城市地質(zhì)資源環(huán)境承載力監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)建設(shè)思路及關(guān)鍵技術(shù)

李勇 韓征 李敏

摘 ?要：本文闡述了城市地質(zhì)資源環(huán)境承載力監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)的建設(shè)思路，總體上將平臺(tái)劃分為野外監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)和云端信息平臺(tái)兩大部分，其中監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)負(fù)責(zé)地質(zhì)資源環(huán)境承載力監(jiān)測數(shù)據(jù)的感知、采集和傳輸，信息平臺(tái)負(fù)責(zé)監(jiān)測數(shù)據(jù)的匯聚、分析和預(yù)警預(yù)報(bào)。在總體架構(gòu)方面，平臺(tái)可以進(jìn)一步劃分為空間信息感知層、云平臺(tái)基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)資源層、服務(wù)層、應(yīng)用層和用戶層，每個(gè)層位對其上層均起到了支撐作用，對其下層均起到了匯聚作用。基于此類架構(gòu)方式，平臺(tái)未來可以為政府機(jī)關(guān)和地質(zhì)單位的管理人員、專業(yè)技術(shù)人員提供數(shù)據(jù)共享、統(tǒng)計(jì)分析、空間分析、資料查詢、模型計(jì)算等服務(wù)，為促進(jìn)區(qū)域地質(zhì)資源環(huán)境的可持續(xù)開發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：多源異構(gòu);監(jiān)測預(yù)警;物聯(lián)網(wǎng);智慧地質(zhì)

Abstract： This article describes the construction ideas of the urban geological resource environment carrying capacity monitoring and forecast platform. The platform is generally divided into two parts： the field monitoring Internet of Things and the cloud information platform. The monitoring Internet of Things is responsible for the perception and collection of geological monitoring data. The information platform is responsible for data aggregation， analysis and early warning forecast. In terms of overall architecture， the platform can be further divided into a space awareness layer， a cloud platform foundation layer， a data resource layer， a service layer， an application layer， and a user layer. Each layer plays a supporting role for its upper layer and plays a converging role for its lower layer. Based on such an architectural approach， the platform can provide data sharing， statistical analysis， spatial analysis， data query， model calculation and other services for the management personnel and professional technicians of government agencies and geological sectors in the future， in order to promote the sustainable development of regional geological resources and environment.

Keywords： Multi-source heterogeneous; Monitoring and early warning; Internet of Things; Smart Geology

0 引言

為了更為準(zhǔn)確、全面、完整的獲得地質(zhì)體的信息，很多的地質(zhì)工作者都利用數(shù)學(xué)模型來模擬真實(shí)的地質(zhì)演化過程，并使用地質(zhì)信息技術(shù)來表現(xiàn)模擬的過程和結(jié)果（李朝奎等，2015）。同時(shí)，對各種地球物理和地球化學(xué)勘探異常的正反演理論方法（趙鵬大，2012;陰江寧等，2013）以及地球動(dòng)力學(xué)理論方法（李四光，1973;於崇文等，1993）的提出和完善，都不同程度上提升了城市地質(zhì)的信息化水平。

目前，大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)已逐步應(yīng)用于各類傳統(tǒng)行業(yè)，大數(shù)據(jù)隱藏價(jià)值的深入挖掘、分析、應(yīng)用已成為各領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)，其理念已在智慧政府、智慧城市的建設(shè)中發(fā)揮出了巨大潛能（陳建平等，2015;張建勛等，2010）。在即將到來的“十四五”規(guī)劃期間，這股大數(shù)據(jù)浪潮必將顛覆現(xiàn)有的傳統(tǒng)信息化架構(gòu)體系，因此城市地質(zhì)領(lǐng)域如何與時(shí)俱進(jìn)引入全新的平臺(tái)構(gòu)建理念，并將思想和行動(dòng)付諸實(shí)踐，將成為地質(zhì)勘查行業(yè)未來信息化建設(shè)的焦點(diǎn)。

