستمرار بين الاستشعار الميداني، ونقل البيانات، والتحليل السحابي، وإصدار الإنذارات، والاستجابة للطوارئ.

لذا، ينبغي لنظام كامل لرصد المخاطر الجيولوجية والإنذار المبكر أن يجيب على خمسة أسئلة عملية:

ما الذي يحدث في الموقع؟
هل أصبح هطول الأمطار أو التشوه أو حركة الحطام أمراً غير طبيعي؟
هل يمكن نقل البيانات أثناء الظروف الجوية القاسية؟
هل تصل معلومات التحذير إلى الأشخاص المعرضين للخطر؟
هل هناك إجراء استجابة واضح بعد إصدار التحذير؟

تشرح هذه المقالة كيف يمكن لنظام مراقبة المخاطر الجيولوجية القائم على إنترنت الأشياء أن يجمع بين مقاييس هطول الأمطار، وأجهزة استقبال نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية، وأجهزة استشعار ميل المنحدرات، وأجهزة الكشف عن تدفق الحطام، والمراقبة بالفيديو، والاتصالات متعددة القنوات، والمنصات السحابية، وأجهزة الإنذار المحلية لإنشاء نظام إنذار مبكر ذي حلقة مغلقة.

ما هو نظام مراقبة الانهيارات الأرضية؟

نظام مراقبة الانهيارات الأرضية عبارة عن شبكة متكاملة مصممة لمراقبة الظروف البيئية وحركة الأرض في مواقع المخاطر الجيولوجية المحتملة.

بحسب المشروع، قد يقوم النظام بمراقبة ما يلي:

هطول الأمطار في الوقت الفعلي
تراكم الأمطار
شدة هطول الأمطار
إزاحة السطح
الحركة الأفقية والرأسية
سرعة التشوه
ميل المنحدر
اهتزاز الأرض
التأثير الخارجي
تشققات سطحية
تدفق الحطام أو تغيرات مستوى الطين
انقطاع الأسلاك في قنوات تدفق الحطام
صور وفيديوهات من الموقع
حالة المعدات والاتصالات

يقوم النظام بجمع البيانات من خلال أجهزة الاستشعار الميدانية، ونقلها عبر شبكات الاتصالات السلكية أو اللاسلكية، وتحليلها على منصة إنترنت الأشياء، وتفعيل أجهزة الإنذار عن بعد أو في الموقع عند استيفاء الشروط المحددة مسبقًا.

للحصول على حل ميداني متكامل، استكشف نظام مراقبة المنحدرات JW-IoT, ، والذي يدمج وظائف التشوه، وهطول الأمطار، والحالة الجيولوجية، والاتصالات، والفيديو، والإنذار المبكر.

لماذا يتطلب نظام الإنذار بالمخاطر الجيولوجية نظاماً متكاملاً

تُظهر التحليلات اللاحقة للأحداث المتعلقة بالفيضانات المفاجئة وتدفقات الحطام وكوارث المنحدرات بشكل متكرر أن تركيب أجهزة الاستشعار وحده لا يضمن الحد الفعال من المخاطر.

يمكن أن تظهر نقاط الضعف النموذجية في عدة مراحل.

مراقبة النقاط العمياء

قد تكون محطة المراقبة متصلة بالإنترنت ولكنها قد تفشل في رصد الحدث الأكثر أهمية.

قد يحدث هذا عندما:

تم تركيب أجهزة الاستشعار على مسافة بعيدة جداً عن مصدر الخطر.
لا تقع محطات قياس هطول الأمطار في أعلى النهر.
كثافة المحطات غير كافية.
المعدات قديمة أو سيئة الصيانة.
لا يتم رصد هطول الأمطار الغزيرة قصيرة المدة.
يتم رصد معيار خطر واحد فقط.
إن المستشعر المختار غير مناسب للرياح القوية أو الأمطار الغزيرة.

لذا ينبغي أن يتجاوز الهدف معدل اتصال الأجهزة بالإنترنت المرتفع نحو معدل دقة البيانات العالي.

انقطاع الاتصالات أثناء الأحوال الجوية القاسية

قد تصبح شبكات الهاتف المحمول العامة غير مستقرة أثناء العواصف الشديدة أو انقطاع التيار الكهربائي أو تلف البنية التحتية.

بالنسبة للمواقع الجبلية النائية، قد يتطلب رصد المخاطر الجيولوجية مزيجًا مما يلي:

الاتصالات الخلوية من الجيل الرابع
شبكة LoRaWAN أو الشبكة اللاسلكية المحلية
الاتصالات عبر الأقمار الصناعية
توصيلات RS485 سلكية
تخزين البيانات محليًا
إعادة الإرسال التلقائي بعد استعادة الشبكة

يوفر JW-IoT أجهزة الاتصال يدعم الاتصال بشبكات LoRaWAN و 4G و Ethernet و RS485 و MQTT والبوابات لمشاريع المراقبة عن بعد.

