基于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)分析

西安工業(yè)大學(xué) 劉鵬程 王建國

基于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)分析

西安工業(yè)大學(xué) 劉鵬程 王建國

地質(zhì)災(zāi)害的有效監(jiān)測和預(yù)測預(yù)警關(guān)系著人民群眾的生命與財富安全，監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時獲取、災(zāi)害信息的準(zhǔn)確預(yù)警已經(jīng)變得至關(guān)重要，傳統(tǒng)手工監(jiān)測預(yù)警不具備數(shù)據(jù)監(jiān)測的實(shí)時性與災(zāi)害預(yù)警的準(zhǔn)確性。本文以影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的因素以及地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警模型為研究對象，提出了基于C#開發(fā)平臺的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。本文首先完成了地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測關(guān)于形成條件、影響因素及監(jiān)測內(nèi)容的可行性分析，詳細(xì)介紹了監(jiān)測預(yù)警相關(guān)核心算法與應(yīng)用模型。其次，文章著重研究了運(yùn)用RTU設(shè)備(傳感器)采集災(zāi)害現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳至地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行解析并分析結(jié)果，以及實(shí)時傳遞展現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)場的信息。最后，不僅可以解決地質(zhì)災(zāi)害的漏報情況還可以使監(jiān)測點(diǎn)產(chǎn)生的誤報信息得到解決，對于各個災(zāi)害點(diǎn)在未來某個時段是否發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害做出預(yù)測。

地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測；預(yù)警；傳感器

1 研究背景與意義

到目前為止，地質(zhì)災(zāi)害突已經(jīng)在世界上的各種各樣的地方發(fā)生了，其中我國就是災(zāi)害發(fā)生做多數(shù)的國家。一般而言，我們對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的處理中最常用的手段和方法就是對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的監(jiān)測和預(yù)測。由于監(jiān)測技術(shù)人員在災(zāi)害活動地區(qū)中是缺乏人身安全保障這就會導(dǎo)致監(jiān)測預(yù)警的效率大大降低，不能夠?qū)崿F(xiàn)對災(zāi)害地區(qū)的實(shí)時監(jiān)控、自動監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸以及及時預(yù)報。例如，遇到夜晚或者連續(xù)大雨時發(fā)生災(zāi)害，這些情況就更不方便有關(guān)部門和專業(yè)人員實(shí)時的了解災(zāi)害現(xiàn)場的監(jiān)測結(jié)果，這樣就不能迅速的擬定災(zāi)害來臨的處理和解決方案。隨著各種各樣的技術(shù)和各種各樣的理論的成熟，在災(zāi)害監(jiān)測方面許許多多的技術(shù)都已經(jīng)得到了應(yīng)用。

地質(zhì)災(zāi)害其實(shí)就是指的是巖土體的移動事件，導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的原因就是在大自然以及人為因素的影響下，破壞了地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測因素的條件，致使這些地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生將會對人民群眾以及一些公共設(shè)施造成大規(guī)模的破壞。一般而言，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的過程分為六個階段，分別是孕育、發(fā)生、發(fā)展、衰亡以及穩(wěn)定的過程。地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的最終后果就是在許許多多的地方出現(xiàn)靠近山體的滑坡，大多數(shù)土壤松弛的地方出現(xiàn)泥石流、土壤水分過大的地方水土流失等等的現(xiàn)象。這些現(xiàn)象嚴(yán)重影響了人類的生命安全以及財產(chǎn)安全。

2 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的需求分析

2.1 硬件需求

現(xiàn)實(shí)中地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)是我們整個地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的基石，因?yàn)槲覀冊O(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)的效率將會直接影響到我們設(shè)計(jì)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的性能，易用性，可擴(kuò)展性。按照監(jiān)測內(nèi)容，至少應(yīng)該含有雨量計(jì)、滲壓計(jì)、形變計(jì)、含水率等，其次為了應(yīng)用預(yù)測預(yù)報警模型，硬件還必須包括短信貓和預(yù)警機(jī)，當(dāng)采集的數(shù)據(jù)大于設(shè)定的預(yù)值時短信貓會給預(yù)警機(jī)發(fā)送短信以達(dá)到報警功能。

2.2 軟件需求

此次設(shè)計(jì)和開發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)軟件按照開發(fā)需求需要對地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測點(diǎn)災(zāi)害現(xiàn)場RTU設(shè)備中各種傳感器所采集到的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、按照一定的協(xié)議進(jìn)行解析、做出一定需求的報表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、將數(shù)據(jù)上報給有關(guān)單位和部門進(jìn)行分析進(jìn)而做出決斷的一個監(jiān)測系統(tǒng)，此監(jiān)測軟件所具備的功能是對災(zāi)害點(diǎn)的動態(tài)實(shí)時監(jiān)測、接收采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)管理、對監(jiān)測點(diǎn)的測站管理、整個監(jiān)測點(diǎn)的系統(tǒng)設(shè)置、災(zāi)害發(fā)生時的視頻拍攝、對安保人員的短信報警、對采集到的歷史數(shù)據(jù)提取等等多項(xiàng)功能。

采用C/S架構(gòu)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中用戶或者客戶只需要安裝本系統(tǒng)的客戶端就可以訪問該系統(tǒng)，這樣不僅能確保該系統(tǒng)的安全性也能給客戶或者監(jiān)察員提供一個簡單明了、直觀的操作平臺。

3 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的總體設(shè)計(jì)及功能設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

