淺談地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警中現(xiàn)代化信息技術(shù)的運用

張函函

摘 要：目前我國地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警主要采用群測群防方式，耗費大量人力且技術(shù)手段落后，不能保證地質(zhì)災(zāi)害信息準(zhǔn)確、及時的傳達。隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的發(fā)展，地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測預(yù)警技術(shù)的應(yīng)用勢在必行，可以有效提高對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的應(yīng)急反應(yīng)能力，保障人民群眾生命財產(chǎn)安全，將是未來地質(zhì)災(zāi)害防治工作中的一個重要環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害 現(xiàn)代化 監(jiān)測預(yù)警

中圖分類號：P694 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）04（c）-0151-02

地質(zhì)災(zāi)害是指由自然因素或人為活動誘發(fā)的危害群眾生命和財產(chǎn)安全的山體滑坡、崩塌、泥石流、地裂縫、地面塌陷、沉降等與地質(zhì)作用有關(guān)的災(zāi)害。具有隱蔽性強、突發(fā)性高和破壞性大等復(fù)雜特性，社會影響大，防范難度大。我國的地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜，每年都有多起地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，造成大量人員傷亡和財產(chǎn)損失。

地質(zhì)災(zāi)害防治工作是一項重大的系統(tǒng)工程，防治工作的開展必需結(jié)合實際、因地制宜，并且要兼顧社會效益與地方經(jīng)濟發(fā)展相適應(yīng)，有效地保護城鎮(zhèn)、交通、能源、工礦企業(yè)等國民經(jīng)濟建設(shè)與人民群眾生命財產(chǎn)安全。對于傳統(tǒng)的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害動態(tài)監(jiān)測來說，一般非重點地質(zhì)災(zāi)害的狀態(tài)信息是通過群測群防獲取，而重點地質(zhì)災(zāi)害的狀態(tài)信息則是用常規(guī)監(jiān)測手段獲得。群測群防方式需要消耗大量的人力，而且因為監(jiān)測手段落后，很難及時取得地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生前期的先兆信息。隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的發(fā)展，地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測預(yù)警技術(shù)取得一定進步。

1 實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的運用

地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)一般有三個組成部分：實時監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，如圖1所示。

（1）實時監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是以跟蹤、連續(xù)式的數(shù)據(jù)采集方式來記錄監(jiān)測對象的發(fā)展趨勢和動態(tài)變化，數(shù)據(jù)的收集和傳輸均是自動化，不需要人工干預(yù)和值守[1]。

（2）無線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是實時監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)之間的橋梁，為監(jiān)測數(shù)據(jù)的上傳與監(jiān)測指令的下達提供通信基礎(chǔ)。目前，我國地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的通信傳輸主要采用ZIGBEE、無線短信（GSM）、無線公網(wǎng)與北斗一號衛(wèi)星通信等方式[2]。

（3）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以對采集的實時數(shù)據(jù)進行匯總、分析、儲存、共享，并為發(fā)布預(yù)警信息提供分析資料，具有數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與工作站的功能[3]。

地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測預(yù)警技術(shù)在國外已運用很久，美國采用地面伸縮儀、傾斜儀、地下水壓力傳感器和雨量計等儀器設(shè)備來進行滑坡的實時監(jiān)測，其傳感器的研發(fā)與制造一直處于世界領(lǐng)先地位；歐盟有Winsoch和Slews等基于現(xiàn)代化信息技術(shù)技術(shù)的滑坡實時監(jiān)測項目；在日本，由雨量計、地面及地下的傳感器和視頻組成的傳感網(wǎng)，臨界雨量判據(jù)、預(yù)警模型與預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)也常用于滑坡、泥石流的監(jiān)測預(yù)警[4]。

目前，地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的運用在我國也起到了一定作用，例如，2018年2月，通過“北斗智慧云公共監(jiān)測平臺”成功預(yù)警了發(fā)生在四川省阿壩州小金縣春廠壩的山體滑坡。在該滑坡發(fā)生的前一天，該監(jiān)測平臺先后向當(dāng)?shù)匕l(fā)出橙色預(yù)警和紅色預(yù)警，有效避免了由地質(zhì)災(zāi)害造成的人員傷亡和直接經(jīng)濟損失。

國內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測預(yù)警技術(shù)起步較晚，在智能傳感器研發(fā)、監(jiān)測預(yù)警模型、數(shù)據(jù)通信傳輸、信息系統(tǒng)研制與相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等方面與國外相比還存在一定差距[5]，因此該技術(shù)在今后的發(fā)展中還有廣闊的前景。