لا تصل معلومات التحذير إلى جميع الأشخاص المعرضين للخطر

لا يكفي دائمًا إشعار المنصة أو رسالة نصية قصيرة.

قد لا تصل التحذيرات إلا إلى مديري المشاريع أو المسؤولين المحليين، بينما يبقى السكان والسياح والعمال وموظفو البناء المؤقتون غير مدركين للخطر. وقد تكون تغطية شبكة الهاتف المحمول محدودة أيضاً، وقد لا يصل صوت البث الخارجي إلى كل منزل.

يُوصف هذا غالبًا بأنه مشكلة الإنذار المبكر في المرحلة الأخيرة.

يمكن لاستراتيجية تحذير أكثر شمولاً أن تجمع بين ما يلي:

إشعارات المنصة
تنبيهات الرسائل النصية القصيرة أو تنبيهات الهاتف المحمول
أجهزة إنذار صوتية وضوئية محلية
أجهزة إنذار خارجية عالية الطاقة
أجهزة التنبيه الداخلية أو المنزلية
البث الطارئ
شاشات تحذير LED
تأكيد يدوي ومكالمات متابعة
إجراءات الدوريات والإخلاء المحلية

تم فصل التحذير والاستجابة

إن التحذير الصحيح من الناحية الفنية له قيمة محدودة عندما لا تتخذ المنظمة المتضررة أي إجراء.

يجب أن يحدد سير عمل التحذير بوضوح ما يلي:

من يتلقى التنبيه؟
من يؤكد هذا التنبيه؟
من يقوم بالتفتيش الميداني؟
من يقرر ما إذا كان الإخلاء ضرورياً؟
ما هي المجتمعات أو العمال أو الزوار الذين يجب عليهم الانتقال؟
أين ينبغي عليهم الإخلاء
كيفية الإقرار بالاستجابة وتسجيلها

ينبغي أن يدعم النظام كلاً من إرسال التحذيرات وتأكيد الاستجابة بدلاً من اعتبار إرسال التنبيه نهاية العملية.

البنية الأساسية لنظام رصد المخاطر الجيولوجية

يمكن تقسيم نظام الإنذار المبكر العملي للمخاطر الجيولوجية إلى خمس طبقات مترابطة.

1. طبقة استشعار المجال

تقوم طبقة الاستشعار الميدانية بقياس الظروف الفيزيائية المرتبطة بخطر محتمل.

تشمل الأجهزة النموذجية ما يلي:

مقاييس المطر ذات الدلو القلاب
مقاييس المطر الكهروإجهادية
مقاييس مطر مقاومة للرياح
محطات رصد التشوه باستخدام نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS)
مجسات ميل المنحدر
أجهزة استشعار لمراقبة الشقوق
أجهزة استشعار انقطاع الأسلاك في تدفق الحطام
أجهزة استشعار مستوى الطين الرادارية
معدات مراقبة الفيديو
أجهزة استشعار التربة والهيدرولوجيا

2. طبقة اكتساب البيانات الطرفية

تقوم محطة مراقبة إنترنت الأشياء أو البوابة بجمع قراءات المستشعرات وإجراء المعالجة الأولية.

بحسب التصميم، قد يوفر الجهاز الطرفي ما يلي:

استطلاع المستشعرات
مزامنة الطوابع الزمنية
مقارنة العتبة
تخزين البيانات محليًا
مراقبة حالة الجهاز
تشغيل منخفض الطاقة
إدارة الطاقة الشمسية
مخرج إنذار محلي
تحويل البروتوكول
التكوين عن بعد

3. طبقة الاتصال

تقوم طبقة الاتصال بإرسال بيانات المراقبة من موقع الخطر إلى المنصة السحابية.

تشمل طرق الاتصال الممكنة ما يلي:

4G LTE
لوراوان
الشبكات اللاسلكية المحلية ذاتية التنظيم
نظام بيدو أو غيره من أنظمة القياس عن بعد عبر الأقمار الصناعية
إيثرنت
مودبوس RS485
التكامل مع واجهة برمجة تطبيقات MQTT أو HTTP

تُعد الاتصالات متعددة القنوات ذات قيمة خاصة في المناطق النائية حيث لا يمكن افتراض بقاء أي شبكة واحدة متاحة في جميع الظروف.

4. طبقة تحليل وإدارة السحابة

تعمل منصة الحوسبة السحابية على مركزة البيانات من نقاط مراقبة متعددة وتوفر ما يلي:

إدارة البيانات الوصفية
عرض البيانات في الوقت الفعلي
تخزين البيانات التاريخية
التحليل الإحصائي
تبادل البيانات
استخراج البيانات
تحليل الاتجاهات
إدارة قواعد التحذير
رسم الخرائط متعددة المواقع
إدارة المستخدمين والصلاحيات
أمن البيانات
مشاركة البيانات عبر واجهة برمجة التطبيقات

لا ينبغي للمنصة تحليل أيٍّ من المعايير بمعزل عن غيرها. بل يجب تقييم هطول الأمطار، والإزاحة، وسرعة التشوه، وحالة المعدات، والأدلة المرئية معًا كلما أمكن ذلك.

