地質(zhì)災(zāi)害在線綜合監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

山東正元冶達科技發(fā)展有限公司 盛有錫

我國是世界上地質(zhì)災(zāi)害最為嚴重的國家之一，由于缺乏完善的監(jiān)測手段及數(shù)據(jù)處理方法 ，對地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測及治理不能提出有效的防治措施，已經(jīng)嚴重制約經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。通過北斗定位及通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開發(fā)出地質(zhì)災(zāi)害在線綜合監(jiān)測監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 系統(tǒng)組成

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)化架構(gòu)設(shè)計。分為：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲與處理、數(shù)據(jù)應(yīng)用與預(yù)警四個子系統(tǒng)。

1.2 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生一般都經(jīng)歷孕育、蠕變、剪切、形成四個從量變到質(zhì)變的過程階段[1]，其監(jiān)測內(nèi)容包括變形監(jiān)測（位移監(jiān)測、裂縫監(jiān)測和傾斜監(jiān)測），相關(guān)因素監(jiān)測（氣象監(jiān)測、水監(jiān)測等），以及宏觀前兆監(jiān)測（宏觀變形、地下水突變及宏觀地聲等），具體監(jiān)測參數(shù)有，地表裂縫的變形監(jiān)測，深部位移監(jiān)測，傾斜變形監(jiān)測，降雨量監(jiān)測，氣溫監(jiān)測，土體濕度監(jiān)測，地下水位監(jiān)測，孔隙水壓力監(jiān)測，土壓力監(jiān)測，地聲監(jiān)測，視頻監(jiān)測。監(jiān)測設(shè)備采用太陽能供電方式，在無日照情況下，能正常工作2個月及以上。支持遠程喚醒，響應(yīng)中心命令。在監(jiān)測儀器休眠狀態(tài)下，中心可以隨時喚醒監(jiān)測儀器進行數(shù)據(jù)采集、讀取任意時段自記錄數(shù)據(jù)；可實現(xiàn)對設(shè)備電源電壓及工作環(huán)境溫度及系統(tǒng)狀態(tài)信息的實時監(jiān)測。

1.3 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)

即對傳感器取得的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)進行傳輸，包括有線的和無線的數(shù)據(jù)通信手段，無線采用GPRS/SMS/北斗衛(wèi)星等通訊方式據(jù)[2-4]。

1.4 數(shù)據(jù)存儲與處理分析

將現(xiàn)場采集的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲在云端服務(wù)器。并對數(shù)據(jù)進行挖掘、計算分析和共享，是整個地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的最核心部分。

1.5 數(shù)據(jù)應(yīng)用與預(yù)警子系統(tǒng)

通過對內(nèi)部位移、外部位移、災(zāi)變體含水量、實降雨量等數(shù)據(jù)的綜合分析、挖掘各數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在聯(lián)系及變化趨勢、分析災(zāi)變體的變形過程。

1.6 預(yù)警報警

發(fā)布多級預(yù)警信息：系統(tǒng)自動檢查上否有超出臨界的數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)警數(shù)據(jù)發(fā)布不同級別的報警信息。

采用多種預(yù)警方式：不同級別的報警信息可以通過系統(tǒng)登錄提示、聲光報警器、短信通知等多種方式傳達至相關(guān)責任人和領(lǐng)導

啟動相應(yīng)應(yīng)急預(yù)案：根據(jù)報警信息的級別，及時啟動相應(yīng)級別的應(yīng)急預(yù)案，化解險情，消除隱患。

審核每條預(yù)警記錄：預(yù)警信息處理完成之后，需要經(jīng)過審核之后才能關(guān)閉，做到預(yù)警信息閉環(huán)管理。

2 系統(tǒng)特點

自動實時監(jiān)控功能：系統(tǒng)可實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)自動采集、傳輸、存儲、處理分析及綜合預(yù)警，并具備在各種氣候條件下工作的能力。系統(tǒng)采用分布式部署，易于擴展，可任意增加傳感器或滑坡點。

數(shù)據(jù)現(xiàn)場匯聚功能：系統(tǒng)可實現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)匯聚后，通過北斗衛(wèi)星發(fā)射無線回監(jiān)控中心展示。

在線分析功能：安全監(jiān)測管理分析模塊具備基礎(chǔ)資料管理、監(jiān)測內(nèi)容適時顯示發(fā)布、圖形報表制作、數(shù)據(jù)分析、綜合預(yù)警等功能。其中數(shù)據(jù)分析部分包括各項監(jiān)測內(nèi)容趨勢分析、綜合過程分析等。

預(yù)報警功能：通過軟件對監(jiān)測參數(shù)進行實時在線分析，一旦監(jiān)控參數(shù)超限，系統(tǒng)能夠進行聲光報警、短信報警、郵件報警等方式，提醒相關(guān)人員采取措施，預(yù)防事故發(fā)生。

權(quán)限管理功能：根據(jù)各級權(quán)限，各級監(jiān)管部門可以不受時間和地點限制，只要登錄網(wǎng)絡(luò)，即可實現(xiàn)對監(jiān)測點的遠程督導和檢查。

綜合展示功能：在各級監(jiān)管部門控制中心的電子地圖上隨時查看各自管轄權(quán)限內(nèi)的所有隱患監(jiān)測點在線監(jiān)測信息，并以示意圖、圖表、曲線、數(shù)據(jù)等形式展示；可同時顯示各監(jiān)測區(qū)域?qū)崟r天氣情況及未來幾天的天氣預(yù)報，以及監(jiān)測區(qū)域范圍大小，常住人口數(shù)量等信息。

北斗短報文通訊功能：一旦發(fā)生不可抗自然災(zāi)害使現(xiàn)有常用通信方式無法正常工作時，巡檢員可通過手持北斗終端通過北斗衛(wèi)星以北斗短報文方式實現(xiàn)巡檢員之間、巡檢員與監(jiān)控中心之間的實時通信。

設(shè)備防盜功能：系統(tǒng)集成設(shè)備防盜功能，在所有貴重監(jiān)測設(shè)備內(nèi)部集成電子圍欄原理防盜模塊，一旦設(shè)備離開監(jiān)測點，監(jiān)控中心就能收到設(shè)備防盜報警信息，并切換到GIS電子地圖，實時顯示設(shè)備位置和移動路線軌跡。

3 結(jié)論

地質(zhì)災(zāi)害在線綜合監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)主要由前端的一體化監(jiān)測站設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、監(jiān)控中心、基于物聯(lián)網(wǎng)云計算技術(shù)的監(jiān)測預(yù)警平臺以及用戶終端等軟硬件系統(tǒng)組成，通過對變形破壞信息和災(zāi)變誘發(fā)因素信息的動態(tài)監(jiān)測和相關(guān)分析處理，對災(zāi)變體的穩(wěn)定狀態(tài)和變化趨勢做出判斷，并揭示災(zāi)變體空間分布規(guī)律，對未來可能發(fā)生的災(zāi)害地點做出預(yù)測。

[1] 王雁林.地質(zhì)災(zāi)害風險評價與管理研究[M].科技出版社 2015.

[2] 朱乃立.計算機網(wǎng)絡(luò)實用技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2001.

[3] 陽憲惠.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京:清華大學出版社,2002.

[4] 邵舒淵.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)研究與開發(fā)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2008(6)．