城市地質(zhì)行業(yè)在“十三五”期間借助于傳統(tǒng)的信息化手段建立了很多服務(wù)于專業(yè)領(lǐng)域的信息系統(tǒng)，初步研發(fā)了首都地質(zhì)資源環(huán)境承載力監(jiān)測預(yù)警信息平臺(tái)（衛(wèi)萬順等，2016），也形成了服務(wù)于城市地質(zhì)資源環(huán)境承載力評價(jià)要素監(jiān)測體系（鄭桂森等，2020）。以北京為例，為了實(shí)現(xiàn)突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害、地面沉降、地下水環(huán)境、土壤環(huán)境等監(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)的采集、發(fā)送、集成、分析和應(yīng)用，分別建立了對應(yīng)的信息系統(tǒng)以滿足各自的信息化需求，同時(shí)還建立了e地質(zhì)應(yīng)用系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)成果的社會(huì)化服務(wù)（張?jiān)娒实龋?020）。但是這種依賴于傳統(tǒng)方式建立的信息系統(tǒng)一般都存在標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)交互難、專業(yè)壁壘強(qiáng)、復(fù)用組件少等問題，較大程度上影響到了城市地質(zhì)信息化的可持續(xù)發(fā)展。具體而言，所建設(shè)的每個(gè)信息系統(tǒng)僅能滿足于自身的業(yè)務(wù)需要，無法與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和信息交換，從而必然形成一系列的信息孤島（張瑛等，2007）。更為重要的是，由于缺乏地質(zhì)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理方法和集成方法，即便是將這些信息孤島打通也無法實(shí)現(xiàn)真正的數(shù)據(jù)融合，更無法達(dá)到預(yù)警和預(yù)報(bào)的要求，從而不能為政府在規(guī)劃建設(shè)領(lǐng)域提供決策支撐。

因此，城市地質(zhì)行業(yè)應(yīng)結(jié)合新時(shí)期物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能、數(shù)字模型等前沿技術(shù)（韓征等，2016），對現(xiàn)行的信息化戰(zhàn)略方向、架構(gòu)體系、軟硬件環(huán)境和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行調(diào)整升級(jí)，同時(shí)將全新的技術(shù)手段與傳統(tǒng)的地質(zhì)理論體系相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)城市地質(zhì)資源環(huán)境承載力監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)建設(shè)。平臺(tái)建成后將形成集監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、集成、分析、評價(jià)、預(yù)警、預(yù)報(bào)、共享和發(fā)布于一體的監(jiān)測預(yù)警體系，對外將提供決策支持、分析評價(jià)、預(yù)警預(yù)報(bào)等功能，為地質(zhì)資源環(huán)境的可持續(xù)開發(fā)利用提供支撐，也為政府的規(guī)劃管理提供決策依據(jù)。

1 平臺(tái)建設(shè)的總體思路

城市地質(zhì)資源環(huán)境承載力監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)是以保證城市運(yùn)行地質(zhì)安全為核心，以區(qū)域地質(zhì)資源環(huán)境承載能力為監(jiān)測依據(jù)，通過建立地質(zhì)資源和地質(zhì)環(huán)境的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對各項(xiàng)地質(zhì)要素的監(jiān)測、分析、評價(jià)和預(yù)警。平臺(tái)建成后，可以分析人類活動(dòng)對地質(zhì)資源環(huán)境的影響，推演地質(zhì)資源環(huán)境演化趨勢，同時(shí)可以進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，為決策部門提供可靠數(shù)據(jù)，為公眾提供地學(xué)信息。

