滑坡地质灾害实时监测与预警系统的设计与实现探讨

杨倩

摘 要 滑坡地质灾害对人们的财产和生命安全有着很大的危害，因此，设计和实现滑坡地质灾害预警与实时监测系统是非常重要的。基于此，本文首先对系统的总体架构、数据存储、用户子系统等进行设计，其次，从数据中心与监测站数据实时通信、多线程监测数据处理、一机多天线的定时切换等方面论述了滑坡地质灾害预警与实时监测系统的实现。

关键词 滑坡地质灾害；实时监测；预警系统

前言

我国的地质灾害发生的比较频繁，每年由于地质灾害所造成的经济损失和人员伤亡非常大。据相关统计，我国每年平均发生地质灾害大约为10907起，其中死亡人数约为349人、失踪人数约为51人、受伤人数约为218人，造成的直接经济损失约为54.1亿元。而滑坡地质灾害大约占其总数的74.5%，因此，相关部门要重视滑坡地质灾害，对其进行有效且及时的监测和预警。

1 滑坡地质灾害实时监测与预警系统的设计

1.1 总体架构设计

在设计系统的总体架构过程中，需要从系统的几个子系统方面进行：①基准站子系统的设计。该子系统主要由可调节对中盘、馈线、CORS天线、避雷针、UPS电源、避雷针以及电源和馈线避雷器等组成。主要实现对CNSS卫星数据进行实时跟踪、存储、传输、采集，从而为CNSS监测站的差分改正提供相应数据支持，同时也为监测站提供变形分析参照基准。②监测站子系统的设计。该系统由可调节盘、测量大地电线和接收机、UPS电源、太阳能板、避雷针、馈线、位移和降雨传感器以及电源和饋线避雷器等组成。实现的功能有：实时跟踪和监测CNSS卫星数据，并且对信息中心子系统传输的差分数据进行实时接收，将结果再传回信息中心，从而实现网络RTK功能；实时采集内部位移和雨量传感器的数据，并对滑坡体进行可视化实时监测。③信息中心子系统的设计。该系统主要由预警与监测软件、USP电源、显示器、防火墙、路由器以及塔式服务器等组成。实现的功能有：实时监测并且记录监测站和基准站的目前的工作状态；存储和接收监测站和基准站传达的信息，并为监测站提供相应的差分改正的数据。对监测数据进行实时预测、分析、处理等，并自动生成图件、表、报告等，同时及时向有关部门发送预警信息，对CNSS接收机进行远程控制。

1.2 数据存储设计

在对数据存储方式进行设计过程中，不仅实现数据自动计算功能，还要有助于用户管理和查询相关数据。在设计时，采用Miscrosoft SQL Server数据库，首先在该数据库中创建一个LandIASP.mdf文件。其次在这个文件中再新建5张表格，这5张表格分别用于存储在一天内监测的数据信息、在一小时内监测的数据信息、站点位置坐标信息、用户的信息以及站点信息等。利用文件存储具有不受信息量大小限制和数据存储量大等优点。其主要存储内容为系统的运行日志和基本参数以及对站点检测数据和运行状态等。

1.3 用户子系统设计

用户子系统由移动端APP、Web端APP以及电脑客户端组成。这个子系统主要实现的功能有：①对滑坡体的降雨量以及位移等数据信息进行实时监测，将实时监测信息传输到基准站，由基准站传输到监测站，再由监测站传输到信息中心，通过信息中心的分析、处理、计算后进行发布预警信息。②对监测站中的各类数据进行下载，生成各种图表之后，自动进行变形分析，以此为决策部门制定策略提供相应的数据[1]。

2 滑坡地质灾害实时监测与预警系统的实现

2.1 数据中心与监测站数据实时通信的实现

滑坡地质灾害预警和监测系统的正常运行基础便是实现数据的实时通信。在实现数据实时通信过程中，利用Socket（套接类）技术，通过端口后和IP对监测站和基准站的数据进行获取和监听，与此同时利用WiFi、4G、GPRS等通信网络对数据进行传输。Socket技术为数据实时通信提供了大量的属性和方法，在应用过程中，可以通过UDPClient、TCPListener以及TCPClient等类使用UDP协议服务和TCP协议服务，在数据传送过程中，这些类主要负责的是细节任务。同时UDP协议服务和TCP协议服务提供简单的网络服务和用户方位细节，且用户在使用过程中，不需要对协议套接字细节设计进行了解便可应用。而在CORS中进行通信过程中，主要是利用Nrrip协议进行的。

2.2 多线程监测数据处理的实现

在预警与监测系统正常运行过程中，会有多个监测站和基准站同时出现，这要求其能够及时进行相应，同时中心服务器必须要与多个站点建立同时连接的网络。这种情况下，需要使用到多线程技术。具体实现方式为：将服务器与各个监测站和基准站连接，使服务器能够在这些站点中同时开展数据通信作业。在这些站点发出相应的连接请求后，此时服务器会向后台请求建立新的线程，而此线程包括数据处理方法和请求站点名称等内容，通过以上流程，便可使系统实现多线程监测数据处理功能。

2.3 一机多天线的定时切换

对滑坡体进行预警和监测，需要在其中布设很多监测点，这样才能有效且及时的开展监测任务。当滑坡上的监测点比较密集时，如果将CNSS接收机布设到每个监测点上，那么会使监测成本成倍数增加。为了降低相关成本，在部分滑坡体上利用一机多天线的方法进行实时监测。一机多天线主要是指一台CNSS接收机与多条天线连接，在每个监测点上安装一条GPS天线，但是不安装相应的接收机。为了实现其定时切换，信息中心要向监测站定时的发送相关控制指令，而在监测站收到指令之后，利用CNSS控制器对GNSS天线进行切换，从而实现利用一台接收机连接多条天线的方法对滑坡地质灾害进行实时预警与检测[2]。

3 结束语

综上所述，滑坡地质灾害对国民正常生活造成了很大的影响，对其进行实时监测是保障人们生命安全的有效途径。经过上文分析可得，滑坡地质灾害预警与实时监测系统将计算机、无线通信、传感器、GNSS等技术集成在一起，实现了对滑坡体的自动化、全方位、全天时、全天候以及高精度的实时监测，并且能够及时向相关部门提供预警信息，从而满足对滑坡地质灾害预警和监测的需求。

参考文献

[1] 姚佩超，杨志强.地质灾害实时监测与预警系统的设计与实现[J].测绘通报，2016，（S2）：124-129.

[2] 姚佩超，杨志强，柯福阳，等.滑坡地质灾害实时监测与预警系统的设计与实现[C].第七届中国卫星导航学术年会.第七届中国卫星导航学术年会论文集.长沙：中国卫星导航系统管理办公室学术交流中心，2016：1-6.