基于WebGIS的地質(zhì)災(zāi)害自動化監(jiān)測平臺建設(shè)與應(yīng)用

龍萬學(xué) 王 靜

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司 貴陽 550001)

我國西部地區(qū)山地廣為分布，地質(zhì)地貌條件復(fù)雜多樣，是我國地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)之一，地質(zhì)災(zāi)害主要包括滑坡、泥石流、崩塌和巖溶等類型[1]。西部地區(qū)工程建設(shè)實施過程中，不可避免地會產(chǎn)生挖方、填方邊坡，同時，西部地區(qū)喀斯特地貌廣泛分布[2]。在降雨、地下水及施工等誘發(fā)因素影響下，極易產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害，影響人民群眾生命財產(chǎn)安全。如何有效地對建設(shè)和運營中的工程地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行管理和防治是西部地區(qū)工程建設(shè)及運營面臨的重大課題之一[3-6]。

1 平臺總體設(shè)計

1.1 平臺目標(biāo)

1) 建立集地質(zhì)災(zāi)害基本信息管理、地質(zhì)災(zāi)害點多維立體監(jiān)測與分析、多單位多人員協(xié)同管理平臺，利用該平臺實現(xiàn)多單位、多專業(yè)人員對地質(zhì)災(zāi)害點基本信息及多維立體地質(zhì)災(zāi)害點監(jiān)測信息的管理與分析。

2) 利用現(xiàn)有WebGIS技術(shù)，實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害信息在互聯(lián)網(wǎng)上圖形化交互。

3) 建立地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，對地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)實時動態(tài)分析，為地質(zhì)災(zāi)害防控及其規(guī)律研究提供有效支持。

1.2 平臺框架

平臺建設(shè)的目的在于更加有效地管理地質(zhì)災(zāi)害信息，高效地提供地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)服務(wù)，方便管理部門、業(yè)主、監(jiān)測單位等相關(guān)人員使用。平臺采用B/S(瀏覽器/服務(wù)器)服務(wù)模式，為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測提供安全、便捷、高效的技術(shù)服務(wù)。平臺主要由現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備傳感器、采集與傳輸設(shè)備、避雷、供電、服務(wù)器終端等組成。平臺框架見圖1。

圖1 平臺框架

2 平臺主要功能

平臺采用Visual Studio為開發(fā)工具，以SQL Sever2010為數(shù)據(jù)庫，結(jié)合微信開放API，自主研發(fā)基于WebGIS的地質(zhì)災(zāi)害自動化監(jiān)測平臺。平臺主要功能包括地質(zhì)災(zāi)害點信息管理、設(shè)備在線情況管理、地圖操作、多源感知數(shù)據(jù)的管理與分析、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警和系統(tǒng)權(quán)限角色管理等。平臺功能構(gòu)成見圖2。項目概覽見圖3。

圖2 平臺功能構(gòu)成

圖3 項目概覽

2.1 地質(zhì)災(zāi)害信息管理

平臺以項目為導(dǎo)向，針對具體項目對相應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害點按權(quán)限進(jìn)行管理。地質(zhì)災(zāi)害信息管理主要包括邊坡、滑坡、崩塌、泥石流和巖溶等類型的基本信息、地質(zhì)信息、位置信息等錄入、修改與查看。地圖展示，通過GIS技術(shù)手段，將監(jiān)測點基本信息、位置信息及預(yù)警等級信息，以圖形化展示方式疊加到地圖上，直觀地反映監(jiān)測點的區(qū)位及預(yù)警情況。地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測地圖展示見圖4。

圖4 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測地圖展示

2.2 多源監(jiān)測數(shù)據(jù)管理與分析

地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測內(nèi)容包括變形監(jiān)測、支擋結(jié)構(gòu)監(jiān)測、影響因素監(jiān)測、前兆異常監(jiān)測四類。變形監(jiān)測有表面位移監(jiān)測和深部位移監(jiān)測2種監(jiān)測類型。表面位移監(jiān)測通過監(jiān)測地質(zhì)災(zāi)害點表面關(guān)鍵點位移變化情況，了解地質(zhì)災(zāi)害點的整體變形趨勢。深部位移監(jiān)測可準(zhǔn)確地獲取巖土體滑動面、滑體變形方位，為地質(zhì)災(zāi)害治理及治理效果評價提供依據(jù)。錨索應(yīng)力監(jiān)測可通過錨索應(yīng)力的變化情況，判斷地質(zhì)災(zāi)害點的穩(wěn)定性。分布式光纖測試技術(shù)可較好地進(jìn)行抗滑樁受力特性的測試分析，評價支擋結(jié)構(gòu)物的工作性能及健康狀態(tài)，為支擋結(jié)構(gòu)物內(nèi)力測試及治理效果提供可靠的技術(shù)手段。降雨量、地下水位等影響因素監(jiān)測，可為研究地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生與降雨量及地下水位關(guān)系提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合分析。

平臺集成了GNSS、全自動監(jiān)測機(jī)器人、拉線位移監(jiān)測、沉降監(jiān)測、深部位移監(jiān)測、錨索應(yīng)力監(jiān)測、降雨量監(jiān)測和地下水位監(jiān)測等多種監(jiān)測手段的自動化采集傳輸、數(shù)據(jù)管理和智能分析功能，實現(xiàn)了對地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)實時動態(tài)分析預(yù)警，為地質(zhì)災(zāi)害防控提供了有力支撐。深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析見圖5，降雨-深部位移綜合分析見圖6。

