威遠縣地質災害自動化監測系統的應用研究

何超紅，黎張

威遠縣地質災害自動化監測系統的應用研究

何超紅，黎張

（威遠縣地質環境監測站，四川 威遠 642450）

威遠縣地質構造運動強烈，受地震、降雨和人為破壞等因素影響地質災害時有發生，主要災害類型包括崩塌和滑坡，嚴重影響人民群眾生命財產安全。過去，地質災害的監測和預警主要是采用人工定期采集數據及宏觀巡視等傳統監測手段，存在效率低、投入大、無法及時預報險情等問題。隨著科學技術的發展，基于智能傳感技術、物聯網技術及專業監測設備的自動化監測在防災減災工作中發揮重要作用，有效的監測預警減少了人員傷亡。本文以威遠縣地質災害自動化監測系統運用為例，從高精度的監測設備、自動化的監測系統、數據共享平臺等方面闡明了地質災害自動化監測系統具有實時、準確、及時等優勢，必將廣泛運用到地質災害防治工作中。

威遠縣；地質災害；自動化監測

我國地質災害監測體系主要采用群測群防，依靠地質災害點分布鄉鎮、村社的特點，聘用監測人員日常巡查，使用簡易監測方法進行隱患點監測，構建地質災害群測群防、監測預警體系，具有中國特色，取得了明顯成效。普適性自動化監測儀器的試點及推廣運用，并與群測群防相結合，對改變、推進地質災害群測群防、監測預警體系進步以及地質災害防治工作有重要意義。

1 地質災害自動化監測

1.1 自動化監測簡介

自動化監測目標是：自動監測地質災害孕育、發生、發展全過程，將變形特征、運動特征、宏觀災變現象以及主要影響因素轉換為可量測、可判讀的信息數據，按經驗公式轉化成短信或預警信號，為主動防災提供必要監測數據或相關信息（李永建等，2019）。結合地質災害群測群防、監測預警體系，提升監測預警地質災害風險管控體系的技術支撐作用和能力。

1.2 自動化監測系統

1.2.1 監測硬件設備

常用的監測設備有GNSS、雨量計、測縫計、地表裂縫伸縮儀、傾角儀等。

（1）GNSS：應用于地質災害高精度監測，具有精度高、不受天氣干擾、可以連續長時間進行實時監測，具備良好的自動化和易于集成等優點，可降低監測成本，提高資料可靠性。

（2）雨量計：用以測量降雨量，將降雨量轉換為數字信息量輸出，滿足信息傳輸、處理、記錄和顯示需要。

（3）測縫儀：測量結構物伸縮縫或周邊縫的開合度（變形）。加裝配套附件可組成基巖變位計、表面裂縫計、多點變位計等測量變形儀器。

（4）地表裂縫伸縮儀：安裝于滑坡、崩塌、地面塌陷和不穩定坡體點上，拉繩跨越形變裂縫固定，位移量達到預設閾值報警。

（5）傾角儀：對建筑物墻面水平或垂直斜度進行測量。

（6）數據記錄儀：從傳感器獲取測量結果存儲的電子儀器。地質災害監測數據記錄儀可同時接入雨量計，測縫計，裂縫伸縮儀，傾角儀，可存儲一年以上數據。

（7)數據傳輸及短息發送設備：兼具無線數據傳輸和預警短信發送功能。無線數據傳輸采用GPRS或無線數據接入模式，打開路由器端口設置相應端口號；配合設備硬件地址設置，將數據發回系統使用單位電腦終端數據庫。預警短信發送功能可通過數據采集記錄儀中設定的手機號碼，向指定人員手機發送報警信息提示。

1.2.2 監測系統設置目標

監測系統設置目標具備數據接收、匯總、處理功能，能自動形成必要的監測圖表，對監測數據進行初步分析和按設定的閾值預警；對現場預警信息數據進行匯總，自動上傳。通過短信與語音預警，通知到縣級相關人員和值班人員（圖1）。

