【摘要】：本論文以國(guó)家科技支撐項(xiàng)目“典型南方城市生物質(zhì)廢物處置與燃?xì)饣眉夹g(shù)集成與示范”課題為依托,著眼于衛(wèi)生垃圾填埋場(chǎng)環(huán)境和安全等問題進(jìn)行了信息化管控系統(tǒng)的建設(shè),是一項(xiàng)運(yùn)用現(xiàn)代信息學(xué)科技術(shù)解決傳統(tǒng)填埋場(chǎng)環(huán)境和安全管控問題的跨學(xué)科研究。保護(hù)環(huán)境已成為全人類的重大課題,目前城市垃圾填埋場(chǎng)在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中,發(fā)生過因填埋氣泄漏引發(fā)填埋場(chǎng)自燃,以及填埋場(chǎng)塌方等一系列事故,造成了人員傷亡以及財(cái)產(chǎn)的重大損失,所以填埋場(chǎng)亟待進(jìn)一步完善的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)管控體系。對(duì)涉及填埋場(chǎng)重大安全隱患的填埋氣、堆體位移進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),確保填埋場(chǎng)的安全運(yùn)營(yíng)。在這方面成系統(tǒng)地研究鮮有發(fā)現(xiàn),因此開展填埋場(chǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及智能控制關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用研究,對(duì)城市大型衛(wèi)生垃圾填埋場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)防范具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文在分析研究填埋場(chǎng)填埋氣和自然沉降不穩(wěn)定造成安全隱患的內(nèi)在原理基礎(chǔ)上,討論并明確填埋場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)管控的主要要素是填埋氣和堆體位移。進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)存在的技術(shù)難點(diǎn)為填埋氣的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量大以及堆體位移的監(jiān)測(cè)預(yù)警不準(zhǔn)確。故建立填埋場(chǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及智能控制系統(tǒng),對(duì)信息的實(shí)時(shí)采集、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)以及位移預(yù)警模型等關(guān)鍵核心科學(xué)問題進(jìn)行深入研究,為填埋場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)的建設(shè)提供技術(shù)支撐。通過對(duì)重慶地區(qū)生活垃圾進(jìn)行采樣分析,對(duì)市內(nèi)大型填埋場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)測(cè)試分析研究,構(gòu)建了填埋場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)管指標(biāo)體系并提出監(jiān)管指標(biāo)閾值。研究填埋場(chǎng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的采集與傳輸關(guān)鍵技術(shù),將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用至填埋場(chǎng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),替代了原有的繁瑣且具有安全隱患的人工檢測(cè)與數(shù)據(jù)收集,對(duì)填埋氣、堆體位移等數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)的精確的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),其技術(shù)重點(diǎn)在于如何降低采樣數(shù)據(jù)量來滿足傳輸帶寬的限制,以達(dá)到實(shí)時(shí)傳輸?shù)哪康�。將壓縮感知理論應(yīng)用到該網(wǎng)絡(luò),可以有效解決大量數(shù)據(jù)獲取與傳輸瓶頸問題。根據(jù)鄰近傳感器節(jié)點(diǎn)的信息相關(guān)性,提出基于壓縮感知理論改進(jìn)的聯(lián)合稀疏算法無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸模型,該模型在傳感器端只需要一個(gè)隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器,解決了傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)存較小的問題。改進(jìn)的測(cè)量矩陣非常稀疏,大幅度地減少計(jì)算復(fù)雜度,節(jié)省了電量。然后選擇出簇頭節(jié)點(diǎn)對(duì)相鄰幾個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)先進(jìn)行相關(guān)性分析計(jì)算,相鄰節(jié)點(diǎn)只需要與簇頭節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)交換,降低了節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率,傳輸數(shù)據(jù)減少,提高了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛿?shù)據(jù)處理能力。再提出了改進(jìn)的基于小波樹模型化的自適應(yīng)硬閾迭代算法作為后端的還原算法,減少計(jì)算量加快重構(gòu)算法速度的同時(shí),也能夠提高還原精度。并且使用Matlab進(jìn)行相應(yīng)的仿真,對(duì)比研究結(jié)果,證明了提出的基于壓縮感知理論改進(jìn)的聯(lián)合稀疏算法無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸模型是實(shí)用可行的,為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在填埋場(chǎng)預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了可靠的解決方案。在填埋堆體位移安全預(yù)警方面,現(xiàn)有的人工巡查方式效率低、判斷不準(zhǔn)確,而傳統(tǒng)的山體滑坡、尾礦庫(kù)變形等自然災(zāi)害位移監(jiān)測(cè)中使用了“點(diǎn)”或“線”的監(jiān)測(cè)方法,如果直接引用到填埋場(chǎng)堆體位移監(jiān)測(cè)預(yù)警中,無法克服因垃圾自然降解產(chǎn)生的堆體沉降而形成位移和變形,產(chǎn)生虛假報(bào)警信號(hào)。運(yùn)用基于馬爾科夫鏈基本理論和加權(quán)馬爾科夫鏈理論的預(yù)警模型,對(duì)填埋堆體的降解情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。創(chuàng)新性地提出了填埋場(chǎng)填埋堆體3D位移協(xié)同監(jiān)測(cè)預(yù)警算法,將位移預(yù)測(cè)從點(diǎn)擴(kuò)大到面(二維)再到體(三維),避免了現(xiàn)有模型只能預(yù)測(cè)單點(diǎn)位移狀態(tài)規(guī)律而造成虛警概率高的問題,提高了位移預(yù)警的實(shí)用性,為填埋場(chǎng)堆體位移預(yù)警提供了科學(xué)算法。探討了3D位移協(xié)同預(yù)警的等級(jí)和位移協(xié)同檢測(cè)判定策略,將報(bào)警等級(jí)細(xì)分為千立方級(jí)、萬立方級(jí)、十萬立方,采用預(yù)警密集度閾值作為指標(biāo),驗(yàn)證了其可行性。并研究了以北斗地基增強(qiáng)網(wǎng)為基礎(chǔ)的填埋場(chǎng)堆體3D位移協(xié)同監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在以上模型算法研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合重慶山地填埋場(chǎng)的特征,首次提出了一套完整的填埋場(chǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及智能管理系統(tǒng)。在硬件設(shè)計(jì)方面,針對(duì)填埋氣的監(jiān)測(cè)方案提出了填埋氣的監(jiān)測(cè)方法,歸納為“點(diǎn)”、“線”、“面”三種方法,解決了填埋場(chǎng)監(jiān)測(cè)的全覆蓋問題。針對(duì)填埋場(chǎng)填埋堆體位移監(jiān)測(cè)方案,結(jié)合WSN算法及3D位移協(xié)同預(yù)警算法,運(yùn)用北斗地網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),設(shè)計(jì)了填埋場(chǎng)位移預(yù)警監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。在軟件設(shè)計(jì)方面,根據(jù)長(zhǎng)生橋填埋場(chǎng)的實(shí)際地形狀態(tài),設(shè)計(jì)了一套實(shí)用的填埋場(chǎng)智能控制系統(tǒng),搭建了驗(yàn)證環(huán)境,對(duì)填埋場(chǎng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)感知、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、智能安全管控軟件功能等主要環(huán)節(jié)進(jìn)行了聯(lián)調(diào)聯(lián)試,驗(yàn)證了數(shù)據(jù)運(yùn)行流程。并結(jié)合前文的模型運(yùn)算生成報(bào)警日志表、填埋氣氣量趨勢(shì)圖以及堆體位移趨勢(shì)圖等。該智能化平臺(tái)軟件運(yùn)行后能夠?qū)⒈O(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中,方便以后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和管理。
【圖文】：

