通用型地質災害預警數(shù)據采集裝置的研究

周濤

【摘 要】我國是多山國家，同時也是受地質災害損失較為嚴重的國家。每到夏秋季節(jié)，尤其是南方地區(qū)難以擺脫暴雨的襲擊，地質結構不穩(wěn)定的地區(qū)發(fā)生地質災害的頻率居高不下，導致該地區(qū)人民生命財產安全受到嚴重威脅。

【Abstract】China is a mountainous country， and it is also the country with serious loss due to the geological disaster. Every summer and autumn， especially in the southern region，it is difficult to get rid of the storm， The frequency of geological disasters in the region with unstable geological structure is high， which leads to serious threat to people's life and property security.

【關鍵詞】地質災害；預警監(jiān)測；數(shù)據采集裝置

【Keywords】geological disaster； early warning monitoring； data acquisition device

【中圖分類號】P642 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）05-0177-02

1 引言

地質災害指在人為或者自然因素的作用下形成的對人類生命財產、自然環(huán)境造成破壞的地質現(xiàn)象。例如，山體滑坡、泥石流、崩塌以及地震等嚴重威脅著社會經濟的發(fā)展。

2 通用型地質災害預警數(shù)據采集裝置的概述

2.1 地質災害預警數(shù)據采集裝置的目的及意義

我國是受地質災害損失較為嚴重的國家，山體滑坡、泥石流、崩塌等地質災害嚴重威脅我國社會經濟和資源的可持續(xù)發(fā)展。因此，我國政府對地質災害預警數(shù)據采集裝置技術的研究格外重視，并投入大量人力、財力資源從事該技術的研究。由于地質災害現(xiàn)象普遍量大面廣，成因復雜且治理成本頗高，當下無法對其進行大規(guī)模全面治理。由此看來，地質災害監(jiān)測預警裝置成為重要的減災防災手段；以各種地質災害的形成條件為背景，對地質災害危險程度進行區(qū)劃，在易發(fā)生地址災害區(qū)域裝置地質災害預警數(shù)據采集系統(tǒng)，實現(xiàn)地質災害的及時預警，從而減少地質災害帶來的損失。地質災害監(jiān)測系統(tǒng)的設計主要分為地質災害預警數(shù)據采集裝置及地質災害計算機預警軟件兩部分。其中，地質災害預警數(shù)據采集裝置是通過數(shù)據融合、無線傳感器網絡及圖像處理技術相結合對地質災害監(jiān)測點的監(jiān)測圖形和數(shù)據進行采集及發(fā)送。地質災害計算機預警軟件是對地質災害預警數(shù)據采集裝置發(fā)送的圖像及數(shù)據進行分析整理，從而達到地質災害預警和數(shù)據監(jiān)測的目的。地質災害預警數(shù)據采集裝置及地質災害計算機預警軟件在相互協(xié)調的作用下共同完成地質災害監(jiān)測預警系統(tǒng)的工作，將對防災減災工作做出巨大貢獻；各類地質災害的現(xiàn)場結構及發(fā)生機理皆不盡相同，而傳統(tǒng)地質災害預警數(shù)據采集裝置的設置功能單一，只適用于監(jiān)測某種特定的地質災害。因此，應研究一種通用型地質災害預警數(shù)據采集裝置，針對不同的地質災害預警數(shù)據的采集通過不同的傳感器進行監(jiān)測。

2.2 地質災害預警數(shù)據采集裝置的研究現(xiàn)狀

地質災害具有突發(fā)性，一旦發(fā)生必然對生命財產安全造成嚴重損失。針對不同的地質災害發(fā)生類型，國內外的專家學者進行了長期研究，根據地質災害的發(fā)生提出了各種假設模型與理論，并對其部分予以驗證。地質災害預警技術從早期的災害成因研究到地質災害的危險程度區(qū)劃，國內外對地質災害得到了更加廣泛的研究。隨后形成了由遙感技術、地理信息系統(tǒng)及全球定位系統(tǒng)組成的“3S技術”，為地質災害預警提供更為精準的全天候數(shù)據采集監(jiān)測，從而增強預警能力。近年來，隨著傳感器技術和無線通信技術的高速發(fā)展，無線傳感器網絡作為具有感知能力、通信能力及計算能力等特點的新型技術引起了國內外專業(yè)人士的關注，為地質災害預警提供了新思路。目前，國內外對地質災害預警數(shù)據采集裝置的研究已有了一定基礎及成果。但是，其中還存在一些問題，例如，傳感器需要采集電路，運用的傳感器種類較多時，設計的成本會增加，地質災害監(jiān)測區(qū)地勢復雜，單一的數(shù)據傳送方式不能保證數(shù)據得到有效傳輸，裝置的監(jiān)測地點環(huán)境惡劣難以保證供電及時。