5. طبقة الإنذار والاستجابة للطوارئ

عند اكتشاف ظروف غير طبيعية، يمكن إصدار التحذيرات من خلال قنوات بعيدة ومحلية.

قد تتضمن طبقة الاستجابة ما يلي:

تنبيهات منصة الويب
تنبيهات الهاتف المحمول
رسائل نصية قصيرة
إشعارات البريد الإلكتروني
أجهزة إنذار متصلة بالسحابة
أجهزة إنذار صوتية وضوئية خارجية
محطات الإنذار الداخلية
أنظمة البث في حالات الطوارئ
شاشات LED
مساعدة ضابط المناوبة
تأكيد المكالمة يدويًا
الدوريات والإخلاء في الموقع

يمكن تلخيص تدفق البيانات بالكامل على النحو التالي:

أجهزة الاستشعار ← محطة المراقبة ← شبكة الجيل الرابع / LoRaWAN / شبكة الأقمار الصناعية ← منصة سحابية ← إنذار متعدد المستويات ← الاستجابة والإخلاء المحلي

رصد هطول الأمطار للإنذار المبكر بالانهيارات الأرضية وتدفقات الحطام

يُعد هطول الأمطار أحد أهم العوامل المحفزة للعديد من حوادث الانهيارات الأرضية والفيضانات المفاجئة وتدفقات الحطام.

ينبغي لشبكة رصد هطول الأمطار أن تقيس أكثر من مجرد إجمالي الهطول اليومي. ينبغي لها أن ترصد ما يلي:

هطول الأمطار في الوقت الفعلي
شدة هطول الأمطار لفترة قصيرة
تراكم الأمطار
مدة هطول الأمطار المتواصلة
تغيرات سريعة في شدة هطول الأمطار
هطول الأمطار في المنبع قبل وصول المياه أو الحطام إلى المنطقة المحمية

تقدم JW-IoT أنواعًا مختلفة من مقاييس المطر لمشاريع الهيدرولوجيا، والإنذار المبكر بالفيضانات، ومراقبة الأحوال الجوية، والمخاطر الجيولوجية.

مقاييس المطر ذات الدلو القلاب

تُستخدم مقاييس المطر ذات الدلو القلاب على نطاق واسع لأنها توفر دقة عالية نسبياً بتكلفة مشروع معقولة.

تُعدّ هذه الأنظمة مناسبة للعديد من شبكات المراقبة الآلية، ولكن يبقى معايرة وصيانة هذه الأنظمة ميدانيًا أمرًا بالغ الأهمية. في ظل الرياح العاتية والأمطار الغزيرة، قد تتعرض التصاميم التقليدية لأخطاء في القياس إذا لم تُراعَ معايير التجميع والتصريف واستقرار الحاويات بشكل صحيح.

يمكن للمشروع الذي يتطلب مستشعر هطول أمطار تقليدي أن يأخذ في الاعتبار مقياس المطر ذو الدلو القلاب لرصد الأحوال الجوية.

مقاييس المطر الكهروإجهادية

يقوم مقياس المطر الكهروإجهادي بحساب كمية الأمطار عن طريق اكتشاف خصائص تأثير قطرات المطر.

يمكن لهيكل استشعار ناتئ من نوع المصفوفة تقدير كمية الأمطار من خلال تحليل عوامل مثل قطر قطرات المطر وموقع الارتطام. كما يمكن لتصميم غشاء كهرضغطية أن يقلل من استهلاك الطاقة ويحد من آثار التقادم والتلوث البيئي.

ولأن هذا التصميم لا يحتوي على دلو قابل للانقلاب، فإنه يدعم عمليات نشر تتطلب صيانة أقل في التطبيقات المناسبة.

مقاييس المطر المقاومة للرياح

يمكن أن تؤثر الرياح القوية على كمية الأمطار التي يلتقطها مقياس الأمطار.

قد يستخدم التصميم المقاوم للرياح زاوية تجميع حادة، وقنوات تحويل، وهياكل مضادة للاهتزاز، وهندسة تصريف محسنة لتقليل التناثر والخسائر المرتبطة بالرياح.

يصف دليل المواصفات تصميمًا مقاومًا للرياح باستخدام زاوية ميل كبيرة تبلغ 65 درجة، ونظام تخميد مضاد للاهتزاز، ومزيج من قنوات الانقلاب والتحويل. وينص على دقة لا تتجاوز ±2% عبر شدة هطول الأمطار الخفيفة والمتوسطة والغزيرة من 0 إلى 10 مم/دقيقة، مع خطأ تكرار القياس لا يتجاوز ±1%.

