威远县地质灾害自动化监测系统的应用研究

何超红，黎张

威远县地质灾害自动化监测系统的应用研究

何超红，黎张

（威远县地质环境监测站，四川 威远 642450）

威远县地质构造运动强烈，受地震、降雨和人为破坏等因素影响地质灾害时有发生，主要灾害类型包括崩塌和滑坡，严重影响人民群众生命财产安全。过去，地质灾害的监测和预警主要是采用人工定期采集数据及宏观巡视等传统监测手段，存在效率低、投入大、无法及时预报险情等问题。随着科学技术的发展，基于智能传感技术、物联网技术及专业监测设备的自动化监测在防灾减灾工作中发挥重要作用，有效的监测预警减少了人员伤亡。本文以威远县地质灾害自动化监测系统运用为例，从高精度的监测设备、自动化的监测系统、数据共享平台等方面阐明了地质灾害自动化监测系统具有实时、准确、及时等优势，必将广泛运用到地质灾害防治工作中。

威远县；地质灾害；自动化监测

我国地质灾害监测体系主要采用群测群防，依靠地质灾害点分布乡镇、村社的特点，聘用监测人员日常巡查，使用简易监测方法进行隐患点监测，构建地质灾害群测群防、监测预警体系，具有中国特色，取得了明显成效。普适性自动化监测仪器的试点及推广运用，并与群测群防相结合，对改变、推进地质灾害群测群防、监测预警体系进步以及地质灾害防治工作有重要意义。

1 地质灾害自动化监测

1.1 自动化监测简介

自动化监测目标是：自动监测地质灾害孕育、发生、发展全过程，将变形特征、运动特征、宏观灾变现象以及主要影响因素转换为可量测、可判读的信息数据，按经验公式转化成短信或预警信号，为主动防灾提供必要监测数据或相关信息（李永建等，2019）。结合地质灾害群测群防、监测预警体系，提升监测预警地质灾害风险管控体系的技术支撑作用和能力。

1.2 自动化监测系统

1.2.1 监测硬件设备

常用的监测设备有GNSS、雨量计、测缝计、地表裂缝伸缩仪、倾角仪等。

（1）GNSS：应用于地质灾害高精度监测，具有精度高、不受天气干扰、可以连续长时间进行实时监测，具备良好的自动化和易于集成等优点，可降低监测成本，提高资料可靠性。

（2）雨量计：用以测量降雨量，将降雨量转换为数字信息量输出，满足信息传输、处理、记录和显示需要。

（3）测缝仪：测量结构物伸缩缝或周边缝的开合度（变形）。加装配套附件可组成基岩变位计、表面裂缝计、多点变位计等测量变形仪器。

（4）地表裂缝伸缩仪：安装于滑坡、崩塌、地面塌陷和不稳定坡体点上，拉绳跨越形变裂缝固定，位移量达到预设阈值报警。

（5）倾角仪：对建筑物墙面水平或垂直斜度进行测量。

（6）数据记录仪：从传感器获取测量结果存储的电子仪器。地质灾害监测数据记录仪可同时接入雨量计，测缝计，裂缝伸缩仪，倾角仪，可存储一年以上数据。

（7)数据传输及短息发送设备：兼具无线数据传输和预警短信发送功能。无线数据传输采用GPRS或无线数据接入模式，打开路由器端口设置相应端口号；配合设备硬件地址设置，将数据发回系统使用单位电脑终端数据库。预警短信发送功能可通过数据采集记录仪中设定的手机号码，向指定人员手机发送报警信息提示。

1.2.2 监测系统设置目标

监测系统设置目标具备数据接收、汇总、处理功能，能自动形成必要的监测图表，对监测数据进行初步分析和按设定的阈值预警；对现场预警信息数据进行汇总，自动上传。通过短信与语音预警，通知到县级相关人员和值班人员（图1）。

图1 监测系统数据网络树状结构图

图2 自动化监测系统拓扑图

（1）自动化监控功能：实现监测数据自动采集、传输、存储、处理分析及综合按设定的阈值预警，具备在各种气候条件实现实时监测能力的目标。

（2）实时回传功能：监测传感器全天候不间断采集数据，通过无线或光缆实时回传监控中心。

（3）在线分析功能：具备基础资料管理、各项监测内容实时显示、图形报表制作、数据分析、综合按设定的阈值预警等功能。数据分析应包括各项监测内容趋势分析、综合过程曲线分析等。

（4）预警功能：通过软件对监测数据曲线分析，监控参数超限（设定阈值或限值），系统进行语音报警、短信报警，按预案提醒采取措施。

（5）综合展示功能：根据权限，各级主管部门可以实时登录网络，对监测点远程督导和检查。在省、市、县控制中心的电子地图上查看管辖权限内的隐患监测点的监测信息，监测点监测信息可在各级控制中心屏幕以示意图、图表，曲线、数据等形式展示（盛有锡，2015）。

1.2.3 系统平台

系统平台包括县级、市级和省级（图2）三级监测平台及互通；监测站点监测数据可共享。各雨量站监测、位移监测等信息实时传输至县、市、省信息系统平台；视频数据通过光纤实现共享，也可通过Web直接调用数据。