2 實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的優(yōu)缺點

2.1 實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的優(yōu)點

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生往往伴隨著非常惡劣的氣象條件和地質(zhì)條件，傳統(tǒng)的監(jiān)測手段不能實時獲取監(jiān)測目標(biāo)的狀態(tài)，監(jiān)測人員的人身安全也得不到保障。因此建立一套包含遠(yuǎn)程測量、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)自動獲取、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析與預(yù)測預(yù)報等功能的地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，有助于提高地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警的自動化水平，可以實時取得監(jiān)測目標(biāo)的狀態(tài)，并及時分析和預(yù)測預(yù)報效果。

（1）經(jīng)濟效益。

一般來說，現(xiàn)代化監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)在建成后需要持續(xù)的投入才能確保其正常運行，因此沒有直接的經(jīng)濟效益，但可通過減少災(zāi)害損失來發(fā)揮出間接的經(jīng)濟效益。對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生進行監(jiān)測預(yù)警，能夠及時通知隱患范圍內(nèi)的群眾疏散避讓，減少災(zāi)害造成的人、財、物的損失和投入。在維護區(qū)域自然生態(tài)環(huán)境，促進當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟的持續(xù)發(fā)展等方面體現(xiàn)出間接經(jīng)濟效益。

（2）社會效益。

地質(zhì)災(zāi)害不僅關(guān)系到國土資源和國土生態(tài)的安全，而且也危及到周邊群眾的生產(chǎn)生活和生命財產(chǎn)，關(guān)系到社會穩(wěn)定和團結(jié)?，F(xiàn)代化監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的建立有利于保護國土資源的穩(wěn)定，有效保護生態(tài)系統(tǒng)，既是提高社會和公眾保護國土資源，有效監(jiān)控災(zāi)害發(fā)生的需要，也是落實科學(xué)發(fā)展觀，構(gòu)建和諧社會，建設(shè)節(jié)約型和環(huán)境友好型社會，保障社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的一項重要因素。

2.2 實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的缺點

由于實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是一個包含了數(shù)據(jù)采集、通信傳輸與數(shù)據(jù)處理、分析、發(fā)布等的綜合系統(tǒng)，因此任何一個細(xì)節(jié)出現(xiàn)問題就有可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)無法正常運行。如電力系統(tǒng)（斷電停電）、監(jiān)測儀器（傳感器、采集儀故障）、傳輸系統(tǒng)（斷網(wǎng)、數(shù)據(jù)安全）、處理系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)堵塞、病毒攻擊、系統(tǒng)崩潰）、人為因素（人為破壞設(shè)備設(shè)施）、自然因素（大風(fēng)、暴雨、地震等對室外設(shè)備的影響）等均可造成實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)運營風(fēng)險增加，這就要求配備專業(yè)的技術(shù)人員對監(jiān)測系統(tǒng)進行實時維護，確保系統(tǒng)的正常運行[6]。

3 目前常用監(jiān)測預(yù)警技術(shù)

3.1 地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)

（1）自動化雨量和表面位移裂縫監(jiān)測。

通過自動化雨量站可獲取區(qū)域內(nèi)的雨量實時數(shù)據(jù)曲線，可提前預(yù)測滑坡變形。位移裂縫計對邊坡滑動位移、裂縫變化進行實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集，通過GPRS/GSM等方式傳輸?shù)奖O(jiān)測預(yù)警平臺。當(dāng)降雨量和位移變化達到設(shè)定的報警閾值時系統(tǒng)將自動發(fā)出報警，警告監(jiān)測點附近居民及時避難。

（2）地下深部位移監(jiān)測。

一般采用鉆孔測斜儀來測量不同深度地層的水平位移，滑坡引起測斜管位移，使得測斜管從初始位置變形到新的位置。這種變化可以傳輸?shù)奖O(jiān)測預(yù)警平臺，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，可繪制出位移曲線圖，反應(yīng)位移變化情況。

（3）地下水位監(jiān)測。

為滿足精度要求和可實現(xiàn)自動化監(jiān)測，測量地下水位通常采用滲壓計法。目前我國常用于測量水壓的傳感器一般是使用模擬信號，隨著科技的不斷發(fā)展，水壓傳感器的精度逐步提高，可以滿足滑坡監(jiān)測預(yù)警的需求。

（4）自動化視頻監(jiān)測。

通過專網(wǎng)傳輸?shù)街笓]中心，指揮中心通過視頻監(jiān)測系統(tǒng)對地質(zhì)災(zāi)害危險區(qū)的情況進行24h實時高清監(jiān)測，為防災(zāi)減災(zāi)提供決策依據(jù)。