لذلك ينبغي أن يأخذ اختيار المستشعر في الاعتبار ليس فقط الدقة الاسمية ولكن أيضًا شدة هطول الأمطار، والتعرض للرياح، وظروف الصيانة، والخصائص البيئية لموقع النشر.

رصد التشوه باستخدام نظام GNSS للإنذار المبكر بالانهيارات الأرضية

تستطيع محطات مراقبة نظام تحديد المواقع العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) رصد الحركة السطحية التدريجية أو المتسارعة في المنحدرات المعرضة للانهيارات الأرضية.

قد يقوم نظام قائم على نظام تحديد المواقع العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) بمراقبة ما يلي:

الإزاحة الأفقية
الإزاحة الرأسية
الإزاحة التراكمية
اتجاه الحركة
سرعة التشوه
تغيرات في معدل الحركة
الحركة النسبية بين نقاط مراقبة متعددة

لا يُعدّ إجمالي الإزاحة وحده المؤشر الأهم دائمًا. فقد تشير الزيادة السريعة في سرعة التشوه إلى أن المنحدر يدخل مرحلة أكثر خطورة.

مراقبة نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية التكيفية

يشتمل جهاز استقبال نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية الموصوف في العرض التقديمي على مستشعر MEMS عالي الدقة لالتقاط ميل المحطة والاهتزاز والتأثير الخارجي.

بناءً على الحالة المكتشفة، يمكن للوحدة التبديل تلقائيًا بين ثلاثة أوضاع تشغيل:

النوم الثابت
الحساب الديناميكي
حسابات ما بعد المعالجة

يساعد هذا النهج التكيفي على تقليل استهلاك الطاقة مع الاستمرار في التقاط خصائص تشوه الجسم الذي تتم مراقبته.

تُعد محطات نظام تحديد المواقع العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) ذات قيمة خاصة عند نشرها جنبًا إلى جنب مع أجهزة رصد هطول الأمطار، واستشعار ميل المنحدرات، وفحص الشقوق، وأجهزة الإنذار المحلية.

مجسات ميل المنحدرات ومراقبة تشوه الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة

مسبار ميل المنحدر هو مستشعر إنترنت الأشياء متكامل يستخدم لمراقبة العوامل المرتبطة بتشوه السطح.

بحسب التكوين، يمكنه قياس ما يلي:

ميل ثلاثي المحاور
الميل المشترك
السمت
تسارع ثلاثي المحاور
اهتزاز
التأثير الخارجي

يصف العرض التقديمي جهاز قياس الميل بأنه جهاز متكامل للغاية ومنخفض الطاقة يمكنه العمل مع البوابات الذكية، وقياس تشوه نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية، ومعدات الإنذار، ومنصة إنترنت الأشياء.

تشكل هذه المكونات مجتمعة نظامًا ذاتي التشغيل وذو حلقة مغلقة قادر على:

المراقبة التلقائية
جمع البيانات المحلية
التحليل الآلي
تحديد العتبة
تحذير عن بعد
نظام إنذار في الموقع

يمكن تركيب هذا النوع من الأجهزة على المنحدرات، والهياكل الاستنادية، ومناطق التصدع، وقطع الطرق، ومنحدرات المناجم، وغيرها من المواقع التي قد تشير فيها التغيرات في اتجاه السطح إلى عدم الاستقرار.

مراقبة انقطاع الأسلاك في تدفق الحطام

يوفر مستشعر انقطاع الأسلاك في تدفق الحطام طريقة بسيطة ومباشرة للكشف عن مرور المواد المدمرة عبر القناة.

يتم تركيب سلك فولاذي عبر مجرى تدفق الحطام. عند حدوث تدفق للحطام، تتسبب المواد المتحركة في قطع السلك وتغيير خرج مفتاح المستشعر، مما يؤدي إلى إطلاق إنذار.

يحدد عرض تقديمي (PPT) المعايير التالية للجهاز الموصوف:

مادة الهيكل الرئيسي: سبيكة ألومنيوم
مقاومة الشد: 200 نيوتن على الأقل
تصنيف الحماية: IP67
واجهة الإخراج: إشارة التبديل

يمكن نشر أجهزة استشعار انقطاع الأسلاك بالقرب من السدود أو في القنوات غير المعالجة.

تتمثل ميزتها الأساسية في تأكيد وقوع الحدث. ومع ذلك، لا ينبغي استخدامها عادةً كطريقة المراقبة الوحيدة لأن الإنذار قد لا يصدر إلا بعد وصول تدفق الحطام إلى نقطة التركيب.

ولحماية أكثر شمولاً، ينبغي دمج مراقبة انقطاع الأسلاك مع محطات قياس هطول الأمطار في المنبع، وأجهزة استشعار مستوى الطين، والكاميرات، ومحطات الاتصال، وأجهزة الإنذار في المصب.

