Dùng IoT để giám sát và cảnh báo sụt trượt đất đá
Hệ thống sẽ thu nhận và xử lý tín hiệu được ghi lại từ hiện trường qua dữ liệu về lượng mưa, dâng cao đường bão hòa nước dưới đất… để cảnh báo sạt lở.
Công nghệ IoT giúp cảnh báo sớm sạt lở đất để có biện pháp phòng ngừa.
Trượt lở đất đá ngày càng gia tăng
Tai biến trượt đất những năm gần đây ở nước ta có xu hướng gia tăng về số vụ và quy mô, gây thiệt hại nặng nề về người cũng như tài sản, đặc biệt trong mùa mưa bão. Nhiều giải pháp chống sụt trượt đã được áp dụng, mang lại hiệu quả nhất định, tuy nhiên, hầu hết các giải pháp này thường yêu cầu đầu tư lớn nên khó triển khai rộng.
Sụt trượt đất là một dạng dịch chuyển trọng lực, do mất cân bằng lực hay mô men sinh ra từ chính trọng lượng của khối đất đá, khi chúng dịch chuyển từ đỉnh hay sườn dốc xuống chân dốc.
Nguyên nhân sụt trượt chủ yếu đến từ các yếu tố khí tượng - thủy văn làm thay đổi dòng chảy nước mặt, bão hòa đất tầng phủ, dâng mực nước ngầm; hay từ các hoạt động kinh tế - kỹ thuật của con người (xây dựng, nông nghiệp, phá rừng, khai thác mỏ…) làm thay đổi địa hình, tải trọng cân bằng vốn có, mất thảm thực vật…
Sụt trượt đất đá rất nguy hiểm, gây thiệt hại lớn về người và tài sản. Chỉ tính riêng mùa mưa năm 2023, các tác động do hoạt động kinh tế - kỹ thuật (xây dựng giao thông, thủy lợi, thủy điện, hạ tầng dân cư, nông nghiệp, khai thác mỏ…) cùng với mưa lũ cực đoan đã kích hoạt sụt trượt đất đá tại nhiều nơi như Lào Cai, Nghệ An, Lâm Đồng, Đắk Nông… thậm chí ngay cả ở Hà Nội (Sóc Sơn), gây thiệt hại đặc biệt lớn (trên 100 người chết và mất tích, thiệt hại hàng nghìn tỷ đồng).
Để ứng phó với dạng tai biến địa chất nguy hiểm này, có thể tiếp cận theo các hướng như phòng tránh từ xa, chủ yếu giảm thiểu tác động từ hoạt động kinh tế - kỹ thuật; đề phòng nguy cơ sụt trượt bằng biện pháp phi công trình; xử lý và chống sụt trượt trực tiếp tại mỗi vị trí đang và có nguy cơ cao xảy ra bằng biện pháp công trình cụ thể; giảm nhẹ thiệt hại về người cũng như tài sản bằng cách áp dụng các kỹ thuật quan trắc, giám sát để cảnh báo sớm.
Công nghệ giám sát và cảnh báo sụt trượt
Hệ thống cảnh báo sớm trên cơ sở IoT sẽ thu nhận và xử lý tín hiệu được ghi lại từ hiện trường thông qua dữ liệu về lượng mưa, dâng cao đường bão hòa nước dưới đất với sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng trong khối đất, kết hợp các tín hiệu thu nhận liên tục theo thời gian thực về dịch chuyển ngang sâu và các dao động nền đất...
Hệ thống được xây dựng trên cơ sở thu thập dữ liệu đo đạc tự động, quản lý, xử lý, phân tích, tính toán và ra quyết định cảnh báo. Ngưỡng cảnh báo được thiết lập trên cơ sở phân tích và đánh giá tổ hợp các yếu tố phát sinh dịch chuyển khối đất đá như lượng mưa, áp lực nước lỗ rỗng, dịch chuyển ngang sâu, dao động nền đất trong lỗ khoan...
Hoạt động chính của hệ thống giám sát cảnh báo sớm sụt trượt tích hợp IoT bắt đầu từ trạm quan trắc. Trạm này có nhiệm vụ đo lường, thu thập dữ liệu vật lý liên quan trượt đất về địa chất (chuyển vị ngang, áp lực nước lỗ rỗng, dao động nền đất), lượng mưa, xử lý số liệu sau đó gửi lên server để phân tích ngưỡng đánh giá an toàn.
Tự động kiểm tra trạng thái hoạt động của trạm và các thiết bị ngoại vi, gửi thông tin lên server để lưu trữ dữ liệu vào cơ sở dữ liệu động, sau đó gửi thông tin đến trạm cảnh báo tại 2 đầu của đường truyền tin vô tuyến qua mạng Lorawan, từ đó gửi thông tin SMS cảnh báo đến điện thoại di động của người quản lý hay qua thư điện tử.
Cùng lúc đó, hệ thống sẽ ra lệnh hiển thị các mức cảnh báo trên bảng điện tử ở ngay khu vực được giám sát tại 2 đầu cung đường và kích hoạt loa cảnh báo.
Trạm cảnh báo có nhiệm vụ xử lý số liệu, hiển thị thông tin tương ứng lên biển báo điện tử VMS, cảnh báo ra loa phát thanh; đồng thời còn có thể tự động kiểm tra trạng thái hoạt động của trạm, gửi thông tin đến trạm quan trắc để gửi cảnh báo đến server hoặc qua tin nhắn SMS đến người quản lý khi trạm gặp sự cố.
Máy chủ có nhiệm vụ thu thập, xử lý và lưu trữ dữ liệu từ trạm quan trắc. Giao diện phần mềm cho phép giám sát được tình trạng khu vực cần giám sát và bảo vệ, trạng thái hoạt động của hệ thống, cài đặt các chế độ hoạt động của hệ thống, lưu trữ và truy xuất cơ sở dữ liệu cũng như cho phép lựa chọn các khoảng thời gian vẽ biểu đồ các số liệu quan trắc.
Các thiết bị đầu cuối sử dụng để thực hiện truy cập vào server nhằm thu thập hoặc gửi các cấu hình cài đặt hệ thống, giám sát hoạt động của hệ thống và nhận thông tin cảnh báo khi số liệu đo lường vượt ngưỡng giới hạn được cài đặt, hoặc khi hệ thống gặp sự cố.