平臺(tái)在其總體架構(gòu)上主要由野外監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和云端信息平臺(tái)兩大部分組成。其中部署于野外的傳感網(wǎng)絡(luò)如同觸手，負(fù)責(zé)感知地質(zhì)資源和地質(zhì)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化，并通過4G/北斗等傳輸網(wǎng)絡(luò)將感知信息傳送至云端;信息平臺(tái)是通過基于多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)集成方法來實(shí)現(xiàn)資源的整合;最后這些珍貴的監(jiān)測數(shù)據(jù)將被納入預(yù)警預(yù)報(bào)和深度學(xué)習(xí)模型中進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境的預(yù)警和預(yù)報(bào)，從而實(shí)現(xiàn)對地質(zhì)資源環(huán)境承載力的決策支撐（圖1）。

平臺(tái)按照傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)建構(gòu)模式可以劃分出多組模塊和多個(gè)層次，每一層對其上面一層都起到了支撐作用，對其下面一層都起到了匯聚作用，因此每個(gè)層次都有其不可或缺的功能，其總體架構(gòu)圖如圖2所示。

（1）空間信息感知層

主要包括部署于野外的各類物聯(lián)網(wǎng)傳感器，如雨量計(jì)、溫度計(jì)、自動(dòng)水位計(jì)、裂縫伸縮儀等，常會(huì)出現(xiàn)同一種傳感器被用于多個(gè)監(jiān)測對象的情況，如自動(dòng)水位計(jì)被廣泛的應(yīng)用于地面沉降、地下水環(huán)境、礦山環(huán)境、地?zé)崮艿阮I(lǐng)域，這也為后期的資源整合及物聯(lián)網(wǎng)集約化建設(shè)帶來了可能。

（2）云平臺(tái)基礎(chǔ)層

主要是對分散、閑置的硬件服務(wù)器通過虛擬化設(shè)備來進(jìn)行資源整合，這不但可以使平臺(tái)的運(yùn)行不受物理主機(jī)的性能限制，同時(shí)還可以充分的利用閑置的硬件資源。

（3）數(shù)據(jù)資源層

主要包括關(guān)系型和非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，可以對城市地質(zhì)中一系列的結(jié)構(gòu)化、空間和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。在實(shí)現(xiàn)關(guān)系型和非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫協(xié)同工作的過程中，將使用基于多源異構(gòu)的城市地質(zhì)數(shù)據(jù)集成技術(shù)，該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對多種不同來源、不同格式、不同標(biāo)準(zhǔn)、不同專業(yè)的結(jié)構(gòu)化、空間和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的存儲(chǔ)和管理。

（4）平臺(tái)服務(wù)層

該層是平臺(tái)中最為關(guān)鍵的部分，是整個(gè)平臺(tái)從上至下的樞紐，其對于應(yīng)用層而言封裝了復(fù)雜的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過程，僅提供數(shù)據(jù)訪問的接口，簡化了應(yīng)用層對于數(shù)據(jù)訪問的復(fù)雜程度。服務(wù)層將對結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的封裝，并以服務(wù)的方式向應(yīng)用層和用戶層進(jìn)行展示;同時(shí)服務(wù)層中的模型服務(wù)，是將各類數(shù)值模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、巖石礦物標(biāo)本識(shí)別深度學(xué)習(xí)模型納入其中，是實(shí)現(xiàn)平臺(tái)人工智能應(yīng)用的關(guān)鍵組件。

（5）應(yīng)用層和用戶層

這兩個(gè)層位是平臺(tái)的最終使用端，在功能上將提供數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、資料查詢、預(yù)警預(yù)報(bào)、綜合分析、應(yīng)急處置和專業(yè)應(yīng)用等功能，從而可為政府機(jī)關(guān)、事業(yè)單位、專業(yè)技術(shù)人員等不同用戶提供有針對性的服務(wù)。

