基于WEBGIS技術的地質滑坡測量實時監測系統設計

陳 榮

(1.廈門城市職業學院 城市建設與管理系，福建 廈門 361008；2.武漢大學 資源與環境科學學院，武漢 430072)

0 引言

地質滑坡監測技術作為地理信息查找的一部分，被逐漸重視起來。滑坡監測利用專門的監測機器對該地質區域的地質現象進行勘察，根據滑坡的滑動角度及地面的形變程度推斷滑坡的穩定性，便于在發生異常現象時進行安全維護操作。針對地質滑坡監測中產生的滑坡數據收集缺失問題，不少研究學者強化地質監測手段，對地質滑坡現象進行完善處理[1-3]。

目前的地質滑坡測量實時監測系統設計借用不同的監測軟件對地質信息進行集中性研究，并不斷通過對地質信息的數據匹配檢驗地質滑坡產生的可能性及發生位置。傳統基于WSN的地質滑坡測量實時監測系統利用WSN技術組建ZigBee網絡，通過不同的監測模式檢驗監測系統的操作合理性，由此獲取效果良好的監測數據。基于LPC2103的地質滑坡測量實時監測系統設計選取內嵌式芯片LPC2103對主控器進行系統控制，并隨時調節數據參數狀態，確保監測環境的安全穩定，同時匹配內部傳輸系統，將數據完整傳輸至監測中心，取得系統所需結果數據[4-5]。上述研究雖在一定程度上提升了監測的性能，但由于其對于地質信息勘測的力度依舊無法達到操作需求，導致其最終獲取的地質位移數據精準度較差，監測耗費時間較長。為此，針對上述問題，本文提出一種新式基于WEBGIS技術的地質滑坡測量實時監測系統設計對以上問題進行分析與解決。

本文系統設計優化硬件系統與軟件系統間的結構關系，調整數據傳輸狀態，建立完善的監測模塊，具有良好的監測性能，地質數據勘測準確。

1 基于WEBGIS技術的地質滑坡測量實時監測系統硬件設計

WEBGIS技術作為網絡技術與地理信息傳感技術的結合，能夠在網絡連接的基礎上查找地理信息，具備更強的信息查找性能，利于對地質信息的勘察研究。本文利用WEBGIS技術對地質滑坡現象進行測量與實時監測，構建監測系統。在監測系統構建的同時匹配WEBGIS收集的地質信息數據，檢驗地質信息中滑坡現象產生的位置及條件[6-8]。

本文的系統設計分為硬件設計與軟件設計兩部分，在系統硬件設計中根據不同監測板塊設置硬件操作模塊。

利用功能性存儲器對采集的地質信息進行數據存儲，并連接I/O接口，轉化內部接頭，該存儲器的可控范圍在系統監控的范圍內，能夠及時反映地質周邊環境情況，調取完整的環境信息。并構建存儲器內部電路圖如圖1所示。

圖1 存儲器內部電路圖

存儲器的工作溫度在-40℃至30℃之間，同時連接不同的內部轉化器接口，隨時匹配空間數據。在將收集的數據存儲后，內部釋放信息管理信號，將存儲的數據全部集中于統一的操作區間內，防止存儲數據的外泄，保證其操作完整度。可自主轉換存儲器接頭的接口模式，隨時連接信號接收能力更強的外部系統，更新輔助存儲功能信息，在標準存儲的基礎上將空間內存儲的數據信息傳送至傳輸器中，等待傳輸處理[9-10]。

設置數據傳輸模塊，選取KP24傳輸器，將傳輸器的接觸端與存儲器的傳出端相連接，確保數據錄入的完整性。并在接口數據轉化成功后簡化內部傳輸結構，拓展傳輸通道，添加輔助裝置加大傳輸數據間的距離，避免數據間的接連狀況。按照中心傳輸模式傳導傳輸器內部的數據，在倆端連接口同時處于開合狀態的情況下對傳輸通道內部的數據進行清理，掃除與操作不相符的數據信息[11]。時刻檢驗傳輸通道內部的數據傳輸狀況，將傳輸器的監控元件與預警信號元件相結合，在產生異常滑坡現象時，預警系統自動報警，構建預警系統報警示意圖如圖2所示。