المراقبة بالفيديو والتحقق البصري

تُظهر بيانات المستشعرات أن الحالة تتغير، بينما يساعد الفيديو المشغلين على فهم ما يحدث فعليًا في الموقع.

يمكن لأجهزة الفيديو الذكية أن تدعم ما يلي:

الفحص البصري في الوقت الفعلي
فحص الشقوق وحالة السطح
التحقق من حركة الحطام أو المياه
مراقبة الطرق ومسارات الإخلاء
تأكيد حالة المعدات
مراجعة ما بعد الحدث

بالنسبة للمواقع البعيدة، يجب تشغيل الفيديو أو أخذ عينات منه بذكاء لتحقيق التوازن بين الوعي الظرفي والطاقة وعرض النطاق الترددي للاتصالات.

قد تتضمن محطة الرصد متعددة العناصر أيضًا الاستشعار المناخي، ورصد هطول الأمطار، والفيديو البانورامي عالي الدقة، والطاقة الشمسية، وعرض بيانات LED، والاتصالات عبر الأقمار الصناعية متعددة القنوات من الجيل الرابع بالإضافة إلى الاتصالات عبر الأقمار الصناعية.

الشبكات اللاسلكية المحلية والقياس عن بعد عبر الأقمار الصناعية

غالباً ما تتميز المواقع الجبلية الخطرة بتضاريس وعرة وتغطية خلوية غير موثوقة.

هناك بديلان مهمان هما الشبكات اللاسلكية المحلية والقياس عن بعد عبر الأقمار الصناعية.

الشبكات المحلية ذاتية التنظيم

يمكن لشبكة لاسلكية محلية أن تربط بين العديد من أجهزة الاستشعار وأجهزة الإنذار داخل المنطقة الخاضعة للمراقبة.

يمكن أن يساعد ذلك في الربط بين:

نقاط رصد هطول الأمطار
محطات نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS)
مستشعرات الميل
أجهزة استشعار تدفق الحطام
أجهزة الإنذار المحلية
البوابات
أجهزة الإنذار المنزلية

يمكن للشبكات المحلية أن تسمح بربط أجهزة الإنذار في الموقع حتى عندما تكون الشبكة العامة الخارجية غير متاحة.

الاتصالات عبر الأقمار الصناعية

يمكن أن توفر تقنية القياس عن بعد عبر الأقمار الصناعية مسار إرسال احتياطي أو أساسي لمواقع المخاطر الجيولوجية البعيدة.

يكون هذا الأمر ذا أهمية خاصة عندما:

لا تتوفر تغطية شبكة الهاتف المحمول.
قد تتسبب الأحوال الجوية القاسية في إلحاق الضرر بالشبكات الأرضية.
تنتشر نقاط المراقبة عبر مناطق جبلية واسعة.
يجب أن تصل معلومات التحذير إلى منصة مركزية بشكل موثوق.
يلزم وجود نظام اتصال احتياطي.

ينبغي أن يستند الاختيار بين تقنية الجيل الرابع (4G) وتقنية LoRaWAN والاتصالات عبر الأقمار الصناعية والاتصالات السلكية إلى التضاريس وكثافة المحطات وتوافر الطاقة وحجم البيانات والتغطية ومتطلبات الاستجابة للطوارئ.

كيف ينبغي أن تعمل قواعد التحذير متعددة المستويات

يمكن لمنصة المخاطر الجيولوجية استخدام عتبات متعددة المستويات بدلاً من نقطة إنذار واحدة.

قد يتضمن هيكل الإنذار النموذجي ما يلي:

تحذير أزرق: تغيير غير طبيعي أولي
تحذير أصفر: استمرار التطور أو تجاوز الحد المسموح به
تحذير برتقالي: تسارع كبير أو خطر مشترك
تحذير أحمر: خطر مرتفع يتطلب إجراءً فوريًا

يمكن أن تستند مستويات التحذير إلى:

إجمالي هطول الأمطار
شدة هطول الأمطار لفترة قصيرة
الإزاحة التراكمية
سرعة التشوه
تغيرات مفاجئة في الميل
حالة انقطاع السلك
عتبة مستوى الطين
تحدث عدة معايير معًا
نتائج الفحص اليدوي

يجب ضبط قيم العتبة للموقع المحدد. وتؤثر الظروف الجيولوجية، والحركة التاريخية، وبنية المنحدرات، وأنماط هطول الأمطار، وموقع السكان أو البنية التحتية المهددة، جميعها على كيفية تحديد قواعد الإنذار.

حالة إنذار حقيقي بالانهيارات الأرضية: المراقبة مكّنت من الإخلاء المبكر

تم تركيب مشروع مراقبة في موقع انهيار أرضي شيانجياو في قرية جيانشينغ، مقاطعة شينبينغ، مدينة يوشي، في أبريل 2021.