但是設(shè)計(jì)再精良的填埋場(chǎng)也會(huì)由于填埋氣的泄漏或者填埋場(chǎng)堆體塌陷而產(chǎn)生了許多污染和事故。根據(jù)國(guó)內(nèi)外有關(guān)新聞顯示，2017年2月7日，汕頭市區(qū)雷打石垃圾填埋場(chǎng)發(fā)生了自燃，圖1.1為填埋場(chǎng)發(fā)生自燃后處理現(xiàn)場(chǎng)；2017年9月1日，印度新德里的一處垃圾填埋場(chǎng)發(fā)生塌方事故，造成2人死傷，圖1.2為填埋場(chǎng)塌方應(yīng)急處理現(xiàn)場(chǎng)。所以填埋場(chǎng)的填埋氣如果沒得到有效收集和處理，，一旦泄漏不但影響周圍空氣環(huán)境，嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生自燃甚至引發(fā)爆炸，將危及周邊交通運(yùn)輸、植被和人身財(cái)產(chǎn)安全。另外，填埋場(chǎng)的穩(wěn)固性也是需要重點(diǎn)關(guān)注的，如果填埋場(chǎng)發(fā)生大面積塌方，可能引發(fā)更嚴(yán)重的二次災(zāi)害。所以，大型填埋場(chǎng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定期內(nèi)進(jìn)行有效的安全監(jiān)管是非常重要的。我國(guó)城市大型衛(wèi)生填埋場(chǎng)信息管理水平還不高