圖2 預警系統報警示意圖

在得到報警信號后，監測元件自動啟動監測模式，進行高強度的滑坡狀態監測，經過上述操作后，達到監測系統硬件設計的目的。

2 基于WEBGIS技術的地質滑坡測量實時監測系統軟件設計

本文軟件設計中注重對用戶的分析及數據庫的構建，選用WEBGIS技術中通用網關接口開發技術將用戶信息導入數據監測系統中，并匹配相應的內部操作檢驗數據。在保證滑坡數據的完整收集的前提下進行體系監測與管控操作。降低內部滑坡數據的冗余度，同時結合與網絡連接性較強的中心調配系統追蹤滑坡的位移與方向[12]。利用WEBGIS模式將不同區域的地質條件集中反映在地圖模塊中，實現不同區域的相同用戶操作，構建地質條件收集圖如圖3所示。

圖3 地質條件收集圖

及時更新地質狀態，加大對地質動態變化的研究力度。并調配地質動向數據，綜合網關系統信息與連網操作信息改造軟件操作界面。添加空間數據查詢功能，按照網絡操作平臺結構構建地質信息監管空間，并設置構建公式如下：

(1)

式中，Z表示為信息監管空間參數，n為未知地質信息數據，r為內部查詢功能查詢準確率系數。在經過上述操作后，轉化此時的滑坡信息狀態，將滑坡信息錄入軟件監測處理系統中等待軟件數據庫調整操作[13-14]。進行如下步驟的數據庫改造操作：

1)將滑坡監測數據庫劃分為圖像顯示數據庫與屬性數據庫，構建滑坡坡體三維模型圖，并時刻監測滑坡坡體的變化情況，將此些數據收集至圖像顯示數據庫中，并匹配此些數據的數據模式，經過圖像化描述將此些地質滑坡信息的地質環境及滑坡地點錄入監測數據庫中等待數據處理，構建滑坡數據庫處理圖如圖4所示。

圖4 滑坡數據庫處理圖

2)在完善圖像顯示數據庫操作的同時，加強對屬性數據庫的管理力度，檢驗屬性數據庫中的數據信息，構建檢驗方程式如下：

(2)

式中，N表示為檢驗參數數據，c表示為內部數據庫操作參數，k表示為管理力度指數，p表示為中心空間監控信息數據。由此，獲取屬性數據庫檢驗后的數據信息。推動檢驗數據的融合，并控制不同屬性檢驗空間的參數整合程度，將地質滑坡數據信息的屬性全部傳輸至屬性檢驗通道中，利用通道中的監控裝置調整經過傳輸的滑坡數據性質[15]。

3)執行數據庫改造指令，同時加強對顳部數據庫的管理力度，及時調整數據庫的信息存儲位置，并按照中心存儲結構將存儲的數據轉移至內部數據庫空間中，設置轉移公式如下所示：

(3)

將存儲數據s集中傳輸至信息存儲位置系數l中，并時刻調控數據庫空間因素j的信息含量，按照轉移規則a將收集的數據轉移至內部數據庫空間，得到轉移數據J。檢驗此刻的信息結構，對滑坡數據進行檢驗診斷，轉變滑坡數據結構存儲方式，獲取最終的滑坡數據，設置滑坡數據轉移結構圖如圖5所示。

圖5 滑坡數據轉移結構圖

在實現數據庫設計后，將軟件程序中的管理空間數據全部轉移至外部通道中。利用滑坡數據的自主流動性擴充流通通道空間范圍。選取監測范圍設定參數，利用監測算法對監測數據的基礎信息進行計算，添加結構簡化裝置，減少不必要的操作浪費，實現對系統軟件的設計操作。

3 實驗結果與分析

構建對比實驗對本文系統設計的監測性能進行檢驗，以基于WSN的地質滑坡測量實時監測系統及基于LPC2103的地質滑坡測量實時監測系統作為實驗對比方法，分析在相同條件下，本文系統的監測性能與傳統系統監測性能間的對比情況。

實驗環境選取信號良好的網絡數據檢驗平臺，在實驗過程中注重對信號信息的收取調整，確保數據信號的接收完整性。按照網絡平臺的數據傳輸規則，將收集的數據全部集中于相同的操作區域內等待后續實驗操作，設置實驗參數表如表1所示。

表1 實驗參數表1

按照設置的實驗參數進行實驗研究，并規范數據的存儲形式，將處于同一區域的數據存儲于相同的數據集合中，匹配地圖服務信息平臺，將地質信息完整的反映在平臺系統中，進行如下的實驗操作：