圖1 監測系統數據網絡樹狀結構圖

圖2 自動化監測系統拓撲圖

（1）自動化監控功能：實現監測數據自動采集、傳輸、存儲、處理分析及綜合按設定的閾值預警，具備在各種氣候條件實現實時監測能力的目標。

（2）實時回傳功能：監測傳感器全天候不間斷采集數據，通過無線或光纜實時回傳監控中心。

（3）在線分析功能：具備基礎資料管理、各項監測內容實時顯示、圖形報表制作、數據分析、綜合按設定的閾值預警等功能。數據分析應包括各項監測內容趨勢分析、綜合過程曲線分析等。

（4）預警功能：通過軟件對監測數據曲線分析，監控參數超限（設定閾值或限值），系統進行語音報警、短信報警，按預案提醒采取措施。

（5）綜合展示功能：根據權限，各級主管部門可以實時登錄網絡，對監測點遠程督導和檢查。在省、市、縣控制中心的電子地圖上查看管轄權限內的隱患監測點的監測信息，監測點監測信息可在各級控制中心屏幕以示意圖、圖表，曲線、數據等形式展示（盛有錫，2015）。

1.2.3 系統平臺

系統平臺包括縣級、市級和省級（圖2）三級監測平臺及互通；監測站點監測數據可共享。各雨量站監測、位移監測等信息實時傳輸至縣、市、省信息系統平臺；視頻數據通過光纖實現共享，也可通過Web直接調用數據。

縣級：地質災害監測預警終端，接收及匯總轄區內專業監測數據，同時將專業監測數據傳輸到市級前置數據庫。

市級：用于接收縣級傳輸的市域專業監測數據，將專業監測數據傳輸到省級前置數據庫。

省級：接收市級傳輸專業監測數據。

2 威遠縣地質災害情況

2.1 基本情況

威遠縣轄14個鎮，總面積1 289.22km2，屬川東南低山丘陵地區。受威遠穹窿構造影響，陡崖、溝谷廣布，巖石風化剝蝕嚴重，斜坡不穩定，受地震、降雨及人類工程活動影響，崩塌、滑坡等地質災害為主要類型，對城鎮、鄉村、交通和工礦企業造成威脅，危及人民群眾生命財產安全（何超紅等，2015）。近年來，通過避險搬遷、工程治理后銷號600多處隱患點。尚余162處地質災害隱患點，監測預警成為主要防災手段。

2.2 地質災害發育情況

現有162處地質災害點，類型以崩塌和滑坡為主，威脅1 143戶1 861人生命財產安全。其中，威脅50人以上的隱患點15處，威脅30～50人16處，威脅10～20人115處，威脅小于10人16處（圖3）。

3 自動化監測系統的運用

3.1 自動化監測站點布設原則

按照四川省自然資源廳關于地質災害自動化監測體系項目建設要求，根據威遠縣地質災害現狀及項目資金情況，自動化監測系統布設原則：

（1）突出重點。自動化實時監測點優先選擇受威脅人數較多，險情重、危害程度大且穩定性差滑坡、崩塌地質災害隱患點。

圖3 地質災害威脅人數分類統計直方圖

（2）科學經濟。選用監測效果好、經濟合理、經久耐用、操作簡便、易于維護、具備省、市、縣三級信息互聯互通和實時發送監測功能自動監測設備。

（3）統籌兼顧。監測點布設宜要統一規劃、統籌部署。對自動雨量站，與相鄰隱患點共建共享，避免重復建設。

3.1.1 滑坡布設原則（李永建等，2019）

（1）以滑坡變形為導向，兼顧整體性及保護對象；控制網基準點不少于3個。

（2）沿保護對象、強變形區以及主滑方向等重要部位布設剖面。范圍較大、機理復雜宜布設監測站。

（3）應滿足滑坡后續監測需要。

3.1.2 崩塌布設原則（李永建等，2019）

（1）監測點布設應注重實效性。

（2）監測點應根據崩塌類型、失穩機理，布設在失穩變形重點部位。

（3）監測點應對（古）崩塌堆積體進行地表變形監測。

（4）每個監測點應有監測和預警功能。

（5）監測點對危巖體穩定性差的塊體重點控制。

3.2 自動化監測點布設

先考慮威脅人數50人以上隱患點，其次是威脅人數30～50人的隱患點。威遠縣現有威脅30人以上隱患點31處。安置自動化監測設備隱患點23處，自動雨量站30臺，裂縫伸縮儀18套。監測項目主要是裂縫監測和降雨量監測（表1）。

