2018年度河北省科学技术奖励提名

信息公示

项目名称：基于物联网技术的工程、地质自动化安全监测产业链及工程应用

提名单位：河北省燕郊经济技术开发区科技局

项目简介：

本项目属于资源与环境、电子信息科学技术领域。

我国地域辽阔，潜在地质灾害数量巨大，无论是自然形成或人类活动诱发的地质灾害还是大型工程结构自身，均需进行安全监测，提前预测预报，减少人员和经济损失。目前的安全监测技术、手段或监测方法普遍存在效率不高、信息化程度低、专业化程度不够、工作流程不适用、预警不及时等诸多问题，影响了安全监测的实效性和可靠性，无法适应我国新形式下的防灾减灾需求。

主要技术内容：围绕工程结构、地质灾害自动化安全监测需求及特点，从节能、传感、防护、有效预警技术几方面着手研究，建立底层技术支撑；以此为基础运用电子集成、自动化控制、无线网络技术研发了一体化、自主工作的专业监测设备和监测执行机构，实现监测数据实时、稳定自动获取；基于监测数据和地理信息数据、历史灾害数据，开发了具有对比、分析、学习能力的灾害提前识别预警和项目管理为一体的综合数据信息平台以及基于连续-非连续（CDEM）介质力学的安全分析方法模型。

本项目为企业自主项目，研发期间河北省科技厅、北京市科委、中国地质调查局分别给予了立项支持。项目实施以技术内容为主线，攻克了一系列关键技术问题，形成了较为完备的专业化、规范化、标准化的无人值守安全监测体系、技术支撑和监测系统。主要成果和创新如下：

1.提出了针对工程、地质全自动安全监测系统研发应用保障体系-321保障体系。三项底层支撑技术+两个现场执行机构+一套功能完备的管理软件系统，使本项目得以有理、有序逐步推进。

2.攻克了野外（室外）无人值守监测设备的数据采集、超低功耗、适用工作流程、富网络无缝通讯、预警预报方式方法等关键技术难题，明确了恶劣环境下监测设备应具备的基本功能、性能，完成了自动化监测底层技术积累。

3.针对工程、地质无人值守永久监测特点，提出了专业化、一体化、自主工作的适用理念，研发了系列化的三十余种具有自主知识产权的专业化物联网监测设备。为全自动安全监测数据可靠、准确获取提供了有利支持。

4.根据安全监测预报实效性的需求，将安全分析算法嵌入监测设备；提出了多途径有效预警方式方法，研发了基于自建射频网络的区域化预警网络及设备，实现现场数公里内的预警信息发布，同时也为防灾减灾科普宣传、应急指挥提供了新的通讯渠道。

5.提出了以区域管理、项目管理、数据管理、人员管理、实时预报为主要功能的大数据安全信息平台架构，开发了基于地理信息与实时监测数据的时空大数据灾害模型动态识别算法和基于连续-非连续介质力学的进行定量化分析预警预报模块，使灾害防治由被动防灾向主动防灾转变。

研发成果：发表论文65篇，专著1册；授权发明专利6项、授权实用新型专利22项、软件著作22项。

主要完成单位及创新推广贡献

河北稳控科技有限公司

总结并提出了能够保障自动化安全监测系统能够稳定、可靠、高效运行的一系列技术手段和方法-“321安全监测保障体系”。提出了超低功耗技术层面解决方案、工作流程、有效预警实现方案和技术路线；完成了基于多种节电技术的低能耗技术、算法嵌入技术开发，有针对性的研发了本项目中80%的工程、地质专业化监测设备；提出了基于多种类数据的综合化信息平台架构并搭建了基于地理信息系统和监测数据的数据管理平台，实现了基于网络的数据接收、反向控制、项目管理、网络定向预警功能，完成了整个系统各个环节的双向互动通讯、数据发布等工作。使基于物联网技术的工程、地质安全监测系统具备了完整的体系结构和业务流程。在监测系统总体要求、体系组成构建、数据稳定性、可靠性和预警方式方法方面发作出了重要贡献。