2 需要解決的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

平臺(tái)建設(shè)首先面臨的問題就是如何進(jìn)行監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。因?yàn)楦黝惐O(jiān)測網(wǎng)絡(luò)未來將是平臺(tái)的數(shù)據(jù)來源，如果監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)沒有部署完善，那么未來基于監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行的預(yù)警預(yù)報(bào)便無法實(shí)現(xiàn)。舉例來說，對于突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，如果用于監(jiān)測泥石流、滑坡、采空塌陷的傳感器沒有安裝到合適、恰當(dāng)?shù)奈恢茫?dāng)?shù)刭|(zhì)災(zāi)害來臨時(shí)便不會(huì)監(jiān)測到任何的地質(zhì)異常，而這將引發(fā)災(zāi)難性的后果。因此，平臺(tái)建設(shè)的第一步就是根據(jù)每個(gè)監(jiān)測預(yù)警網(wǎng)絡(luò)的不同特點(diǎn)和關(guān)聯(lián)關(guān)系，按照統(tǒng)一性、綜合性、可行性和合理性的原則，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行部署。

（1）統(tǒng)一性原則

以北京為例，其地面沉降、地裂縫、重大線性工程、地下空間監(jiān)測網(wǎng)中均建設(shè)了多組用于地表形變監(jiān)測的水準(zhǔn)監(jiān)測點(diǎn)、GNSS監(jiān)測點(diǎn)，還部署了用于監(jiān)測地層形變的基巖/分層標(biāo)、SAA監(jiān)測點(diǎn)，這些監(jiān)測點(diǎn)均對應(yīng)于不同的監(jiān)測對象。而統(tǒng)一部署的原則就是要打破原有的專業(yè)壁壘，通過整合多家基層單位不同專業(yè)的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對地表形變、地層形變、地應(yīng)力等監(jiān)測設(shè)施的統(tǒng)一部署、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一運(yùn)行維護(hù)，這樣不但會(huì)減少因各自建設(shè)而造成的重復(fù)投資，而且將會(huì)使得每一組監(jiān)測設(shè)施可以在不同的監(jiān)測網(wǎng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，大大的增加數(shù)據(jù)的使用效率。

同時(shí)，在進(jìn)行地質(zhì)資源環(huán)境承載力監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部署的過程中，需要以全新的“地質(zhì)要素”為標(biāo)準(zhǔn)，對每個(gè)獨(dú)立的監(jiān)測網(wǎng)所取得的成果進(jìn)行整合和優(yōu)化。以北京市平原區(qū)為例，應(yīng)該根據(jù)原有的地面沉降、突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害、土壤環(huán)境等監(jiān)測預(yù)警網(wǎng)絡(luò)的各自特征，按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)分別進(jìn)行優(yōu)化和建設(shè)。而對于監(jiān)測信息的集成匯總和分析應(yīng)用，可以將這些專業(yè)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測數(shù)據(jù)按照“地質(zhì)要素”進(jìn)行分類組合，從而將基于“專業(yè)領(lǐng)域”的監(jiān)測成果轉(zhuǎn)換為基于“地質(zhì)要素”的監(jiān)測成果，從而實(shí)現(xiàn)了站點(diǎn)一網(wǎng)多用、數(shù)據(jù)全網(wǎng)共享（殷志強(qiáng)等，2018）。

例如對于線性工程、隱伏構(gòu)造、地面沉降和地下空間4個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)而言，包含了基巖標(biāo)、分層標(biāo)、光纖連續(xù)監(jiān)測、深層土體水平位移、深層土體垂直位移、應(yīng)力應(yīng)變等監(jiān)測手段，且都是用于監(jiān)測“地層形變”地質(zhì)要素的（圖3）。因此，應(yīng)打破現(xiàn)有監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一以“地層形變”為數(shù)據(jù)集成目標(biāo)，將各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中基巖標(biāo)、分層標(biāo)、光纖連續(xù)監(jiān)測等監(jiān)測設(shè)施取得的成果進(jìn)行集成，從而打破了獨(dú)立建設(shè)、專網(wǎng)專用的現(xiàn)有格局。