تضمنت المعدات المستخدمة ما يلي:

محطة واحدة لرصد هطول الأمطار
سبع محطات رصد GNSS
جهاز إنذار واحد بالصوت والضوء

خلال فترة المراقبة في أغسطس 2023، رصدت محطة الإزاحة السطحية GNSS01 زيادة مستمرة في الإزاحة الأفقية وسرعة التشوه.

بلغ إجمالي الإزاحة المسجلة 991.8 ملم, ، بينما وصلت سرعة التشوه الأفقي 782.1 ملم في اليوم.

أطلق النظام تباعاً تحذيرات باللون الأصفر والبرتقالي والأحمر. تم تفعيل بث التحذيرات المحلي، وأرسلت المنصة رسائل إلى الفنيين وموظفي الوقاية من الكوارث.

قام فريق المراقبة بزيادة وتيرة عمليات التفتيش الميداني. وكشف التفتيش عن وجود دلائل واضحة على تحرك المنحدرات.

تشققات متعددة في الأجزاء الأمامية والوسطى والخلفية من المنحدر
أقصى طول للشق يبلغ حوالي 16 متراً
أقصى عرض للشق يبلغ حوالي 30 سنتيمتراً
عمق الشق المرئي يبلغ حوالي 40 سنتيمتراً
يبلغ أقصى ارتفاع للجرف حوالي 40 سنتيمترًا في المنطقة الأمامية المشوهة بشدة

تم إجلاء أسرتين تضمان خمسة أفراد تقعان في المنطقة المهددة مباشرة في الوقت المناسب. ولم تقع أي إصابات.

تُظهر هذه الحالة أن نجاح الإنذار المبكر بالانهيارات الأرضية يعتمد على أكثر من مجرد رصد الإزاحة. تضمنت سلسلة الإجراءات الفعالة ما يلي:

مراقبة مستمرة لنظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS)
الكشف عن التشوه المتسارع
تحذيرات المنصة متعددة المستويات
بث محلي فوري
إخطار الموظفين المسؤولين
تأكيد من فريق العمل
زيادة عمليات التفتيش الميداني
تحديد الشقوق المرئية
إجلاء السكان المهددين

لقد نجح النظام لأن المراقبة والتحذير والتأكيد والإجراء شكلت حلقة مغلقة كاملة.

كيفية تصميم مشروع رصد المخاطر الجيولوجية

يتطلب كل موقع تصميمًا خاصًا للمراقبة. ويمكن أن تتضمن عملية التخطيط العملية الخطوات التالية.

الخطوة الأولى: تحديد آلية الخطر

حدد ما إذا كان الخطر الرئيسي مرتبطًا بما يلي:

انهيار أرضي ناجم عن هطول الأمطار
تدفق الحطام
تساقط الصخور
تشوه السطح
حركة المنحدرات العميقة
انسداد النهر
اضطراب البناء
النشاط التعديني
تغير مستوى المياه في الخزان

الخطوة الثانية: تحديد الأشياء المهددة

قم بتحديد الأشخاص والأصول المعرضة للخطر، مثل:

القرى
الأسر الفردية
المدارس
المناطق السياحية
معسكرات البناء
المناجم
الطرق السريعة
السكك الحديدية
الجسور
خطوط الأنابيب
مرافق الخزانات
خطوط النقل

الخطوة 3: تحديد معايير المراقبة

اختر أجهزة الاستشعار وفقًا لآلية الخطر بدلاً من اختيار الأجهزة بناءً على توافر المنتج فقط.

على سبيل المثال:

المنحدرات التي يتم تحفيزها بواسطة هطول الأمطار: مقياس هطول الأمطار، ونظام تحديد المواقع العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS)، والميل، واستشعار التربة أو الهيدرولوجيا
مجرى تدفق الحطام: هطول الأمطار في المنبع، ومستشعر انقطاع الأسلاك، ومستشعر مستوى الطين بالرادار، وكاميرا
ميل الطريق السريع: نظام تحديد المواقع العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS)، مستشعر الشقوق، مسبار الميل، مقياس هطول الأمطار، فيديو وإنذارات محلية
موقع جبلي ناءٍ: أجهزة استشعار منخفضة الطاقة، طاقة شمسية، اتصال 4G بالإضافة إلى دعم عبر الأقمار الصناعية
المناطق المأهولة: إشعارات المنصة، وأجهزة الإنذار الخارجية، وأجهزة الإنذار المنزلية

الخطوة الرابعة: إزالة نقاط الضعف في المراقبة

ينبغي أن تغطي نقاط المراقبة ما يلي:

مناطق مصادر الخطر
مناطق هطول الأمطار في المنبع
الشقوق النشطة
مناطق حركة سطح المنحدر
قنوات تدفق الحطام المحتملة
الهياكل الداعمة
المجتمعات الواقعة في اتجاه مجرى النهر
طرق الإخلاء
مواقع ترحيل الاتصالات

الخطوة 5: تصميم نظام اتصال احتياطي

لا تفترض أن شبكة الهاتف المحمول العامة ستظل متاحة دائمًا.