重庆地质矿产研究院

充分发挥区域和技术优势，针对极具代表性的长江流域地质灾害提出了监测设备应具备的基本功能及性能；开发了驻守人员及调查手持终端系统（群测群防电子表格），攻克了地质环境条件复杂区域人员的持续精确定位难题；开发了基于GIS基础数据与监测数据融合的灾害体智能识别功能模块，提高了地质灾害预警预报的针对性和指导性；提供设备测试、验证场地；在三峡库区进行了大量的项目实施，使本项目研发成果得以大范围推广应用。为本项目研发成果与区域产业对接应用方面做出了突出贡献。

中国科学院力学研究所

充分发挥自身学科优势、人才优势和科研优势的基础，中科院力学所联合院内外研究机构，组织滑坡灾害研究团队，在国家973、中国科学院重要方向性等项目等支持下深入参与了本项目实施过程，提出了基于监测数据及连续-非连续数值模拟的稳定性评价方法，研发了以地下深部破裂及大位移测量技术、土石混合体柔性边界等应力加载测试技术、当前状态评价方法为代表的一系列创新性成果，构建了监测预警系统，初步实现了灾变体渐进破坏过程的高相似度模拟与预测。提高了我国灾害监测分析与预警水平，获得了显著的社会经济效益，引领了我国地质灾害防治理论与技术的发展。

北京卓越经纬测控技术有限公司

深入研究了本项目中监测设备的工作环境、防护等级需求，从工业产品和防护要求方面开展监测设备系统集成研究，完成了监测设备环境适应性设计；深入研究并通过实验验证了一些公认的便于实现自动化分析的计算方法，筛选了斋藤法、Vedlulst灰色系统理论法等二十余种安全分析、推测方法，完成了现场预警所需核心算法的代码编写工作；采用数据模拟手段探索了基于监测数据和灾变体结构的有限元计算方法；与河北稳控科技有限公司共同完成批量生产工作。

推广应用及经济社会效益情况

应用情况：成果已得到广泛应用，特别是华北地区和三峡库区，基于本项目研发成果的应用已达数百个监测区域，成功预报各类险情千余起（次），避免直接经济损失数十亿元，起到了很好的引领和示范作用。

代表性论文专著目录

主要知识产权证明目录

主要完成人情况表

主要完成人：许利凯

排名：1

技术职称：工程师

工作单位：河北稳控科技有限公司

完成单位：河北稳控科技有限公司

对本项目技术创造性贡献：全程参与、主导本项目实施与进展，主要工作体现在本项目科技创新点1、2、3、4、5。提出了本项目总体实施思路、整体框架；关键技术超低功耗、适用方法、有效预警具体实施方案提出者及实现者；本项目二十余种监测设备具体研发实施人；负责本项目各相关单位、关键人员的工作协调与分配。

曾获科学技术奖励情况：河北省廊坊市2017年度科学技术奖二等奖。

主要完成人：魏世玉

排名：2

技术职称：副高

工作单位：重庆地质矿产研究院

完成单位：重庆地质矿产研究院

对本项目技术创造性贡献：全程参与本项目研究与应用实践，主要工作体现在本项目科技创新点1、3、4。结合地质灾害监测预警需求，提出了本项目中监测设备功能设计、性能参数要求；参与本项目中监测预警设备的研发实施；于工作实践中总结提炼出面域式直达声光预警方法，主要负责本项目各监测预警设备的应用测试及使用反馈。

曾获科学技术奖励情况：荣获2016年“向上向善好青年（创新创业类）”称号

主要完成人：冯春

排名：3

技术职称：高级工程师

工作单位：中国科学院力学研究所

完成单位：中国科学院力学研究所

对本项目技术创造性贡献：灾害体数值模拟、安全分析方法研究，完成了连续-非连续数值模拟软件（CDEM科研版）的研发及验证。将海量的监测数据引入CDEM中并借助寻优算法反馈迭代，实时修正内部各处的岩土力学参数，分析灾害体稳定性状态及未来的发展趋势；在监测物理量、监测点位布设方面提出了建设性建议。