1)利用ArcGIS管理地圖服務平臺信息，同時將反映出的地質數據與操作數據相匹配，并進行數據檢驗管理。及時檢測與實驗研究操作不相符的數據信息，劃分操作區域，將所有的待監測數據傳輸至管理空間中等待實驗研究處理。對地圖信息做出及時的放大、縮小、平移處理，時刻保持平臺信息的更新狀態，構建監測數據E-R圖如圖6所示。

圖6 監測數據E-R圖

2)在獲取地質信息后，提取地質信息的周邊區域數據，選用解析軟件對該區域數據進行解析處理。在解析結果中標記與滑坡信息相關性較強的數據信息，同時管理此些數據信息的傳輸通道位置，時刻檢驗通道中數據的狀態，控制數據處于系統實驗的可操作范圍內。轉變此時的監測系統模式，將監測系統全部調節至同一操作頻道中，監管操作頻道的信號接收類別。

3)將接收的信號按照信號強弱的高低順序排列，清除尾部信號較弱的信號數據，保留信號較強的數據，進而避免無關數據對實驗操作的影響。調整此時的操作信息，將操作信息規整至統一的監測通道中，并傳輸通道中的數據，獲取所需的監測數據。

在完成上述實驗研究操作后，將獲取的數據結果進行比較，得到的實驗對比圖如圖7所示。

在圖7中，本文系統的滑坡位移差異率小于其他兩種傳統系統，基于WSN的地質滑坡測量實時監測系統設計的滑坡位移差異率較小，基于LPC2103的地質滑坡測量實時監測系統設計滑坡位移差異率較大。基于WSN的地質滑坡測量實時監測系統設計構建了縝密的網絡結構，集中加強對地質滑坡數據的獲取，具有較高的滑坡數據精確率，其滑坡位移差異率較小。而基于LPC2103的地質滑坡測量實時監測系統設計雖調整了其對地質數據的收集方式，但收集力度依舊較小，無法達到系統操作標準，造成其獲取的地質數據準確性不高，滑坡位移差異率較大。本文系統設計在操作的過程中注重對外部參數的選擇，同時加強內部的信息管理，數據的收集力度較大，因此能夠獲取精準度較強的滑坡數據，掌控內部信息，使得最終獲取的滑坡位移差異率較小。

為更好的檢驗監測系統的監測性能，構建二次實驗進行性能判斷，設置相應的實驗參數表如表2所示。

表2 實驗參數表2

在表2中，結合了不同的實驗信息，將地質數據完整的劃分至同一操作空間中，避免外來因素的入侵，保證實驗操作的真實可靠性。在檢驗地質信息的基礎上調配內部監控裝置，監視地質的動態變化情況，并隨變化狀況做出信息數據調整操作。在相同的實驗條件下對比不同系統監測所耗費的時間，構建監測消耗時間對比圖如圖8所示。

圖8 監測消耗時間對比圖

根據圖8可以分析出，基于WSN的地質滑坡測量實時監測系統的監測消耗時間較長，基于LPC2103的地質滑坡測量實時監測系統較短，本文基于WEBGIS技術的地質滑坡測量實時監測系統的監測消耗時間均短于其他兩種傳統系統。造成此種差異的主要原因在于本文系統構建了算法調節模塊，對初始監測算法進行整合，并歸類相同的算法信

圖7 滑坡位移差異率對比圖

息，將此些信息清除，簡便計算程序，節省操作所需時間。基于LPC2103的地質滑坡測量實時監測系統利用內嵌芯片的傳輸能力提升數據傳輸的速度，優化內部系統的傳輸空間，縮減傳輸時間，因此其監測消耗時間較短。基于WSN的地質滑坡測量實時監測系統雖降低了操作的龐雜程度，但對于內部信息的管理控制消耗較多，系統信息的審核程序較為繁雜，導致其最終監測消耗時間較長。

綜上所述，所設計基于WEBGIS技術的地質滑坡測量實時監測系統的滑坡位移差異率及監測消耗時間均小于傳統系統，能夠更好地進行地質滑坡的監測操作，獲取更加精準的操作結果，有利于后續研究的開展與進行。

4 結束語

本文在傳統系統設計的基礎上提出了一種新式基于WEBGIS技術的地質滑坡測量實時監測系統設計，在地質數據檢驗的基礎上進行滑坡條件分析，并針對滑坡位置的信息數據推斷滑坡的具體位移方向與距離，進一步構建監測檢驗系統，確保監測過程的安全性以及可操控性，實驗結果表明，本文系統的監測效果明顯優于傳統系統設計的監測效果，具有精準的監測性能。