數(shù)據(jù)采集及傳輸在地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測的應(yīng)用

程禮立

（安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，安徽 合肥 230000）

我國地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，災(zāi)害發(fā)生時分布廣泛，相關(guān)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測部門，必須提升對地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測的重視程度，積極研發(fā)先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)，確保提升監(jiān)測地下位移能力，加強(qiáng)對自然災(zāi)害的預(yù)見和防控，降低風(fēng)險；同時，應(yīng)當(dāng)建立地質(zhì)環(huán)境預(yù)警機(jī)制，最大程度上提升災(zāi)害預(yù)警能力，更好運(yùn)用現(xiàn)代信息化技術(shù)構(gòu)建集成的信息管理平臺。

1 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

“互聯(lián)網(wǎng)+”時代下，現(xiàn)代化信息技術(shù)快速發(fā)展，在各項技術(shù)的推動下，環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)隨之出現(xiàn)，環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)充分發(fā)揮了計算機(jī)技術(shù)的作用優(yōu)勢，利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了環(huán)境監(jiān)測信息網(wǎng)絡(luò)平臺，推動環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)不斷向自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，推動在線監(jiān)測技術(shù)的蓬勃發(fā)展。當(dāng)前，環(huán)境監(jiān)測的方法主要是采用單臺儀器間斷法進(jìn)行，然而數(shù)據(jù)信息的共享效果不佳，相關(guān)系統(tǒng)研究人員，利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建檢測信息網(wǎng)絡(luò)，采用現(xiàn)場總線法進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測，主要通過與計算機(jī)連接，在實際的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，此種方法的采集范圍較小，難以真正適應(yīng)環(huán)境監(jiān)測發(fā)展需求。

2 環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計

環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是將采集到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并通過系統(tǒng)的液晶顯示器反映信息，另外一路信息，則通過無線傳輸模塊將信息傳送至主機(jī)工作站，與此同時，監(jiān)測系統(tǒng)將收集到的信息數(shù)據(jù)，以短信息的方式發(fā)送到手機(jī)端，進(jìn)而實現(xiàn)對環(huán)境信息數(shù)據(jù)的動態(tài)監(jiān)測，有效打破傳統(tǒng)信息收集的時空局限。

2.2 系統(tǒng)溫度濕度模塊功能

采集系統(tǒng)的溫度濕度模塊，能夠有效發(fā)揮模塊自身的功能優(yōu)勢，系統(tǒng)模塊本身體積小、質(zhì)量輕，在數(shù)據(jù)采集方式上簡單易操作，通過溫度濕度模塊的應(yīng)用，溫度傳感器可以利用自身高速的信息處理能力，提升信息數(shù)據(jù)傳輸效率，保證信息采集及傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，同時能夠保證在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中的安全性、可靠性，最大程度上為環(huán)境地質(zhì)監(jiān)測人員，提供可行性數(shù)據(jù)分析，通常溫度濕度模塊，可采集周邊環(huán)境的溫度以及相對的濕度，一般傳感器的溫度在-30 攝氏度～+130 攝氏度之間，工作電壓在2.5V～6.5V 范圍內(nèi)[1]。

3 分析數(shù)據(jù)采集及傳輸在地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

3.1 監(jiān)測系統(tǒng)分析

3.1.1 系統(tǒng)的構(gòu)成

有關(guān)研究人員，積極研發(fā)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，部分省市逐步建立起“地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測預(yù)警新技術(shù)示范研究”項目，并在研究過程中取得明顯的成效。在信息技術(shù)的支持下，有關(guān)研究人員就地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)狀研究出監(jiān)測系統(tǒng)，其原理是將核心業(yè)務(wù)模塊，集中在一臺服務(wù)器上，在專線網(wǎng)絡(luò)的支持下，實現(xiàn)遠(yuǎn)程動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測，系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)模塊，通過對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析后，利用系統(tǒng)終端機(jī)訪問服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)集中分析，為數(shù)據(jù)信息分析提供了優(yōu)勢作用，整體的系統(tǒng)框架（如圖1 所示）。

圖1 系統(tǒng)總體框架圖

3.1.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)開發(fā)人員，利用開源方案，建立系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，其功能優(yōu)勢在于在開發(fā)過程中提出了先進(jìn)的概念理論，為商業(yè)化的數(shù)據(jù)庫建立夯實基礎(chǔ)；同時，監(jiān)測系統(tǒng)基于用戶使用便捷的角度出發(fā)，結(jié)合用戶的實際需求，設(shè)計人性化的操作界面，運(yùn)用系統(tǒng)后臺，提供交互性較強(qiáng)的系統(tǒng)界面，進(jìn)一步實現(xiàn)了系統(tǒng)管理和業(yè)務(wù)應(yīng)用的功能，增強(qiáng)了用戶的使用體驗[2]。系統(tǒng)通過實名授權(quán)的方式，賦予用戶授權(quán)瀏覽的權(quán)利，最大程度上提升了數(shù)據(jù)信息的安全性，為數(shù)據(jù)傳輸提供了安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