（5）GNSS滑坡監(jiān)測系統(tǒng)。

可實時監(jiān)測滑坡體地表變形的規(guī)模、速率，監(jiān)控滑坡的變化發(fā)展情況，掌握滑坡體的位移變化信息。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超過閾值時，系統(tǒng)以短消息、聲光等多種方式自動報警，提醒相關(guān)人員采取措施，避免安全狀態(tài)繼續(xù)向危險狀態(tài)演變，從而達到消除事故隱患以及提前轉(zhuǎn)移的目的。

（6）無線預(yù)警廣播站。

當(dāng)系統(tǒng)報警時，可以通過短信或電話進行自動/半自動語音廣播，提醒地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測點附近居民提前預(yù)防和撤離。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警指揮系統(tǒng)

（1）地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警綜合系統(tǒng)：系統(tǒng)錄入地質(zhì)災(zāi)害隱患點信息（含坐標(biāo)、威脅程度、監(jiān)測人員電話、逃離路線），以及應(yīng)急裝備、倉庫、避難場所等應(yīng)急資源信息等，同時可對專業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)進行多方面的圖形展示和統(tǒng)計分析，并通過服務(wù)器后臺數(shù)據(jù)控制中心實現(xiàn)不間斷的監(jiān)控，實現(xiàn)自動化的手機短信預(yù)警、聲光報警等報警方式。

（2）地質(zhì)災(zāi)害群測群防移動定位系統(tǒng)：地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測人員通過手機安裝群測群防APP，通過手機與指揮中心進行災(zāi)害報警、公共預(yù)警、日常匯報、任務(wù)發(fā)布、人員定位等功能。

3.3 應(yīng)急指揮無線通信系統(tǒng)

應(yīng)急指揮無線通信系統(tǒng)包括單兵系統(tǒng)和可視化對講系統(tǒng)，單兵系統(tǒng)能夠全天候移動監(jiān)測，實現(xiàn)高清視頻4G實時上傳、本地儲存、集語音、視頻一體化可視對講等功能?？梢暬瘜χv系統(tǒng)擁有單呼、組呼、全呼智能通訊功能，消除距離的限制，能夠在移動網(wǎng)絡(luò)不通的情況下實現(xiàn)遠(yuǎn)程指揮、遠(yuǎn)程應(yīng)急搶險調(diào)度等功能。

4 結(jié)語

（1）地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警是一個長期、持續(xù)性的工作，在傳統(tǒng)監(jiān)測方式的基礎(chǔ)上，運用現(xiàn)代化信息技術(shù)進行實時監(jiān)測預(yù)警，將是未來地質(zhì)災(zāi)害防治工作中的一個發(fā)展趨勢。雖然該技術(shù)已經(jīng)取得了一定成果，但從總體上看，仍然處于起步階段，還有很長的路要走。

（2）現(xiàn)代化監(jiān)測預(yù)警技術(shù)的建設(shè)，不是一次性的工程，也不是一勞永逸的工程。地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)育、分布也不是固定一成不變的，因此，隨著災(zāi)害情況變化和災(zāi)害的突發(fā)性、特殊性等性質(zhì)，實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)也需要不斷的進行更新和補充。

參考文獻

[1] 楊秀元，羅靖筠，高幼龍，等.巫山縣滑坡實時監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)與運行工[J].西部探礦工程，2009（8）：82.

[2] 石愛軍，馬娟，齊安文，等.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)中的應(yīng)用研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2014，41（5）：148.

[3] 張順斌，陳濤，晏萍，等.實時自動監(jiān)測系統(tǒng)在庫區(qū)某滑坡監(jiān)測中的應(yīng)用[J].地下空間與工程學(xué)報，2010，6（2）：1716.

[4] 喬輝，汪滔，謝志遠(yuǎn).物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害防治中的應(yīng)用[J].物聯(lián)網(wǎng)學(xué)報，2018，2（3）：99.

[5] 陳寧生，丁海濤.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在山地災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警中的應(yīng)用——需求、現(xiàn)狀、問題與突破展望[J].自然雜志，2014，36（5）：353.

[6] 高幼龍，張俊義，薛星橋，等.實時監(jiān)測技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害防治中的應(yīng)用——以巫山縣地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測預(yù)警示范站為例[A].中國災(zāi)害防御協(xié)會.全國突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急處置與災(zāi)害防治技術(shù)高級研討會論文集[C].中國災(zāi)害防御協(xié)會：中國災(zāi)害防御協(xié)會，2010：8.