圖5 深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

圖6 降雨-深部位移綜合分析

2.3 地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警

地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)由自動分析預(yù)警和消息推送兩部分組成。平臺將預(yù)警等級由小到大分為藍(lán)、黃、橙、紅4級。地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警值控制規(guī)則分為三級，分別為通用級控制規(guī)則、項目級控制規(guī)則和工點級控制規(guī)則，每一級按照監(jiān)測類型又分為多種類型，如位移預(yù)警控制值、應(yīng)力預(yù)警控制值等。系統(tǒng)采用預(yù)警值控制規(guī)則優(yōu)先級為：工點級控制規(guī)則>項目級控制規(guī)則>通用型控制規(guī)則。消息推送分為兩級，首先當(dāng)達(dá)到預(yù)警閾值后，先推送給一級用戶，由一級用戶審核后，再決定是否向?qū)?yīng)項目的二級用戶推送。

2.4 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理主要包括系統(tǒng)參數(shù)管理、個人信息管理、用戶管理、角色管理、項目用戶管理、推送管理等。主要用于實現(xiàn)系統(tǒng)運行參數(shù)配置，項目用戶權(quán)限功能個性化定制，預(yù)警消息推送設(shè)置功能。

3 地質(zhì)災(zāi)害自動化監(jiān)測優(yōu)勢

地質(zhì)災(zāi)害自動化監(jiān)測具有如下優(yōu)勢。

1) 實時采集，監(jiān)測頻率高，數(shù)據(jù)采集不受氣候等外部情況影響，地質(zhì)災(zāi)害點一旦發(fā)生異常即可感知。

2) 同時采集位移、應(yīng)力、降雨量、地下水等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)豐富，便于進(jìn)一步分析。

3) 工作人員在室內(nèi)即可通過管理系統(tǒng)對傳感器的進(jìn)行控制，傳感器根據(jù)設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)自動上傳至服務(wù)器。

4) 管理部門、建設(shè)單位，施工方、監(jiān)測單位等各方均可通過管理系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)的查看與分析，協(xié)同作業(yè)，提高工作效率。

4 工程應(yīng)用

地質(zhì)災(zāi)害自動化監(jiān)測平臺系統(tǒng)，目前已在三荔高速、晴興高速、紫望高速、崇遵高速、余凱高速、貴遵擴(kuò)容工程、蓉遵高速、S303省道等多條公路100余個邊坡、滑坡開展安全監(jiān)測和應(yīng)急搶險監(jiān)測。

三荔高速公路地處云貴高原東南端破碎地段，區(qū)域地層巖性主要為薄～中厚層泥灰?guī)r、灰?guī)r、炭質(zhì)頁巖及少量砂泥巖；褶皺、斷層發(fā)育，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，公路沿線開挖容易形成路塹邊坡及填方路基邊坡。

邊坡總長2.624 km，其中高邊坡10段，最大高度88.4 m。2019年4月，全部自動化監(jiān)測設(shè)備安裝調(diào)試工作完成，三都至荔波高速公路全線12處重點邊坡全面接入安全監(jiān)測平臺。

遵義市正安縣小雅鎮(zhèn)S303省道棗樹坪滑坡位于省道上方，區(qū)域覆蓋層為塊石土、粉質(zhì)黏土，基巖為泥巖，順向坡。2019年5月27日，通過InSAR衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)S303省道棗樹坪坡體蠕變，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，坡體內(nèi)公路沉降開裂，路基擋墻臌脹開裂，InSAR數(shù)據(jù)解譯圖見圖7。

圖7 InSAR數(shù)據(jù)解譯圖

2020年7月11日，安裝在現(xiàn)場的自動化監(jiān)測設(shè)備發(fā)出預(yù)警信息，相關(guān)專家赴現(xiàn)場研判，發(fā)現(xiàn)路基裂縫、擋墻臌脹有所增加，滑坡處于蠕動變形狀態(tài)。現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)見圖8。目前，相關(guān)部門已啟動滑坡應(yīng)急搶險治理工作。

圖8 現(xiàn)場實時監(jiān)測數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

1) 采用Visual C#編程技術(shù)，以SQL Sever2010為數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了基于WebGIS的地質(zhì)災(zāi)害信息管理、多源監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析。

2) 采用地表位移監(jiān)測、深部位移監(jiān)測和分布式光纖監(jiān)測等多種監(jiān)測手段，實現(xiàn)了邊坡的綜合防控，提高了防災(zāi)減災(zāi)及治災(zāi)能力，為高速公路的施工、運營提供安全保障。

3) 平臺系統(tǒng)大大提高了監(jiān)測數(shù)據(jù)采集頻率，全方位獲取地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)數(shù)據(jù)，通過設(shè)置預(yù)警閾值，實現(xiàn)自動報警，同時可滿足多單位、多人員協(xié)同作業(yè)需求，提高工作效率，有效地支撐地質(zhì)災(zāi)害防治工作。