地質災害在線綜合監測預警系統的研究與實現

山東正元冶達科技發展有限公司 盛有錫

我國是世界上地質災害最為嚴重的國家之一，由于缺乏完善的監測手段及數據處理方法 ，對地質災害的預測及治理不能提出有效的防治措施，已經嚴重制約經濟社會的可持續發展。通過北斗定位及通信技術、物聯網技術，開發出地質災害在線綜合監測監控預警系統，具有重要的現實意義。

1 系統組成

1.1 系統架構

系統采用分層結構化架構設計。分為：數據采集、數據傳輸、數據存儲與處理、數據應用與預警四個子系統。

1.2 數據采集子系統

地質災害的發生一般都經歷孕育、蠕變、剪切、形成四個從量變到質變的過程階段[1]，其監測內容包括變形監測（位移監測、裂縫監測和傾斜監測），相關因素監測（氣象監測、水監測等），以及宏觀前兆監測（宏觀變形、地下水突變及宏觀地聲等），具體監測參數有，地表裂縫的變形監測，深部位移監測，傾斜變形監測，降雨量監測，氣溫監測，土體濕度監測，地下水位監測，孔隙水壓力監測，土壓力監測，地聲監測，視頻監測。監測設備采用太陽能供電方式，在無日照情況下，能正常工作2個月及以上。支持遠程喚醒，響應中心命令。在監測儀器休眠狀態下，中心可以隨時喚醒監測儀器進行數據采集、讀取任意時段自記錄數據；可實現對設備電源電壓及工作環境溫度及系統狀態信息的實時監測。

1.3 數據傳輸子系統

即對傳感器取得的地質災害監測數據進行傳輸，包括有線的和無線的數據通信手段，無線采用GPRS/SMS/北斗衛星等通訊方式據[2-4]。

1.4 數據存儲與處理分析

將現場采集的地質災害監測數據存儲在云端服務器。并對數據進行挖掘、計算分析和共享，是整個地質災害監測預警系統的最核心部分。

1.5 數據應用與預警子系統

通過對內部位移、外部位移、災變體含水量、實降雨量等數據的綜合分析、挖掘各數據之間的內在聯系及變化趨勢、分析災變體的變形過程。

1.6 預警報警

發布多級預警信息：系統自動檢查上否有超出臨界的數據，并根據預警數據發布不同級別的報警信息。

采用多種預警方式：不同級別的報警信息可以通過系統登錄提示、聲光報警器、短信通知等多種方式傳達至相關責任人和領導

啟動相應應急預案：根據報警信息的級別，及時啟動相應級別的應急預案，化解險情，消除隱患。

審核每條預警記錄：預警信息處理完成之后，需要經過審核之后才能關閉，做到預警信息閉環管理。

2 系統特點

自動實時監控功能：系統可實現監測數據自動采集、傳輸、存儲、處理分析及綜合預警，并具備在各種氣候條件下工作的能力。系統采用分布式部署，易于擴展，可任意增加傳感器或滑坡點。

數據現場匯聚功能：系統可實現場監測數據匯聚后，通過北斗衛星發射無線回監控中心展示。

在線分析功能：安全監測管理分析模塊具備基礎資料管理、監測內容適時顯示發布、圖形報表制作、數據分析、綜合預警等功能。其中數據分析部分包括各項監測內容趨勢分析、綜合過程分析等。

預報警功能：通過軟件對監測參數進行實時在線分析，一旦監控參數超限，系統能夠進行聲光報警、短信報警、郵件報警等方式，提醒相關人員采取措施，預防事故發生。

權限管理功能：根據各級權限，各級監管部門可以不受時間和地點限制，只要登錄網絡，即可實現對監測點的遠程督導和檢查。

綜合展示功能：在各級監管部門控制中心的電子地圖上隨時查看各自管轄權限內的所有隱患監測點在線監測信息，并以示意圖、圖表、曲線、數據等形式展示；可同時顯示各監測區域實時天氣情況及未來幾天的天氣預報，以及監測區域范圍大小，常住人口數量等信息。

北斗短報文通訊功能：一旦發生不可抗自然災害使現有常用通信方式無法正常工作時，巡檢員可通過手持北斗終端通過北斗衛星以北斗短報文方式實現巡檢員之間、巡檢員與監控中心之間的實時通信。

設備防盜功能：系統集成設備防盜功能，在所有貴重監測設備內部集成電子圍欄原理防盜模塊，一旦設備離開監測點，監控中心就能收到設備防盜報警信息，并切換到GIS電子地圖，實時顯示設備位置和移動路線軌跡。

3 結論

地質災害在線綜合監測預警系統主要由前端的一體化監測站設備、網絡通信設備、監控中心、基于物聯網云計算技術的監測預警平臺以及用戶終端等軟硬件系統組成，通過對變形破壞信息和災變誘發因素信息的動態監測和相關分析處理，對災變體的穩定狀態和變化趨勢做出判斷，并揭示災變體空間分布規律，對未來可能發生的災害地點做出預測。

[1] 王雁林.地質災害風險評價與管理研究[M].科技出版社 2015.

[2] 朱乃立.計算機網絡實用技術[M].北京:高等教育出版社,2001.

[3] 陽憲惠.現場總線技術及其應用[M].北京:清華大學出版社,2002.

[4] 邵舒淵.基于無線傳感器網絡技術的煤礦安全監測系統研究與開發[J].電子技術應用,2008(6)．