3 通用型地質災害預警數(shù)據采集裝置的設計

3.1 裝置方案設計

地質災害預警系統(tǒng)由數(shù)據采集裝置、云數(shù)據服務器及地質災害監(jiān)測中心三部分構成，圖一為地質災害監(jiān)測預警系統(tǒng)的結構示意圖。其中左半部分即是地質災害預警數(shù)據采集裝置，該裝置具有對監(jiān)測現(xiàn)場的有關數(shù)據進行采集的作用，隨后經邊界路由節(jié)點傳送出去，地質災害監(jiān)測中心將該數(shù)據進行分析，實現(xiàn)地質災害預警功能[1]。為了更好地管理在野外環(huán)節(jié)進行的無線網絡監(jiān)控系統(tǒng)的所有節(jié)點，保證數(shù)據的有效上傳，需使用較為可靠的數(shù)據采集裝置。互聯(lián)網作為世界上互通性最為廣泛的體系，將無線傳感器與互聯(lián)網相結合即可實現(xiàn)數(shù)據的遠程傳送。采用分布式的設計方案，采集到的現(xiàn)場原始數(shù)據首先上傳到云服務器中進行保存，而不是直接將原始數(shù)據傳輸至地質災害監(jiān)測預警中心，該方法大幅度降低了系統(tǒng)失效的風險。

現(xiàn)場原始數(shù)據以從上至下的流向，根據實際情況選擇無線網絡的數(shù)量，其中設置了4個監(jiān)測網絡，網絡監(jiān)測節(jié)點通過采集現(xiàn)場的雨量、泥水位等數(shù)據通過無線網絡到達邊界路由節(jié)點，邊界路由節(jié)點則根據情況選擇無線或有線方式將數(shù)據傳送至數(shù)據交換中心，數(shù)據交換中心通過定位系統(tǒng)將數(shù)據發(fā)送至互聯(lián)網中，隨后傳入云服務器，云服務器將采集的數(shù)據儲存，地質災害監(jiān)測預警中心訪問云服務器，將數(shù)據進行分析，并做出預警決策將信息傳送至有關部門。綜上所述，通過地質災害預警數(shù)據采集裝置的結構及工作原理，設計出系統(tǒng)通信結構。根據不同節(jié)點的特點，選擇對應的傳感器類型。

3.2 硬件及軟件設計

硬件的結構主要以原始數(shù)據采集的節(jié)點及邊界路由節(jié)點的功能組成的，是以通過通信處理電路、電源管理電路、調試電路等硬件電路設計完成的微控制系統(tǒng)；在設計軟件時，由于程序具有可維護性以及可移植性，系統(tǒng)軟件的設計應以分層次、板塊化的特點進行設計。

3.3 裝置調試

在通用型地質災害預警數(shù)據采集裝置的系統(tǒng)設計完成之后，通過調試來及時發(fā)現(xiàn)設計過程中的錯誤及缺陷。地質災害預警數(shù)據采集裝置的設計是由數(shù)據采集、數(shù)據分析直至數(shù)據上傳等步驟組成。因此，應對各步驟進行調試，以保證裝置的有效性。其中，調試方式包括實驗室調試和野外模擬調試兩種。實驗室調試是將裝置中所有功能拆分，并用特定的調試工具進行單獨調試；野外模擬調試是將裝置置于真實監(jiān)測現(xiàn)場，通過監(jiān)測預警中心進行數(shù)據分析。兩種方法并用，對整個裝置調試的結果進行分析，從而提高通用型地質災害預警數(shù)據采集裝置的有效性。

4 結論

通過本文的論述得知，地質災害的形成是復雜的過程，其形成原因不僅僅與降雨有關，還與其所在地區(qū)的地勢、巖體結構、植被情況等諸多因素息息相關；通用型地質災害預警數(shù)據采集裝置對各種地質災害的信息進行采集及預警，對防災減災以及災后及時救援提高具有重大保障，從而大幅度的減少了生命財產安全隱患。

【參考文獻】

【1】焦方暉，賈永剛，王治良，等.嶗山地質災害遠程監(jiān)測預警系統(tǒng)構建[J].中國海洋大學學報（自然科學版），2012（Z1）：49-53.