表1 監測項目及監測點儀器布設表

3.3 自動化監測工作流程

分前期準備階段、監測方案編制階段、站點建設階段和監測運行維護四個階段（圖4）。以隱患點規模、危險程度和風險大小劃定監測范圍、確定監測對象及主要監測要素；選取監測方法、確定監測儀器和布設方案，監測設備安裝、平臺建設完成后進行測試運行，驗收合格正式運行使用。當裂縫、位移及雨量超過預警閾值，發出監測預警，通過喇叭、預警短信及監測平臺告知監測人員、受威脅群眾及省、市、縣相關人員，監測人員立即巡查；發現險情或出現臨災前兆；啟動防災預案，組織受威脅群眾疏散轉移，并報所在鎮政府及主管部門。

3.4 自動化監測系統運行

威遠縣地質災害自動化監測系統正式運行以來，23處地質災害監測站點設備運行正常，因裂縫或雨量超出閾值通過語音及短信發出預警32次，收到預警后監測人員立即現場核實情況，并組織可能發生災（險）情的隱患點受威脅群眾疏散撤離至安全地帶，避免了災害造成的人員損失。通過及時、準確的自動化監測，威遠縣地質災害監測、預警預報能力顯著提升。

4 結語

威遠縣完成了23處地質災害自動化監測站點建設，基本實現了省、市、縣三級監測平臺互聯互通和監測、預警、響應一體化。為掌握地質災害體變形趨勢和預警提供了數據依據（洪儒寶，2014）。高精度、智能化、自動化的監測技術是發展的必然趨勢，但更廣泛、更有效應用于地質災害防治工作，還有很多工作在實踐中去完善（王曉剛等，2019）。

圖4 工作流程圖

李永建，胥良，陳友斌，賀占勇，蔣鴻，王陽谷，梁東波．2019．四川省地質災害專業監測技術要求(試行)[S]．

盛有錫．2015．地質災害在線綜合監測預警系統的研究與實現[J]．電子世界．000（023）：121-122．

何超紅，譚孝成，黃成智．2015．威遠縣地質災害發育規律及成因分析[J]．防災科技學院學報．17（1）：7-11．

洪儒寶．2014．福建省地質災害自動化監測建設與應用研究[J]．中國科技成果．20：38-40．

王曉剛，高飛云，楊磊，張舒，劉滔．2019．無人機遙感技術在自然災害應急中的應用及前景[J]．四川地質學報．39（1）：158-162

The Application of Automatic Monitoring System of Geohazards in Weiyuan County

HE Chao-hong LI Zhang

（Weiyuan Monitoring Station of Geological Environment, Weiyuan, Sichuan 642450）

Geohazards such as collapses and landslideshappen all the time in Weiyuan County.In the past, the monitoring and early warning of geohazards mainly depended on the regular collection of data manually and making an inspection which had the disadvantages of high investment, low efficiency and untimely forecasting. With the development of science and technology, an automatic monitoring system of geohazardsbased on intelligent sensor technology, internet of things technology and automation of professional monitoring equipment has played an important role in hazard prevention and reduction in Weiyuan County, Sichuan. This automatic monitoring system of geohazards has real-time, accurate, timely and other advantages.

geohazard; automatic monitoring system; Weiyuan, Sichuan

P694

A

1006-0995（2021）03-0500-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.03.030

2020-09-05

何超紅（1985— ），女，四川威遠人，碩士，工程師，研究方向為水工環地質