发展基于IPv6的地震传感器网络是科技自主创新的实践

IPv6的网络架构为传感器网络的发展创造了良好的环境，基于IPv6的地震传感器网络已列为CNGI（China Next Generation Intemet）具有行业特色的，在中国下一代互联网示范项目中的应用项引。以科学的发展观研究和发展基于IPv6的地震传感器网络，是贯彻十六届五中全会精神，科技自主创新的实践；是推进地震监测和预报进一步发展的重要契机；我们需要认真努力，为我国下一代互联网建设和防震减灾事业做出贡献。[编者按]     

浅析运营期间电力隧道自动化监测技术

针对城市电力隧道结构、走向多变、电缆设施多、电磁干扰大等因素,常规的监测方法难以顺利完成的现状,对目前先进的3种隧道结构自动化监测系统进行深入的研究比较,光纤传感自动技术解决了电力隧道结构监测点布设困难,数据受电磁干扰大的问题,能实时有效、可靠、高精度地监控电力隧道,及时掌握隧道的应力、应变及振动等主要结构参数,确保隧道结构安全。研究对类似的城市电力隧道自动化监测具有一定的参考意义。     

DSC2型称重式降水传感器测雨性能的分析

为更有效地利用降雨观测数据,充分发挥新型探测设备建设效益,文章对DS(2型称重降水传感器的测雨性能进行分析评估,选取北京市13个国家级地面气象观测站在2013年4—10月,称重式降水传感器与人工、翻斗观测降雨量的业务观测资料,分析称重与人工和翻斗观测在降雨总量、日降雨量等方面的差异。结果表明:在选取样本中,12个台站的总降雨量误差符合现行业务要求,三种测量在日降雨量等级判断方面基本一致。称重比人工观测的日降雨量平均偏小0.13 mm,日降雨量相关系数为0.9968,对应地,称重比翻斗观测的结果平均偏小0.17 mm,日降雨量相关系数为0.9983。     

FDR土壤水分传感器原状土壤标定方法研究

为获得测站准确的土壤水分传感器标定参数,利用自动土壤水分站点的大型原状土壤为样本,在实验室同时进行人工称重观测和仪器自动对比观测,得到一系列的人工自动测量数据,以人工称重数据为准对自动土壤水分传感器进行订正。由于采用原状土壤,样本土壤的质地、密度、土壤颗粒和结合紧密度基本没有受到破坏,订正后的自动土壤体积含水量值能更加真实反映台站实际土壤墒情,能够修订人工对比观测期间由于样本空间不足导致的不合理的田间标定方程。     

FDR自动土壤水分数据标定问题及解决方法

针对目前FDR自动土壤水分数据可用性低的实际情况,本文从FDR自动土壤水分站传感器原理出发,结合数据处理流程与方法对湖南60个站点不同层次的标定参数及部分站点的相关观测数据进行了分析,指出目前田间标定法在自然条件下几乎无法得到覆盖土壤各个湿度区间的均匀样本数据,导致二次标定参数不合理是造成FDR自动土壤水分站数据可用性差的根本原因。二次标定方程参数不合理主要表现为方程斜率过大、过小、负值3种情况,导致观测数据增幅过大、常年不变、与实际土壤湿度变化趋势完全相反等问题。最后针对该问题提出了大样本原状取土,实验室标定的解决方法,并对方法进行了初步验证,结果表明该方法能从源头上有效改善土壤水分站观测数据质量。     

削坡作用土质边坡变形分布式光纤监测试验研究

采用高空间分辨率的PPP-BOTDA光纤感测技术,研发出一种适合于土体变形监测的特种感测光缆。通过水平向和垂直向感测光缆植入,对边坡模型在坡顶局部加载和削坡过程土体内部变形场进行了分布式监测,获得了荷载和削坡作用下坡体变形场的分布规律,并对边坡模型进行了有限元数值分析和计算评价。分布式光纤感测技术监测结果表明:在坡顶局部加载作用下土体水平向拉张变形最大值发生在坡体中部,这与数值模拟结果一致;但在削坡作用下,坡体水平向拉张变形最大值发生在坡体上部,表明削坡作用改变了边坡模型的变形规律,上层土体在坡顶局部荷载作用下易发生倾倒变形。研究结果也表明,作者研制的特种感测光缆具有良好的感测性能,可以对土体变形场进行准确有效监测。     

