地质灾害在线综合监测预警系统的研究与实现

山东正元冶达科技发展有限公司 盛有锡

我国是世界上地质灾害最为严重的国家之一，由于缺乏完善的监测手段及数据处理方法 ，对地质灾害的预测及治理不能提出有效的防治措施，已经严重制约经济社会的可持续发展。通过北斗定位及通信技术、物联网技术，开发出地质灾害在线综合监测监控预警系统，具有重要的现实意义。

1 系统组成

1.1 系统架构

系统采用分层结构化架构设计。分为：数据采集、数据传输、数据存储与处理、数据应用与预警四个子系统。

1.2 数据采集子系统

地质灾害的发生一般都经历孕育、蠕变、剪切、形成四个从量变到质变的过程阶段[1]，其监测内容包括变形监测（位移监测、裂缝监测和倾斜监测），相关因素监测（气象监测、水监测等），以及宏观前兆监测（宏观变形、地下水突变及宏观地声等），具体监测参数有，地表裂缝的变形监测，深部位移监测，倾斜变形监测，降雨量监测，气温监测，土体湿度监测，地下水位监测，孔隙水压力监测，土压力监测，地声监测，视频监测。监测设备采用太阳能供电方式，在无日照情况下，能正常工作2个月及以上。支持远程唤醒，响应中心命令。在监测仪器休眠状态下，中心可以随时唤醒监测仪器进行数据采集、读取任意时段自记录数据；可实现对设备电源电压及工作环境温度及系统状态信息的实时监测。

1.3 数据传输子系统

即对传感器取得的地质灾害监测数据进行传输，包括有线的和无线的数据通信手段，无线采用GPRS/SMS/北斗卫星等通讯方式据[2-4]。

1.4 数据存储与处理分析

将现场采集的地质灾害监测数据存储在云端服务器。并对数据进行挖掘、计算分析和共享，是整个地质灾害监测预警系统的最核心部分。

1.5 数据应用与预警子系统

通过对内部位移、外部位移、灾变体含水量、实降雨量等数据的综合分析、挖掘各数据之间的内在联系及变化趋势、分析灾变体的变形过程。

1.6 预警报警

发布多级预警信息：系统自动检查上否有超出临界的数据，并根据预警数据发布不同级别的报警信息。

采用多种预警方式：不同级别的报警信息可以通过系统登录提示、声光报警器、短信通知等多种方式传达至相关责任人和领导

启动相应应急预案：根据报警信息的级别，及时启动相应级别的应急预案，化解险情，消除隐患。

审核每条预警记录：预警信息处理完成之后，需要经过审核之后才能关闭，做到预警信息闭环管理。

2 系统特点

自动实时监控功能：系统可实现监测数据自动采集、传输、存储、处理分析及综合预警，并具备在各种气候条件下工作的能力。系统采用分布式部署，易于扩展，可任意增加传感器或滑坡点。

数据现场汇聚功能：系统可实现场监测数据汇聚后，通过北斗卫星发射无线回监控中心展示。

在线分析功能：安全监测管理分析模块具备基础资料管理、监测内容适时显示发布、图形报表制作、数据分析、综合预警等功能。其中数据分析部分包括各项监测内容趋势分析、综合过程分析等。

预报警功能：通过软件对监测参数进行实时在线分析，一旦监控参数超限，系统能够进行声光报警、短信报警、邮件报警等方式，提醒相关人员采取措施，预防事故发生。

权限管理功能：根据各级权限，各级监管部门可以不受时间和地点限制，只要登录网络，即可实现对监测点的远程督导和检查。

综合展示功能：在各级监管部门控制中心的电子地图上随时查看各自管辖权限内的所有隐患监测点在线监测信息，并以示意图、图表、曲线、数据等形式展示；可同时显示各监测区域实时天气情况及未来几天的天气预报，以及监测区域范围大小，常住人口数量等信息。

北斗短报文通讯功能：一旦发生不可抗自然灾害使现有常用通信方式无法正常工作时，巡检员可通过手持北斗终端通过北斗卫星以北斗短报文方式实现巡检员之间、巡检员与监控中心之间的实时通信。

设备防盗功能：系统集成设备防盗功能，在所有贵重监测设备内部集成电子围栏原理防盗模块，一旦设备离开监测点，监控中心就能收到设备防盗报警信息，并切换到GIS电子地图，实时显示设备位置和移动路线轨迹。

3 结论

地质灾害在线综合监测预警系统主要由前端的一体化监测站设备、网络通信设备、监控中心、基于物联网云计算技术的监测预警平台以及用户终端等软硬件系统组成，通过对变形破坏信息和灾变诱发因素信息的动态监测和相关分析处理，对灾变体的稳定状态和变化趋势做出判断，并揭示灾变体空间分布规律，对未来可能发生的灾害地点做出预测。

[1] 王雁林.地质灾害风险评价与管理研究[M].科技出版社 2015.

[2] 朱乃立.计算机网络实用技术[M].北京:高等教育出版社,2001.

[3] 阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].北京:清华大学出版社,2002.

[4] 邵舒渊.基于无线传感器网络技术的煤矿安全监测系统研究与开发[J].电子技术应用,2008(6)．