（2）綜合性原則

綜合性原則就是在監(jiān)測站點(diǎn)部署的過程中，不但要考慮到區(qū)域地質(zhì)環(huán)境的影響，還要考慮到地表實(shí)施、地下管線的綜合影響;不但要考慮到平面上的監(jiān)測部署密度的問題，也要考慮到垂向上立體分層監(jiān)測的問題;不但要考慮到平面布設(shè)規(guī)劃重點(diǎn)的問題，還要考慮到不同的地質(zhì)單元具備不同地質(zhì)特征的問題;不但要考慮到監(jiān)測點(diǎn)位具有代表性，還要考慮到施工條件需要具有可行性;不但要考慮到充分利舊的原則，還要考慮到經(jīng)濟(jì)節(jié)約的原則。

如對于重大線性工程監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)部署而言，在監(jiān)測對象上既考慮重大線性工程本身的結(jié)構(gòu)體，又兼顧承載重大線性工程所在的地質(zhì)體;監(jiān)測內(nèi)容上不僅考慮地面沉降、地裂縫、活動(dòng)斷裂等災(zāi)害引起的地質(zhì)體與結(jié)構(gòu)體的形變問題，而且需要考慮災(zāi)害的主要誘發(fā)因素;在監(jiān)測層位上需要考慮淺中深全覆蓋，如對“地面層+工程層（淺層）+區(qū)域形變層（深層）”全面監(jiān)測，還需要考慮對重點(diǎn)災(zāi)害地質(zhì)體的監(jiān)測。

（3）合理性原則

在建立監(jiān)測網(wǎng)的過程中，應(yīng)充分了解、掌握區(qū)域地質(zhì)條件以及周邊區(qū)域的交通、安全、環(huán)境以及規(guī)劃情況，選擇條件適宜的區(qū)域建立監(jiān)測點(diǎn)位，增強(qiáng)監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)際可操作性。在規(guī)劃部署監(jiān)測點(diǎn)位時(shí)，需要滿足城市總體規(guī)劃方案，選址應(yīng)盡力避開低洼及易積水的地段，避開大型廠礦和大型抽水站以及繁忙的交通干線，避開大型工礦、交通干線、大型輸變電設(shè)備，并充分考慮當(dāng)?shù)氐囊?guī)劃要求。同時(shí)，在監(jiān)測點(diǎn)建設(shè)中，還需充分了解所在區(qū)域、所屬單位或個(gè)人的產(chǎn)權(quán)歸屬問題，避免造成監(jiān)測設(shè)施的歸屬不明。

（4）全面部署、重點(diǎn)突出的原則

應(yīng)實(shí)現(xiàn)各專題區(qū)域監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的全面部署，并在重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行加密觀測，這樣便可以形成區(qū)域范圍的基準(zhǔn)監(jiān)測網(wǎng)和重點(diǎn)區(qū)域的加密監(jiān)測網(wǎng)。如對于淺層地?zé)崮軐ｎ}，應(yīng)依據(jù)地?zé)崮荛_發(fā)利用現(xiàn)狀情況、地質(zhì)單元的劃分情況、地?zé)崽锛皵嗔褬?gòu)造的分布情況，同時(shí)結(jié)合重大工程、重點(diǎn)功能區(qū)和各區(qū)域規(guī)劃發(fā)展情況，建設(shè)服務(wù)于地?zé)豳Y源開采、回灌的基礎(chǔ)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域的全覆蓋;同時(shí)，還需要針對地?zé)岙惓^(qū)、開發(fā)利用集中區(qū)建立重點(diǎn)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，以兼顧對重點(diǎn)區(qū)域的監(jiān)測。

因此，各個(gè)監(jiān)測預(yù)警網(wǎng)絡(luò)都需要根據(jù)自身的專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測點(diǎn)位的合理、恰當(dāng)、有效，為后期的地質(zhì)環(huán)境綜合分析和預(yù)警預(yù)報(bào)奠定基礎(chǔ)。