3.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)

3.2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫監(jiān)測數(shù)據(jù)管理

信息時代下，數(shù)據(jù)信息的采集量逐漸加大，要想在海量的信息數(shù)據(jù)中提取有效的信息，如地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中的斷裂監(jiān)測、巖溶地下水監(jiān)測、地面沉降監(jiān)測等。對數(shù)據(jù)信息采集技術(shù)要求較高，通常采集時間需要在5S 內(nèi)完成，在實際監(jiān)測過程中，地磁、地電、水文等監(jiān)測點(diǎn)的信息數(shù)據(jù)可達(dá)到8 萬條以上，仍沿用傳統(tǒng)的人工數(shù)據(jù)采集方式，將難以滿足實際工作需求。

3.2.2 斷裂監(jiān)測

斷裂檢測模塊中，包含了水位監(jiān)測系統(tǒng)、地電場觀測系統(tǒng)、水位觀測系統(tǒng)等，在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下，將建立的監(jiān)測站與服務(wù)器中心相連接，進(jìn)而實時采集動態(tài)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的斷裂數(shù)據(jù)信息的分析，進(jìn)而提升數(shù)據(jù)監(jiān)測的準(zhǔn)確性。斷裂監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集，根據(jù)監(jiān)測站點(diǎn)實時采集地磁、地電、水位等觀測到的信息，在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)支持下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)管理平臺，將接收和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，實時反映在數(shù)據(jù)管理界面上，便于相關(guān)人員查詢信息，同時系統(tǒng)管理人員，可根據(jù)地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測需要，及時調(diào)整和切換監(jiān)測點(diǎn)，瀏覽斷裂數(shù)據(jù)的曲線圖，并邀請數(shù)據(jù)監(jiān)測人員共同參與其中，就觀測點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并在短時間內(nèi)提取有效的信息數(shù)據(jù)。

3.3 地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

遙感技術(shù)的應(yīng)用：遙感監(jiān)測技術(shù)在地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用十分廣泛，尤其在野外，利用遙感技術(shù)節(jié)省了大量的人工，提升了數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，保證數(shù)據(jù)信息傳輸時效。遙感技術(shù)在具體監(jiān)測中，利用紅外線可實時查找到不同的磁力感應(yīng)，進(jìn)而獲得監(jiān)測的結(jié)果。在遙感技術(shù)支持下，建立計算機(jī)處理平臺，進(jìn)一步處理好相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，在互聯(lián)網(wǎng)的支持下，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息的共享，同時，遙感技術(shù)支持可根據(jù)監(jiān)測的不同信息數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)變化。尤其在礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中，遙感技術(shù)可根據(jù)崩塌的地質(zhì)環(huán)境圖像，繪制出圖形，便于監(jiān)測人員觀察分析，通過數(shù)據(jù)信息實時反映地質(zhì)環(huán)境的污染情況，以及周邊固體廢棄物的堆積情況。遙感技術(shù)在礦山開采過程中，可監(jiān)測粉塵情況，并在系統(tǒng)中實時反映，便于相關(guān)人員及時制定相關(guān)的措施[3]?；谶b感圖像的清晰度較高，在圖像中可清晰化地呈現(xiàn)地質(zhì)元素含量分布，尤其在偏遠(yuǎn)山區(qū)的地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中，遙感技術(shù)的監(jiān)測效果顯著、空間分辨率較高。