曾获科学技术奖励情况：2017年3月，中国冶金矿山企业协会冶金矿山科学技术奖三等奖：爆破诱发周边岩体损伤破裂及边坡失稳的机理与评价方法研究，排名第5。

主要完成人：姚再兴

排名：4

技术职称：高级工程师

工作单位：北京卓越经纬测控技术有限公司

完成单位：北京卓越经纬测控技术有限公司

对本项目技术创造性贡献：深入研究优化并通过实验验证了一些公认的便于实现自动化分析的计算方法，筛选了斋藤法、Vedlulst灰色系统理论法等二十余种安全分析、推测方法，完成了现场预警所需核心算法的代码编写工作；采用数据模拟手段探索了基于监测数据和灾变体结构的有限元计算方法；与河北稳控科技有限公司共同完成批量生产工作；研究了本项目中监测设备的工作环境、防护等级需求，从工业产品和防护要求方面开展监测设备系统集成研究，完成了监测设备环境适应性设计。

曾获科学技术奖励情况： 2009辽宁省科技进步二等奖，排名第9

2004阜新市政府科学技术进步奖三等奖，排名第1

主要完成人：徐洪

排名：5

技术职称：高级工程师

工作单位：重庆地质矿产研究院

完成单位：重庆地质矿产研究院

对本项目技术创造性贡献：参与本项目预警预报研究与应用实践，主要工作体现在本项目科技创新点3、5。结合目前地质灾害监测预警现状，开展了地质灾害次声监测、微地震监测等技术研究、大数据及人工智能算法研究，参与本项目中有效、可靠预警技术及算法实现。

曾获科学技术奖励情况：“西部之光”访问学者

主要完成人：赵静

排名：6

技术职称：工程师

工作单位：河北稳控科技有限公司

完成单位：河北稳控科技有限公司

对本项目技术创造性贡献：全程参与项目，主要工作体现在本项目科技创新点2、3、4。本项目二十余种监测设备具体研发方案制定并负责组织实施和关键固件代码编写，监测设备研发主要贡献人之一；负责本项目总体推广应用。

曾获科学技术奖励情况：河北省廊坊市2017年度科学技术奖二等奖。

主要完成人：范永波

排名：7

技术职称：助研

工作单位：中国科学院力学研究所

完成单位：中国科学院力学研究所

对本项目技术创造性贡献：深入开展了大量实验和数据验证工作，深部滑带剪切大位移测量装置、多种外部因素作用下边坡破坏实验装置的主要研发人员，验证并确认的不同时空条件下关键物理量变化特点及基本判定方法。

曾获科学技术奖励情况：无

主要完成人：陈立川

排名：8

技术职称：高级工程师

工作单位：重庆地质矿产研究院

完成单位：重庆地质矿产研究院

对本项目技术创造性贡献：结合当前地质灾害监测预警技术及本项目研发设备情况，参与本项目应急监测、专业监测及效果监测等应用示范工作。

曾获科学技术奖励情况：无

主要完成人：陈柏林

排名：9

技术职称：高级工程师

工作单位：河北稳控科技有限公司

完成单位：重庆地质矿产研究院

对本项目技术创造性贡献：结合当前自动化监测、设计、施工环节的信息反馈现状，提出了基于自动化监测的监测——控制一体化设计思路，开展了多个工程项目应用示范。

曾获科学技术奖励情况：无

主要完成人：李川

排名：10

技术职称：助理工程师

工作单位：河北稳控科技有限公司

完成单位：重庆地质矿产研究院

对本项目技术创造性贡献：针对人工结构体或岩土体表面位移精度要求高、监测点密度大需求量大、野外电能供给困难及永久趋势监测的具体要求，参与了野外专用低功耗定时自启并自动现场高精度解算的GNSS卫星定位表面位移监测系统的研发并开展了多个工程项目应用示范。