县级：地质灾害监测预警终端，接收及汇总辖区内专业监测数据，同时将专业监测数据传输到市级前置数据库。

市级：用于接收县级传输的市域专业监测数据，将专业监测数据传输到省级前置数据库。

省级：接收市级传输专业监测数据。

2 威远县地质灾害情况

2.1 基本情况

威远县辖14个镇，总面积1 289.22km2，属川东南低山丘陵地区。受威远穹窿构造影响，陡崖、沟谷广布，岩石风化剥蚀严重，斜坡不稳定，受地震、降雨及人类工程活动影响，崩塌、滑坡等地质灾害为主要类型，对城镇、乡村、交通和工矿企业造成威胁，危及人民群众生命财产安全（何超红等，2015）。近年来，通过避险搬迁、工程治理后销号600多处隐患点。尚余162处地质灾害隐患点，监测预警成为主要防灾手段。

2.2 地质灾害发育情况

现有162处地质灾害点，类型以崩塌和滑坡为主，威胁1 143户1 861人生命财产安全。其中，威胁50人以上的隐患点15处，威胁30～50人16处，威胁10～20人115处，威胁小于10人16处（图3）。

3 自动化监测系统的运用

3.1 自动化监测站点布设原则

按照四川省自然资源厅关于地质灾害自动化监测体系项目建设要求，根据威远县地质灾害现状及项目资金情况，自动化监测系统布设原则：

（1）突出重点。自动化实时监测点优先选择受威胁人数较多，险情重、危害程度大且稳定性差滑坡、崩塌地质灾害隐患点。

图3 地质灾害威胁人数分类统计直方图

（2）科学经济。选用监测效果好、经济合理、经久耐用、操作简便、易于维护、具备省、市、县三级信息互联互通和实时发送监测功能自动监测设备。

（3）统筹兼顾。监测点布设宜要统一规划、统筹部署。对自动雨量站，与相邻隐患点共建共享，避免重复建设。

3.1.1 滑坡布设原则（李永建等，2019）

（1）以滑坡变形为导向，兼顾整体性及保护对象；控制网基准点不少于3个。

（2）沿保护对象、强变形区以及主滑方向等重要部位布设剖面。范围较大、机理复杂宜布设监测站。

（3）应满足滑坡后续监测需要。

3.1.2 崩塌布设原则（李永建等，2019）

（1）监测点布设应注重实效性。

（2）监测点应根据崩塌类型、失稳机理，布设在失稳变形重点部位。

（3）监测点应对（古）崩塌堆积体进行地表变形监测。

（4）每个监测点应有监测和预警功能。

（5）监测点对危岩体稳定性差的块体重点控制。

3.2 自动化监测点布设

先考虑威胁人数50人以上隐患点，其次是威胁人数30～50人的隐患点。威远县现有威胁30人以上隐患点31处。安置自动化监测设备隐患点23处，自动雨量站30台，裂缝伸缩仪18套。监测项目主要是裂缝监测和降雨量监测（表1）。

表1 监测项目及监测点仪器布设表

3.3 自动化监测工作流程

分前期准备阶段、监测方案编制阶段、站点建设阶段和监测运行维护四个阶段（图4）。以隐患点规模、危险程度和风险大小划定监测范围、确定监测对象及主要监测要素；选取监测方法、确定监测仪器和布设方案，监测设备安装、平台建设完成后进行测试运行，验收合格正式运行使用。当裂缝、位移及雨量超过预警阈值，发出监测预警，通过喇叭、预警短信及监测平台告知监测人员、受威胁群众及省、市、县相关人员，监测人员立即巡查；发现险情或出现临灾前兆；启动防灾预案，组织受威胁群众疏散转移，并报所在镇政府及主管部门。

3.4 自动化监测系统运行

威远县地质灾害自动化监测系统正式运行以来，23处地质灾害监测站点设备运行正常，因裂缝或雨量超出阈值通过语音及短信发出预警32次，收到预警后监测人员立即现场核实情况，并组织可能发生灾（险）情的隐患点受威胁群众疏散撤离至安全地带，避免了灾害造成的人员损失。通过及时、准确的自动化监测，威远县地质灾害监测、预警预报能力显著提升。

4 结语

威远县完成了23处地质灾害自动化监测站点建设，基本实现了省、市、县三级监测平台互联互通和监测、预警、响应一体化。为掌握地质灾害体变形趋势和预警提供了数据依据（洪儒宝，2014）。高精度、智能化、自动化的监测技术是发展的必然趋势，但更广泛、更有效应用于地质灾害防治工作，还有很多工作在实践中去完善（王晓刚等，2019）。

图4 工作流程图

李永建，胥良，陈友斌，贺占勇，蒋鸿，王阳谷，梁东波．2019．四川省地质灾害专业监测技术要求(试行)[S]．

盛有锡．2015．地质灾害在线综合监测预警系统的研究与实现[J]．电子世界．000（023）：121-122．

何超红，谭孝成，黄成智．2015．威远县地质灾害发育规律及成因分析[J]．防灾科技学院学报．17（1）：7-11．

洪儒宝．2014．福建省地质灾害自动化监测建设与应用研究[J]．中国科技成果．20：38-40．

王晓刚，高飞云，杨磊，张舒，刘滔．2019．无人机遥感技术在自然灾害应急中的应用及前景[J]．四川地质学报．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

何超红（1985— ），女，四川威远人，硕士，工程师，研究方向为水工环地质