2.2 基于多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)集成方法

平臺(tái)未來將要接入包括地面沉降、礦山環(huán)境、隱伏構(gòu)造等監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，所涉及的傳感器包括GPS、水準(zhǔn)點(diǎn)、水位監(jiān)測儀、雨量計(jì)、攝像頭等多達(dá)數(shù)十種，其數(shù)據(jù)類型具有Shp、Mxd、WT、WL、WP、CSV、CAD、txt、Excel、遙感影像等多種格式，其中大部分都不是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，不能簡單的將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于普通的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中。另外，平臺(tái)還將納入各類數(shù)值模型、力學(xué)模型、演化模型、三維模型、深度學(xué)習(xí)模型，這些模型一般具有廣泛的數(shù)據(jù)格式和難以轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)成果，很難直接被錄入到數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理。因此，如果想要對上述廣泛的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)格式進(jìn)行有效管理，便需要基于多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)集成方法。

基于多源異構(gòu)的城市地質(zhì)數(shù)據(jù)集成方法，主要是通過建立邏輯統(tǒng)一的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)庫管理體系，實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的分類、標(biāo)準(zhǔn)化處理、集成和管理（付博等，2020）。涉及到的技術(shù)方法包括多源異構(gòu)數(shù)據(jù)分類方法、數(shù)據(jù)處理規(guī)則、數(shù)據(jù)庫建設(shè)方法和信息資源管理系統(tǒng)建設(shè)方法，如圖4所示。

其中數(shù)據(jù)分類方法是根據(jù)數(shù)據(jù)的不同來源和用途，按照數(shù)據(jù)類型、所屬地質(zhì)要素和專業(yè)領(lǐng)域?qū)υ紨?shù)據(jù)進(jìn)行三重分類，從而將其切割成若干相對獨(dú)立且緊密相關(guān)的數(shù)據(jù)集合，為建立結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的庫表結(jié)構(gòu)和空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)模式奠定基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)處理規(guī)則就是將分類后、切割好的“數(shù)據(jù)集合”按照水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等規(guī)范的要求進(jìn)行規(guī)范化處理所需的技術(shù)規(guī)范。由于城市地質(zhì)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)規(guī)范眾多，因此應(yīng)根據(jù)平臺(tái)內(nèi)多源數(shù)據(jù)的具體來源和實(shí)際用途，建立統(tǒng)一的城市地質(zhì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)則，從而滿足標(biāo)準(zhǔn)化處理的需求。

多源異構(gòu)數(shù)據(jù)庫建設(shè)方法是使用Oracle、SQL Server、Trip等關(guān)系型/非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，對分類、標(biāo)準(zhǔn)化處理好的城市地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)的技術(shù)方法。對于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)而言，應(yīng)結(jié)合專業(yè)領(lǐng)域和監(jiān)測要素，完成庫表結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，建立基于“監(jiān)測對象”的、邏輯統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫，并編制基于空間的元數(shù)據(jù)信息;對于空間數(shù)據(jù)而言，應(yīng)明確不同格式、不同類型、不同來源數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)引擎和存儲(chǔ)方式，并針對每個(gè)圖層編制基于空間的元數(shù)據(jù)信息;針對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，應(yīng)根據(jù)其文檔的格式確定其存儲(chǔ)方式并編制文檔的著錄信息。

地質(zhì)信息資源管理系統(tǒng)就是對這些不同格式、不同來源、不同存儲(chǔ)方式的城市地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一、有效的管理，以確保數(shù)據(jù)的安全和準(zhǔn)確。對于純粹的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)而言，應(yīng)通過其基于“監(jiān)測對象”的庫表結(jié)構(gòu)、基于空間的元數(shù)據(jù)信息和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)索引實(shí)現(xiàn)自身數(shù)據(jù)的集成，同時(shí)借助于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)中的空間信息實(shí)現(xiàn)與空間數(shù)據(jù)的集成;對于空間數(shù)據(jù)而言，應(yīng)該通過其空間數(shù)據(jù)引擎、圖層索引和基于空間的元數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)自身數(shù)據(jù)的集成，同時(shí)借助于空間和索引信息實(shí)現(xiàn)與結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的集成;對于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)而言，將通過其文檔著錄信息實(shí)現(xiàn)與結(jié)構(gòu)化和空間數(shù)據(jù)的集成。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)傳輸規(guī)約技術(shù)

