滑坡地質災害實時監測與預警系統的設計與實現探討

楊倩

摘 要 滑坡地質災害對人們的財產和生命安全有著很大的危害，因此，設計和實現滑坡地質災害預警與實時監測系統是非常重要的。基于此，本文首先對系統的總體架構、數據存儲、用戶子系統等進行設計，其次，從數據中心與監測站數據實時通信、多線程監測數據處理、一機多天線的定時切換等方面論述了滑坡地質災害預警與實時監測系統的實現。

關鍵詞 滑坡地質災害；實時監測；預警系統

前言

我國的地質災害發生的比較頻繁，每年由于地質災害所造成的經濟損失和人員傷亡非常大。據相關統計，我國每年平均發生地質災害大約為10907起，其中死亡人數約為349人、失蹤人數約為51人、受傷人數約為218人，造成的直接經濟損失約為54.1億元。而滑坡地質災害大約占其總數的74.5%，因此，相關部門要重視滑坡地質災害，對其進行有效且及時的監測和預警。

1 滑坡地質災害實時監測與預警系統的設計

1.1 總體架構設計

在設計系統的總體架構過程中，需要從系統的幾個子系統方面進行：①基準站子系統的設計。該子系統主要由可調節對中盤、饋線、CORS天線、避雷針、UPS電源、避雷針以及電源和饋線避雷器等組成。主要實現對CNSS衛星數據進行實時跟蹤、存儲、傳輸、采集，從而為CNSS監測站的差分改正提供相應數據支持，同時也為監測站提供變形分析參照基準。②監測站子系統的設計。該系統由可調節盤、測量大地電線和接收機、UPS電源、太陽能板、避雷針、饋線、位移和降雨傳感器以及電源和饋線避雷器等組成。實現的功能有：實時跟蹤和監測CNSS衛星數據，并且對信息中心子系統傳輸的差分數據進行實時接收，將結果再傳回信息中心，從而實現網絡RTK功能；實時采集內部位移和雨量傳感器的數據，并對滑坡體進行可視化實時監測。③信息中心子系統的設計。該系統主要由預警與監測軟件、USP電源、顯示器、防火墻、路由器以及塔式服務器等組成。實現的功能有：實時監測并且記錄監測站和基準站的目前的工作狀態；存儲和接收監測站和基準站傳達的信息，并為監測站提供相應的差分改正的數據。對監測數據進行實時預測、分析、處理等，并自動生成圖件、表、報告等，同時及時向有關部門發送預警信息，對CNSS接收機進行遠程控制。

1.2 數據存儲設計

在對數據存儲方式進行設計過程中，不僅實現數據自動計算功能，還要有助于用戶管理和查詢相關數據。在設計時，采用Miscrosoft SQL Server數據庫，首先在該數據庫中創建一個LandIASP.mdf文件。其次在這個文件中再新建5張表格，這5張表格分別用于存儲在一天內監測的數據信息、在一小時內監測的數據信息、站點位置坐標信息、用戶的信息以及站點信息等。利用文件存儲具有不受信息量大小限制和數據存儲量大等優點。其主要存儲內容為系統的運行日志和基本參數以及對站點檢測數據和運行狀態等。

1.3 用戶子系統設計

用戶子系統由移動端APP、Web端APP以及電腦客戶端組成。這個子系統主要實現的功能有：①對滑坡體的降雨量以及位移等數據信息進行實時監測，將實時監測信息傳輸到基準站，由基準站傳輸到監測站，再由監測站傳輸到信息中心，通過信息中心的分析、處理、計算后進行發布預警信息。②對監測站中的各類數據進行下載，生成各種圖表之后，自動進行變形分析，以此為決策部門制定策略提供相應的數據[1]。

2 滑坡地質災害實時監測與預警系統的實現

2.1 數據中心與監測站數據實時通信的實現

滑坡地質災害預警和監測系統的正常運行基礎便是實現數據的實時通信。在實現數據實時通信過程中，利用Socket（套接類）技術，通過端口后和IP對監測站和基準站的數據進行獲取和監聽，與此同時利用WiFi、4G、GPRS等通信網絡對數據進行傳輸。Socket技術為數據實時通信提供了大量的屬性和方法，在應用過程中，可以通過UDPClient、TCPListener以及TCPClient等類使用UDP協議服務和TCP協議服務，在數據傳送過程中，這些類主要負責的是細節任務。同時UDP協議服務和TCP協議服務提供簡單的網絡服務和用戶方位細節，且用戶在使用過程中，不需要對協議套接字細節設計進行了解便可應用。而在CORS中進行通信過程中，主要是利用Nrrip協議進行的。

2.2 多線程監測數據處理的實現

在預警與監測系統正常運行過程中，會有多個監測站和基準站同時出現，這要求其能夠及時進行相應，同時中心服務器必須要與多個站點建立同時連接的網絡。這種情況下，需要使用到多線程技術。具體實現方式為：將服務器與各個監測站和基準站連接，使服務器能夠在這些站點中同時開展數據通信作業。在這些站點發出相應的連接請求后，此時服務器會向后臺請求建立新的線程，而此線程包括數據處理方法和請求站點名稱等內容，通過以上流程，便可使系統實現多線程監測數據處理功能。

2.3 一機多天線的定時切換

對滑坡體進行預警和監測，需要在其中布設很多監測點，這樣才能有效且及時的開展監測任務。當滑坡上的監測點比較密集時，如果將CNSS接收機布設到每個監測點上，那么會使監測成本成倍數增加。為了降低相關成本，在部分滑坡體上利用一機多天線的方法進行實時監測。一機多天線主要是指一臺CNSS接收機與多條天線連接，在每個監測點上安裝一條GPS天線，但是不安裝相應的接收機。為了實現其定時切換，信息中心要向監測站定時的發送相關控制指令，而在監測站收到指令之后，利用CNSS控制器對GNSS天線進行切換，從而實現利用一臺接收機連接多條天線的方法對滑坡地質災害進行實時預警與檢測[2]。

3 結束語

綜上所述，滑坡地質災害對國民正常生活造成了很大的影響，對其進行實時監測是保障人們生命安全的有效途徑。經過上文分析可得，滑坡地質災害預警與實時監測系統將計算機、無線通信、傳感器、GNSS等技術集成在一起，實現了對滑坡體的自動化、全方位、全天時、全天候以及高精度的實時監測，并且能夠及時向相關部門提供預警信息，從而滿足對滑坡地質災害預警和監測的需求。

參考文獻

[1] 姚佩超，楊志強.地質災害實時監測與預警系統的設計與實現[J].測繪通報，2016，（S2）：124-129.

[2] 姚佩超，楊志強，柯福陽，等.滑坡地質災害實時監測與預警系統的設計與實現[C].第七屆中國衛星導航學術年會.第七屆中國衛星導航學術年會論文集.長沙：中國衛星導航系統管理辦公室學術交流中心，2016：1-6.