基于分布式光纤传感技术的采动覆岩变形监测

采用基于布里渊背向散射的分布式光纤传感技术（BOTDR）,监测煤层采动过程中覆岩的变形情况。以淮南矿区某工作面为例,在煤层开采之前,通过钻孔安装工艺将分布式传感光缆植入到覆岩中,然后进行封孔注浆,使传感光缆与围岩变形协调。随着工作面的逐步推进,通过获取和分析传感光缆的应变分布特征及其动态变化过程,得到了煤层采动过程中覆岩的变形及破坏状态。最大拉应变位于孔深5m处,应变量是8350με;最大压应变位于孔深37m,应变量约为-550με。光缆应变与地层具有很好的对应关系,在岩性相对较软的地层（如泥岩）中,拉应变值相对较大,而在岩性相对较硬的地层（如砂岩）中,应变量较小且多为压应变。根据光缆的应变分布得到的沿钻孔方向地层的最大变形量为34mm,巷道围岩松动圈范围约为6m。研究结果表明,BOTDR分布式光纤传感技术能够准确地获取覆岩的变形分布及其变化情况,该技术的应用可以为深部煤层的安全高效开采提供可靠的依据。     

光栅测试技术在顺层边坡降雨模型试验中的应用研究

针对顺层边坡降雨模型试验中的监测元器件易失效和支挡结构受力测试困难等问题,尝试采用光纤光栅技术解决以上问题。在推导不同光纤光栅传感器测试原理公式的基础上,结合光纤布拉格光栅(FBG)自主研发了相应的测试元件。在前期研究的基础上,分别构建倾角为40°的有、无支挡顺层边坡开展降雨模型试验,并对坡体位移、框架锚杆和抗滑桩受力等物理力学量的降雨发展特征开展监测。结果表明,基于光纤光栅技术的测试元器件在降雨等恶劣工作环境下仍能够保持较好的工作特性。在降雨过程中大倾角无支挡顺层边坡易发生层间错动现象,但对其施加支挡结构之后,不仅位移变化模式由陡变型转化为缓变型,且层间错动现象得到了控制。降雨过程中边坡支挡结构内力增长速率较快位置由后部逐渐向前部及深部转移,雨后顶层框锚结构内力增长不大,底层锚杆和抗滑桩内力在雨后仍有一定幅度的增长,且在降雨结束后2 h左右才达到稳定状态,可据此确定降雨工况下顺层边坡重点监控的部位及时间。研究成果为顺层边坡模型试验监测及降雨工作特性评估提供了新的思路和方法。     

基于Sage-Husa算法的拖曳式Overhauser海洋磁场传感器海浪磁场噪声实时抑制方法

利用Weaver海浪模型,对拖曳式Overhauser海洋磁场传感器海浪磁噪声与深度、波幅等之间的关系进行了理论分析,证明了在极端海况条件下对海浪磁噪声进行抑制的必要性.为提高海洋磁测灵敏度,提出了一种基于改进的Sage-Husa自适应Kalman算法的海浪磁场噪声抑制方法.仿真结果表明,该方法能在不需要先验的噪声统计或实时参考噪声的情况下,实现磁场噪声协方差的快速收敛;且与常规的Sage-Husa算法相比,改进后的Sage-Husa算法降低了对初始参数的依赖性.另外,设计了一种拖曳式Overhauser海洋磁场传感器测试仪来测试上述算法.对比结果表明该方法不仅实现了磁场噪声统计参数的自适应估计,而且比经典Kalman滤波具有更好的滤波效果;此外,海浪磁噪声的功率谱密度由50 pT/Hz1/2@1Hz下降到6 pT/Hz1/2@1Hz.      

层状土毛细水上升过程中Lucas-Washburn模型评价及修正

受界面效应影响,毛细水在层状土中运移规律还难以用描述均质土中水分运移规律的Lucas-Washburn（LW）渗吸模型进行描述。基于此,本文设计了层状土室内模型试验,采用分布式的主动加热光纤法（简称AHFO）监测毛细水上升过程。根据AHFO测试结果,进一步对LW模型进行了修正,提出了适用于描述层状土中毛细水上升规律的ILW模型,并对ILW模型进行了试验验证。试验结果表明:（1）当毛细水湿润锋抵达“黏土（下部）-砂土（上部）”界面时,会产生“毛细屏障作用”,从而导致上部砂土中毛细水含水率急剧下降;（2）“毛细屏障作用”由砂土和黏土中的基质吸力不均衡造成,基质吸力大小由含水率决定;（3）当毛细水湿润锋抵达“砂土（下部）-黏土（上部）”界面时,在界面处出现“反毛细屏障作用”,从而导致上部黏土层中的含水率比相邻下部砂土层含水率更高;（4）虽然常见的LW模型可准确预测均质土中毛细水上升高度及速率,但受“毛细屏障作用”和“反毛细屏障作用”影响,LW模型在层状土中失效;（5）相比LW模型,ILW模型精度更高,能够更加准确地描述层状土中毛细水上升规律。