監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)的建設(shè)將涉及多個(gè)監(jiān)測預(yù)警物聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)測的地質(zhì)要素多達(dá)數(shù)十種，每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)所采用的傳感器設(shè)備千差萬別，由于涉及的廠家眾多，因此事先建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和通訊協(xié)議便顯得尤為重要，這樣不但可以實(shí)現(xiàn)絕大多數(shù)設(shè)備的統(tǒng)一管理，還可以防止因設(shè)備廠商的自身問題引發(fā)全部設(shè)備工作異常。

在物聯(lián)網(wǎng)通訊規(guī)約的建設(shè)過程中，首先應(yīng)根據(jù)傳感器的監(jiān)測方式、通訊方式、監(jiān)測對象、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將其劃分為統(tǒng)一規(guī)約類、非標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)約類和人工獲取類（圖5）。統(tǒng)一規(guī)約類是通過建立全平臺(tái)統(tǒng)一的通訊協(xié)議來實(shí)現(xiàn)對多種設(shè)備的運(yùn)維管理，這將包含絕大多數(shù)的地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測類設(shè)備。如對于重大線性工程監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，其包含的流速儀、次聲儀、孔隙水壓力計(jì)、拉力監(jiān)測儀都可以按照統(tǒng)一的通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)監(jiān)測點(diǎn)與服務(wù)器之間的通訊，而對于地面沉降監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，其分層標(biāo)、基巖標(biāo)、地下水位監(jiān)測儀也可以按照統(tǒng)一的方式將數(shù)據(jù)及時(shí)、準(zhǔn)確的傳送到監(jiān)測站。非標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)約類是比較特殊的一類監(jiān)測設(shè)備，這些設(shè)備由于監(jiān)測對象的特殊性，其通訊協(xié)議和解算程序無法與其他設(shè)備一致，只能單獨(dú)進(jìn)行接收和管理，如微震儀、GPS監(jiān)測、視頻流媒體等設(shè)備。人工獲取類就是通過人工的方式獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)，然后通過人工錄入的方式納入到系統(tǒng)中，如地下水環(huán)境和土壤地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。

因此，平臺(tái)需要參照相關(guān)領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)要求，建立滿足于多個(gè)監(jiān)測預(yù)警物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)耐ㄓ嵰?guī)約，涉及的內(nèi)容包含不限于鏈路傳輸規(guī)約、報(bào)文幀結(jié)構(gòu)框架、報(bào)文正文結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)目己说葪l款。其中鏈路傳輸規(guī)約中應(yīng)包含鏈路傳輸模式及應(yīng)用的規(guī)定、鏈路傳輸基本規(guī)則和遙測站基本規(guī)則;報(bào)文幀結(jié)構(gòu)框架應(yīng)包括幀基本單元、報(bào)文幀控制字符定義、報(bào)文幀結(jié)構(gòu)等規(guī)定;報(bào)文正文結(jié)構(gòu)應(yīng)包括報(bào)文正文基本格式、鏈路維持報(bào)、遙測站定時(shí)報(bào)、遙測站加報(bào)、遙測站復(fù)位、上報(bào)自檢數(shù)據(jù)、遙測站恢復(fù)出廠設(shè)置、初始化固態(tài)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等規(guī)定;數(shù)據(jù)傳輸?shù)目己耸菍?shù)據(jù)傳輸月平均暢通率和控制處理作業(yè)完成率的規(guī)定。