يقيم:

جودة إشارة الهاتف المحمول
تغطية لاسلكية محلية
النسخ الاحتياطي عبر الأقمار الصناعية
التخزين غير المتصل بالإنترنت
ربط الإنذار المحلي
الاكتفاء الذاتي من الطاقة الشمسية
مراقبة حالة المعدات

الخطوة السادسة: تحديد مسؤوليات التحذير

ينبغي أن يحدد سير العمل في حالات الطوارئ ما يلي:

تحذير المستلمين
صناع القرار المسؤولون
أفراد الخدمة
مفتشو الميدان
جهات الاتصال المجتمعية
منسقو الإخلاء
متطلبات الإقرار
إجراءات التصعيد

الخطوة 7: اختبار سلسلة التحذيرات بأكملها

لا ينبغي أن يتوقف اختبار قبول المشروع بعد التأكد من ظهور البيانات على لوحة التحكم السحابية.

ينبغي أن يتحقق الاختبار مما يلي:

استجابة المستشعر
دقة البيانات
اتصال البوابة
التخزين غير المتصل بالإنترنت
استعادة الشبكة
تفعيل العتبة
إشعار المنصة
تفعيل نظام الإنذار المحلي
وضوح البث
إشعار منزلي
إقرار المستخدم
سير عمل جهات الاتصال في حالات الطوارئ

أخطاء شائعة في مشاريع رصد الانهيارات الأرضية

الاعتماد على مستشعر واحد

يتأثر خطر الانهيارات الأرضية عادةً بعوامل متعددة. لا يمكن لمقياس هطول الأمطار وحده تأكيد حركة المنحدر، بينما قد لا يفسر مستشعر الإزاحة وحده الظروف المحفزة للانهيار.

القياس فقط في الموقع المُهدد

قد يوفر رصد هطول الأمطار في المناطق الواقعة أعلى النهر ورصد مصادر الخطر وقتاً أطول للإنذار مقارنة بأجهزة الاستشعار المثبتة بالقرب من المجتمع فقط.

التركيز فقط على معدل الجهاز عبر الإنترنت

قد ينتج عن جهاز متصل بالإنترنت بيانات غير دقيقة أو غير ممثلة. لذا، تظل المعايرة والموقع والملاءمة البيئية أموراً أساسية.

حسب الرسائل النصية فقط

قد تتأخر رسائل SMS أو يتم تجاهلها أو إرسالها إلى مجموعة محدودة فقط. وقد يلزم أيضاً استخدام وسائل الإنذار المحلية الصوتية والضوئية والإذاعية والمنزلية.

تجاهل السكان المؤقتين

قد لا يتم إدراج السياح والعمال المهاجرين وفرق البناء والزوار في قوائم الاتصال المحلية، ولكن لا يزال من الممكن أن يكونوا عرضة للخطر بشكل كبير.

عدم تحديد إجراءات الإخلاء

ينبغي أن تتضمن التحذيرات تعليمات واضحة. إن إشعار المخاطر المبهم أقل فعالية من رسالة عمل محددة تتضمن مسار إخلاء ومنسق مسؤول.

استخدام قناة اتصال واحدة

تُعدّ الظروف الجوية القاسية تحديداً هي التي قد تتعطل فيها البنية التحتية للاتصالات الخلوية والطاقة. لذا، ينبغي مراعاة وجود أنظمة احتياطية للاتصالات والطاقة أثناء تصميم النظام.

تطبيقات أنظمة رصد المخاطر الجيولوجية

يمكن استخدام نظام الإنذار المبكر بالانهيارات الأرضية والمخاطر الجيولوجية من أجل:

قرى معرضة للانهيارات الأرضية
أخاديد تدفق الحطام
الطرق الجبلية
خطوط السكك الحديدية ومداخل الجسور
المناجم المكشوفة
مداخل المناجم تحت الأرض
معسكرات البناء
مشاريع الطاقة الكهرومائية
منحدرات الخزان
دعامات السد
ممرات خطوط النقل
خطوط أنابيب النفط والغاز
المناطق السياحية
مدارس الجبال
شبكات المخاطر الجيولوجية البلدية

JW-IoT حلول مراقبة إنترنت الأشياء الصناعية وتشمل تطبيقات مراقبة المنحدرات والسلامة الهيكلية للبيئات الميدانية النائية والقاسية.

بناء حلول للمخاطر الجيولوجية من مرحلة الاستشعار إلى مرحلة الاستجابة

لا ينبغي تقييم أداء مشروع الإنذار المبكر بالانهيارات الأرضية فقط من خلال عدد أجهزة الاستشعار المثبتة.