曾获科学技术奖励情况：无

完成人合作关系说明

1：许利凯；2：魏世玉；3：冯春；4：姚再兴；5：徐洪；6：赵静；7：范永波；8：陈立川；9：陈柏林；10：李川

本项目“基于物联网技术的工程、地质全自动安全监测产业链及工程应用”第一完成人许利凯（河北稳控科技有限公司）曾工作于中国科学院力学研究所、北京卓越经纬测控技术有限公司。第一完成人许利凯自2003年至今始终从事无人值守自动化安全监测系统的理论、方法研究，是本项目保持高度目标一致性的重要关联与完整链路搭建人，提出了很多重要的整体思路和具体技术实现方案，在一些关键难题方面也是关键技术的实现者。

第一完成人许利凯与第三完成人冯春、第七完成人范永波为力学研究所流固耦合系统力学重点实验室同事关系，第四完成人姚再兴为力学研究所博士生，共同参与了国家973“重大工程地质灾害的预测理论及数值分析方法研究”、中科院创新项目“滑坡灾害防治关键科学问题及集成技术研究”、国家自然基金“强冲击荷载及内部气体集聚条件下地质体材料的力学行为研究”、中科院西部计划项目“汶川地震次生地址灾害监测预警与决策支持系统”等科研项目，近几年基于各自的研究领域和研究成果，持续开展了多个研发项目和工程项目的实施，保持了较为密切的联系。

第一完成人许利凯与第四完成人姚再兴在力学研究所有多年同一科室、共同完成多项任务的经历，第四完成人姚再兴博士毕业后创办北京卓越经纬测控技术有限公司，并聘请许利凯为技术总监，继续开展安全监测设备、预警理论、安全分析算法的合作。

第一完成人许利凯与第二完成人魏世玉为双方单位指定的合作负责人，2014年重庆地质矿产研究院与北京卓越经纬测控技术有限公司鉴定了系列化地灾产品（系统）研发协议，双方分别指定本项目第一完成人许利凯与第二完成人魏世玉为具体负责人，开始了深入交流合作，后续又陆续进行了多项科研立项与实施；在深入合作过程中，第一完成人许利凯与同在重庆地质矿产研究院工作的第五、第八完成人在具体技术问题上有较为深入的交流；2016年，第一完成人许利凯以副主编身份参与了第二完成人魏世玉主编的专著编写工作并最终出版。

第一完成人与第六完成人赵静为大学同学，毕业后一直保持较为密集的技术合作交流。2014年第三完成人赵静成立河北稳控科技有限公司（曾用名“三河市稳控计算机技术有限公司”），第一完成人许利凯正式入职，任职总经理、技术总监，专业从事工程、地质全自动安全监测技术研究、设备研发与推广应用工作；第九完成人陈柏林和第十完成人李川目前为河北稳控科技有限公司员工，曾工作于重庆地质矿产研究院从事本项目的研究和推广应用工作，并完成了大量监测设备现场应用适用性的改进工作。

完成人合作关系情况汇总表

序号	合作方式	合作者	合作时间	合作成果	证明材料
1	论文合著	冯春	2007年	论文：三峡库区奉节天池滑坡实时遥测技术应用实例	附件1.1.1
2	论文合著	范永波 冯春	2016	论文：Real-time monitoring instrument designed for the deformation and sliding period of colluvial landslides	附件1.1.2
3	共同研发	姚再兴	2015	深部位移监测仪研发合同	附件5.1.10
4	专著合著	魏世玉	2016	机电一体化	附件5.1.3
5	共同研发	魏世玉	2014~2017	全自动无线GNSS地表位移监测系统研发合同	附件5.1.7
6	共同研发	赵静	2008~2018	发明专利： 1、光学雨量探测方法、探测装置及导光器 2、基于无线网络的安全监测管理系统	附件2.1.1 附件2.1.2

知情同意证明