2.4 專業(yè)領(lǐng)域預(yù)警、預(yù)報(bào)模型

平臺(tái)未來建設(shè)過程中將集成一系列的數(shù)值模型、統(tǒng)計(jì)學(xué)模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、三維模型和地質(zhì)體演化模型，通過這些模型對調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)的運(yùn)算，可以實(shí)現(xiàn)對區(qū)域地質(zhì)資源和地質(zhì)環(huán)境承載力的定量分析，這樣有助于提高地質(zhì)資源環(huán)境的評價(jià)、預(yù)警、預(yù)報(bào)精度，從而為城市規(guī)劃建設(shè)提供決策依據(jù)。

以北京為例，在已建和將建的幾大監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)中，都面臨專業(yè)領(lǐng)域預(yù)警、預(yù)報(bào)模型的研究和建設(shè)問題。如地下水環(huán)境監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)需要建立區(qū)域地下水水質(zhì)的演化模型，地面沉降監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)需要建立區(qū)域地下水水位預(yù)測模型和地裂縫演化模型，每個(gè)預(yù)警、預(yù)報(bào)模型技術(shù)的突破，都會(huì)推動(dòng)相應(yīng)領(lǐng)域業(yè)務(wù)工作取得重大進(jìn)展。在上述領(lǐng)域中，預(yù)警預(yù)報(bào)模型工作開展時(shí)間最早、應(yīng)用最為廣泛的就是突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域，其在近30年中建立了一系列的泥石流判別模型（韋京蓮等，1994;文科軍等，1998;吳正華，2001），在泥石流地質(zhì)災(zāi)害的群測群防、災(zāi)害預(yù)警工作中起到了一定的作用。

在突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域的諸多預(yù)警預(yù)報(bào)模型中，基于泥石流監(jiān)測網(wǎng)的監(jiān)測預(yù)警閾值模型是應(yīng)用效果較好的一類。其基于已經(jīng)建立的山區(qū)突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建出用于中短期預(yù)報(bào)和短臨預(yù)警的監(jiān)測預(yù)警預(yù)報(bào)體系，可以按照不同的預(yù)警等級(jí)對泥石流隱患點(diǎn)進(jìn)行預(yù)警。模型的閾值體系中選取了24小時(shí)降雨量、源地土體土壤含水率、溝道泥位、次聲聲壓值4個(gè)參數(shù)作為預(yù)警的指標(biāo)，結(jié)合泥石流隱患點(diǎn)易發(fā)程度、威脅對象情況、物源信息和前期雨量等參數(shù)，構(gòu)建泥石流隱患點(diǎn)的預(yù)警閾值體系，參考實(shí)際監(jiān)測值與上述4個(gè)參數(shù)閾值對比結(jié)果，實(shí)現(xiàn)不同級(jí)別的預(yù)警預(yù)報(bào)。例如隱患點(diǎn)24小時(shí)降水量超過泥石流發(fā)生概率80%的預(yù)警閾值，或泥水位達(dá)到臨界值，聲壓達(dá)到0.3Pa且維持30s以上，便可以發(fā)布紅色預(yù)警，從而實(shí)現(xiàn)對隱患點(diǎn)的分級(jí)預(yù)警預(yù)報(bào)。

3 結(jié)論

本文通過對城市地質(zhì)資源環(huán)境承載力監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)建設(shè)思路的探討，明確了平臺(tái)架構(gòu)體系中空間信息感知層、云平臺(tái)基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)資源層等架構(gòu)層位的劃分依據(jù)和功能作用，并為多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成等關(guān)鍵技術(shù)問題提供了初步的解決方案。但未來在平臺(tái)的建設(shè)過程中，依然存在很多的技術(shù)問題有待研究，如地質(zhì)大數(shù)據(jù)技術(shù)和地質(zhì)云服務(wù)技術(shù)，這些問題能否解決將直接影響到平臺(tái)未來的“智能化”程度。另外，由于新一代信息技術(shù)飛速發(fā)展，平臺(tái)未來的架構(gòu)方式和功能應(yīng)用也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，通過將優(yōu)選出的新技術(shù)、新方法不斷的引入到平臺(tái)中，使之可以更好的進(jìn)行地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，更好的為決策部門提供可靠的地質(zhì)信息。

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