此次開發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)時的架構(gòu)是三層架構(gòu)，用過戶界面層，業(yè)務(wù)邏輯處理層和數(shù)據(jù)連接層，將其進(jìn)行分離，每個層次都相應(yīng)的處理自己的事情，各司其職。系統(tǒng)的三層架構(gòu)可以使開發(fā)的項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)非常的清楚，而且在一定程度上我們能夠迅速的改動業(yè)務(wù)邏輯層以及添加或者刪除以及編輯一些監(jiān)測點(diǎn)的新的設(shè)備類型等。即實(shí)現(xiàn)了”高內(nèi)聚，低耦合”的思想。

3.2 系統(tǒng)物理架構(gòu)設(shè)計(jì)

此次開發(fā)和設(shè)計(jì)的監(jiān)測系統(tǒng)在設(shè)計(jì)模式上采用C/S模式，對于這種設(shè)計(jì)模式他有如下的特點(diǎn)：

C/S這種開發(fā)模式就是我們的都熟知的客戶端服務(wù)端架構(gòu)， C/ S模式中可以讓我們開發(fā)者能夠盡自己最大化的優(yōu)勢來利用災(zāi)害現(xiàn)場所開發(fā)出RTU硬件，將其所采集與發(fā)送數(shù)據(jù)和協(xié)議分別發(fā)送給服務(wù)端和客戶端。這樣做的好處就是大大降低了系統(tǒng)的開銷，這樣做的好處就是能夠大大減小系統(tǒng)自身所承受的壓力，在我們國內(nèi)當(dāng)前應(yīng)用的大部分設(shè)計(jì)軟件都是這樣的C/S架構(gòu)。C/S架構(gòu)可以將PC端的處理能力最大化，用戶可以在客戶端進(jìn)行操作，然后將其操作的指令提交給服務(wù)端，服務(wù)端再進(jìn)行處理。在C/S架構(gòu)中最大的特點(diǎn)就是其客戶端的響應(yīng)的速度非常快。

3.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是整個系統(tǒng)的重要組成部分，要能準(zhǔn)確的表達(dá)用戶需求，并將其轉(zhuǎn)換成有效的數(shù)據(jù)模型，并進(jìn)行存儲和管理。本次地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測是一個需要進(jìn)行實(shí)時操作的系統(tǒng)，因此這也就伴隨著需要大量數(shù)據(jù)的接收以及對其處理后的存儲。在設(shè)計(jì)和建立此次項(xiàng)目的數(shù)據(jù)庫時應(yīng)該考慮進(jìn)行一定的緩存或者寫一些存儲結(jié)構(gòu)，這樣就有利用于數(shù)據(jù)的查詢等等的操作，使其更加快速的完成請求。

此次開發(fā)的災(zāi)害系統(tǒng)中的主要邏輯結(jié)構(gòu)表有：Equipments表（存放設(shè)備信息表）、StationConfig表（監(jiān)測點(diǎn)配置表）、Data_ Rain表（雨量數(shù)據(jù)表）、Data_Crack(形變數(shù)據(jù)表）、Data_HanS-huiLv（含水率數(shù)據(jù)表）、Data_GroundWater(地下水位數(shù)據(jù)表)等等這些都是存儲了采集到的相應(yīng)影響地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的因素的數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，建立不同的數(shù)據(jù)表進(jìn)行存儲，這樣既方便數(shù)據(jù)的管理同時也方便數(shù)據(jù)的查詢等操作。

4 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理

4.1 數(shù)據(jù)的全局顯示

此次開發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)將災(zāi)害點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)按照特定的協(xié)議進(jìn)行解析并且分析這些數(shù)據(jù)的規(guī)律以及將解析到的數(shù)據(jù)顯示在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的客戶端中。在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的主界面中能清楚的看到各個監(jiān)測點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)對于不同類型的數(shù)據(jù)，不同監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)都會對應(yīng)的顯示出來，而且為了更好的用戶體驗(yàn)，操作者可以在左側(cè)導(dǎo)航欄選擇要查看的監(jiān)測點(diǎn)，此時會顯示該監(jiān)測點(diǎn)下所有站的信息，如果需要對監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行圖像抓拍，此時雙擊監(jiān)測點(diǎn)的站好會對該監(jiān)測點(diǎn)現(xiàn)場抓拍一張災(zāi)害圖片，并且能夠傳輸回來供安檢人員以及有關(guān)部門進(jìn)行查看。

4.2 數(shù)據(jù)分析

在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)中可以對采集到的雨量數(shù)據(jù)、形變數(shù)據(jù)、土壤含水率數(shù)據(jù)、地下水位數(shù)據(jù)做出統(tǒng)計(jì)分析。可以對所選擇的監(jiān)測點(diǎn)的不同的站進(jìn)行日月年分析，分析包括曲線分析和實(shí)時的數(shù)據(jù)，比如日分析的實(shí)時數(shù)據(jù)就包括0到24點(diǎn)的數(shù)據(jù)，月分析就包含該數(shù)據(jù)類型天天采集量的累計(jì)數(shù)據(jù)之和，年分析包含該類型數(shù)據(jù)月月的累計(jì)數(shù)據(jù)和，當(dāng)用戶在操作界面上點(diǎn)擊右上角的導(dǎo)出功能按鈕，此時可以將分析數(shù)據(jù)的表格導(dǎo)出供有關(guān)部門查看。

[1]趙佳,孫佳麗．地質(zhì)災(zāi)害信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫的建立[J]．北京地質(zhì),2002,14(3):36-39．

[2]曹修定．滑坡的遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測控制與數(shù)據(jù)傳輸[J]．中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報,2002, 13(1)．

[3]Donald E ．Knuth．計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的藝術(shù)(第2 卷)[M]．北京:國防工業(yè)出版社,2002．