3.4 預(yù)警信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用

3.4.1 巖溶地下水監(jiān)測模塊

在巖溶地下水監(jiān)測模塊中，通過安裝編程軟件、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸儀等，提升數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測的精準(zhǔn)性，有關(guān)人員事先設(shè)置好監(jiān)測頻率，包括水監(jiān)測孔的溫度、壓強(qiáng)、電導(dǎo)率等相關(guān)信息參數(shù)，同時經(jīng)過相關(guān)數(shù)據(jù)計算，可將壓強(qiáng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為地下水位。同時，利用安裝好的數(shù)據(jù)發(fā)射裝置，可通過服務(wù)器實時接收監(jiān)測數(shù)據(jù)，將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，便于用戶實時進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索和查看。在地下水位監(jiān)測中，可以通過監(jiān)測孔，觀察地下水位變化情況，相關(guān)人員可以根據(jù)檢測孔的編號，有選擇性地關(guān)閉或者打開監(jiān)測孔的曲線信息，進(jìn)而為數(shù)據(jù)對比分析提供參考依據(jù)。對于單孔的地下水位數(shù)據(jù)監(jiān)測來說，可以通過設(shè)計時間軸坐標(biāo)，查看監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況，并在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)支持下下載水位觀測數(shù)據(jù)。同時，相關(guān)人員，可以根據(jù)監(jiān)測孔的水位變化趨勢進(jìn)行劃分，當(dāng)監(jiān)測孔顯示的數(shù)據(jù)信息從較高值向平穩(wěn)值變化時間，可認(rèn)定為水位變化是趨于平穩(wěn)的；所監(jiān)測的信息數(shù)據(jù)在同一時間內(nèi)保持穩(wěn)定的情況下，可認(rèn)定為水位信息是保持平穩(wěn)的狀態(tài)；所有監(jiān)測孔在同一時間段內(nèi)呈現(xiàn)上升的趨勢，可認(rèn)定為水位變化值是同時抬升的；因此，有關(guān)人員可以根據(jù)監(jiān)測到的水位變化趨勢，分析地下水對附近巖土層造成的破壞程度。

3.4.2 地面沉降模塊

圖 2 地面沉降監(jiān)測功能模塊構(gòu)造圖

地面沉降模塊的作用功能發(fā)揮，需要依托地面沉降自動化監(jiān)測設(shè)備，監(jiān)測設(shè)備中包括沉降計、自動化信息采集箱、無線電傳輸模塊等，模塊中的傳感器，通過將主機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)終端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時建立監(jiān)測預(yù)警管理平臺，數(shù)據(jù)監(jiān)測人員，在遠(yuǎn)程進(jìn)行自動化監(jiān)測；在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)支持下，數(shù)據(jù)可直接以文件的方式導(dǎo)入，相關(guān)數(shù)據(jù)管理人員，可通過建立地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，預(yù)測分析沉降情況，具體的系統(tǒng)模型構(gòu)造（如圖2 所示）。

3.5 應(yīng)用于復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的距離監(jiān)測裝置

針對地下位移數(shù)據(jù)信息監(jiān)測難點(diǎn)，部分研究人員，研發(fā)出一種應(yīng)用于復(fù)雜化的地質(zhì)環(huán)境距離監(jiān)測裝置中，利用霍爾效應(yīng)實現(xiàn)對地質(zhì)環(huán)境中兩點(diǎn)間距的在線監(jiān)測，此裝置不易損壞、使用壽命長，在數(shù)據(jù)采集過程中時效性強(qiáng)。具體的數(shù)據(jù)測量流程（如圖3 所示）：

圖 3 距離測量流程圖

3.6 水位采集

地下水位監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，可以最大化提升監(jiān)測信息的準(zhǔn)確性，幫助地下水位監(jiān)測部門實時了解地下水情況，促進(jìn)地下水治理意識的提高，相關(guān)人員，可以根據(jù)動態(tài)監(jiān)測信息，科學(xué)分析地下水位上升、下降的原因，確保通過建立自動化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，全面分析地下水位的全過程變化情況，便于數(shù)據(jù)采集人員更好掌握地下水位變化規(guī)律。

3.7 位移數(shù)據(jù)采集

現(xiàn)階段，檢測地下位移的主要方法為鉆孔傾斜技術(shù)、時間域反射測試技術(shù)、集成傳感器技術(shù)。在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，時間域反射測試技術(shù)較比其他技術(shù)更具優(yōu)勢，通過采集巖土地下位移測量情況，將集成傳感器方案以更加直觀的方式呈現(xiàn)出來，當(dāng)然，在實際進(jìn)行地下位移數(shù)據(jù)采集中，難度相當(dāng)大，存在磁性減退的問題，因此，巖土中距離的測量是地下位移測量的重難點(diǎn)，需要技術(shù)研究人員進(jìn)行的探究和專研。

4 結(jié)論

綜上所述，加強(qiáng)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測，促進(jìn)地質(zhì)環(huán)境保護(hù)是當(dāng)前迫在眉睫的任務(wù)，地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測是對地質(zhì)環(huán)境演化的監(jiān)測，相關(guān)人員，必須提升數(shù)據(jù)采集及傳輸?shù)闹匾暢潭龋e極采用先進(jìn)的技術(shù)手段進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，加強(qiáng)對地面沉降、地裂縫、滑坡的監(jiān)測，全面建立地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測機(jī)制，促進(jìn)地質(zhì)環(huán)境保護(hù)。