يجب أن يربط النظام الناجح ما يلي:

استشعار دقيق للمجال
مصدر طاقة موثوق
التواصل الزائد
التحليل القائم على الحوسبة السحابية
قواعد التحذير متعددة المستويات
أجهزة الإنذار المحلية
الموظفون المسؤولون
التحقق الميداني
إجراءات الإخلاء

إن الهدف الأهم ليس مجرد جمع البيانات، بل تحويل التغيرات في هطول الأمطار، والنزوح، والميل، وحركة الحطام إلى تحذير مفهوم وإجراء وقائي في الوقت المناسب.

يدعم نظام JW-IoT التكامل القائم على المشاريع لتطبيقات رصد المخاطر الجيولوجية، وسلامة المنحدرات، والهيدرولوجيا، والرصد البيئي عن بُعد. وتشمل الحلول أجهزة استشعار ميدانية، ومحطات بيانات إنترنت الأشياء، وبوابات LoRaWAN أو 4G، والتكامل مع منصات الحوسبة السحابية، وأجهزة إنذار صوتية وضوئية محلية، وربط واجهات برمجة التطبيقات (API).

تواصل مع JW-IoT لمناقشة معايير المراقبة الخاصة بك، وظروف الموقع، ومتطلبات الاتصال، وسير عمل الإنذار المبكر.

الأسئلة الشائعة

ما هي أجهزة الاستشعار المستخدمة في نظام مراقبة الانهيارات الأرضية؟

تشمل الأجهزة الشائعة مقاييس هطول الأمطار، ومحطات إزاحة نظام تحديد المواقع العالمي (GNSS)، وأجهزة استشعار الميل، وأجهزة استشعار الشقوق، وأجهزة استشعار التربة والهيدرولوجيا، وأجهزة استشعار مستوى الطين الراداري، وأجهزة استشعار انقطاع الأسلاك في تدفق الحطام، وكاميرات الفيديو.

لماذا تتم مراقبة هطول الأمطار لأغراض الإنذار المبكر بالانهيارات الأرضية؟

يمكن أن تؤدي الأمطار الغزيرة والأمطار الغزيرة قصيرة المدة إلى تشبع التربة، والجريان السطحي، والتعرية، وتشوه المنحدرات، والفيضانات المفاجئة، وتدفقات الحطام. كما يمكن أن يوفر رصد هطول الأمطار في المناطق المرتفعة وقتًا إضافيًا للإنذار.

هل يمكن لنظام تحديد المواقع العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) اكتشاف الانهيار الأرضي قبل حدوثه؟

يمكن لنظام تحديد المواقع العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) رصد الإزاحة السطحية والتغيرات في سرعة التشوه. وهو مفيد بشكل خاص عندما تصبح الحركة مستمرة أو تبدأ بالتسارع. ينبغي دمج بيانات GNSS مع بيانات هطول الأمطار، والفحص الميداني، وقياسات التشوه الأخرى.

ما هو مستشعر انقطاع الأسلاك في تدفق الحطام؟

يستخدم مستشعر انقطاع السلك سلكًا فولاذيًا مثبتًا عبر قناة تدفق الحطام. عندما يقطع الحطام المتحرك السلك، يغير المستشعر خرج مفتاحه ويطلق إنذارًا.

كيف يتم نقل البيانات من المواقع الجبلية النائية؟

اعتمادًا على ظروف الموقع، يمكن للأنظمة استخدام 4G LTE أو LoRaWAN أو الشبكات اللاسلكية المحلية ذاتية التنظيم أو القياس عن بعد عبر الأقمار الصناعية أو RS485 أو مزيج من عدة قنوات.

ماذا يحدث عندما تتعطل شبكة الهاتف المحمول؟

قد يقوم النظام المرن بتخزين البيانات محليًا، واستخدام النسخ الاحتياطي عبر الأقمار الصناعية أو الشبكات اللاسلكية المحلية، وتفعيل أجهزة الإنذار في الموقع دون الاعتماد كليًا على الشبكة العامة الخارجية.

لماذا تُعد أجهزة الإنذار المحلية ضرورية؟

قد لا تصل الرسائل النصية القصيرة والإشعارات السحابية إلى السكان أو العمال أو السياح في الوقت المناسب. تساعد أجهزة الإنذار الخارجية وأجهزة الإنذار الداخلية والبث وشاشات LED في إيصال التحذيرات مباشرة إلى الأشخاص في المنطقة المتضررة.

هل يمكن للنظام استخدام تحذيرات متعددة المستويات؟

نعم. يمكن للمنصة إصدار تحذيرات باللون الأزرق والأصفر والبرتقالي والأحمر بناءً على هطول الأمطار والإزاحة وسرعة التشوه والميل واكتشاف تدفق الحطام أو مجموعات من عدة معايير.

هل يدعم JW-IoT التكامل بين المنصات وواجهات برمجة التطبيقات؟

يمكن لحلول JW-IoT دعم بنية الاتصال بين أجهزة الاستشعار والسحابة، وبوابات الاتصال، ولوحات المراقبة، والتكامل القائم على بروتوكول MQTT أو واجهة برمجة التطبيقات (API) وفقًا لمتطلبات المشروع.