了許多污染和事故。根據(jù)國(guó)內(nèi)外有關(guān)新聞顯示，2017年2月7日，汕頭市區(qū)雷打石垃圾填埋場(chǎng)發(fā)生了自燃，圖1.1為填埋場(chǎng)發(fā)生自燃后處理現(xiàn)場(chǎng)；2017年9月1日，印度新德里的一處垃圾填埋場(chǎng)發(fā)生塌方事故，造成2人死傷，圖1.2為填埋場(chǎng)塌方應(yīng)急處理現(xiàn)場(chǎng)。所以填埋場(chǎng)的填埋氣如果沒得到有效收集和處理，一旦泄漏不但影響周圍空氣環(huán)境，嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生自燃甚至引發(fā)爆炸，將危及周邊交通運(yùn)輸、植被和人身財(cái)產(chǎn)安全。另外，填埋場(chǎng)的穩(wěn)固性也是需要重點(diǎn)關(guān)注的，如果填埋場(chǎng)發(fā)生大面積塌方，可能引發(fā)更嚴(yán)重的二次災(zāi)害。所以，大型填埋場(chǎng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定期內(nèi)進(jìn)行有效的安全監(jiān)管是非常重要的。我國(guó)城市大型衛(wèi)生填埋場(chǎng)信息管理水平還不高，對(duì)于填埋氣的抽氣管理是非常粗放的，只是定期檢測(cè)垂直氣井的氣體壓力等少量的參數(shù)，沒有達(dá)到精確科學(xué)的管理和控制[8]。有些填埋場(chǎng)安裝了視頻監(jiān)控?cái)z像頭對(duì)填埋場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)填埋堆體的變化情況僅僅依靠人為觀察。填埋場(chǎng)安全預(yù)警沒有形成從填埋氣泄漏、填埋場(chǎng)堆體位移監(jiān)測(cè)、地下水的檢測(cè)到填埋場(chǎng)高清現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控等的一個(gè)整體[9]
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X799.3;X84

【參考文獻(xiàn)】

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2 高陽(yáng);;高精度GNSS在水電站滑坡體自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];自動(dòng)化應(yīng)用;2015年05期

3 徐亞;能昌信;劉峰;董路;劉玉強(qiáng);黃啟飛;;填埋場(chǎng)長(zhǎng)期滲漏的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法與案例研究[J];環(huán)境科學(xué)研究;2015年04期

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5 張知非;;中國(guó)城市固體廢棄物的能源化處理[J];資源節(jié)約與環(huán)保;2014年09期

6 白征東;元榮;過靜s

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