地质灾害监测系统平台——海南台风《纳沙》逼近！北斗如何监测地质灾害

本文目录

• 海南台风《纳沙》逼近！北斗如何监测地质灾害
• 我国地质灾害预警系统由哪几个部分联合开发
• 地质灾害监测系统平台
• 地质灾害调查野外数据采集系统
• 长安大学科研团队利用北斗技术预警黄土滑坡，其准确度究竟有多高
• 近十年国外主要的地质灾害监测系统有那些
• 开放式地质灾害监测系统的研究

海南台风《纳沙》逼近！北斗如何监测地质灾害

首先是在地质灾害隐患点安装搭载北斗等全星座卫星的GNSS接收机。与附近稳定处布设的参考站进行实时差分分解计算，识别滑坡面毫米级变形位移。借助内部测斜仪、土壤含水率、降雨量、裂缝等传感器，对滑坡内部变形、含水率、降雨量、地表裂缝进行监测预警。能系统全面地分析隐患点土壤含水、裂缝等具体信息，以及对隐患点可能造成的影响。

其次是北斗位移监测系统测量精度可达毫米级。已成功应用于地质灾害监测，具有很强的推广性。北斗位移监测系统不仅可用于地质灾害监测，还可用于边坡、高铁、桥梁、建筑、矿山、大坝等工程领域。特别适用于测量孔内多点倾斜的测量，以及结构内部深层变形的监测。利用我公司的自动监测系统，可以实现变形的长期自动监测和智能计算。

再者是北斗地质监测站将隐患点数据传输到“后方”高精度地质灾害监测预警云平台和数据采集站。进行智能化地质灾害预警评估，为制定应急预案提供思路，为地质灾害指挥提供科学支撑。预警结论通过各种渠道传递到昆明。北斗短报文这种几乎不可能被屏蔽的传输方式，保证了在三分钟内，相关单位和人员都会收到昆明数据中心转发的短信、邮件和声光报警信息。

要知道是我国地质灾害频发，每年都造成巨大损失。北斗应用于地质监测系统，对地质灾害的发生进行预警，可以在一定程度上减少地质灾害的影响。北斗系统主要用于滑坡、泥石流监测。通过监测降水、地表和深层位移、地下水位、土壤含水量等数据。以北斗为核心的监测设备将数据传输到地质灾害监测预警平台。

我国地质灾害预警系统由哪几个部分联合开发

我国地址灾害预警系统组成，地质灾害监测预警系统由四个部分组成：数据采集端、数据传输端、数据分析端，监控中心。数据采集端：由安装在现场的GNSS接收机及其他各类监测传感器等组成，其主要负责现场原始监测数据的采集功能，主要由监测设备完成。数据传输端：数据传输子系统即通过设备自带的网络模块实时传输到服务中心的数据处理分析及管理子系统。数据分析端：由服务器系统及监测软件、数据库等组成，其是整个系统的心脏，它的结构与性能也会直接影响整个系统的运行与可靠性。

地质灾害监测系统平台

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我国山地丘陵约占国土面积的65%，且地质地貌复杂，气候类型多样，构成活动频繁，自然灾害隐患多，分布广，是世界上地质灾害最严重，受威胁人口最多的国家之一。自然变迁和人为破坏是地质灾害的主要原因，主要灾害形态包括滑坡、泥石流、崩塌、地面塌陷、地面沉降和地裂缝等，严重影响地区经济建设和人民生命财产安全。

部分地质灾害监测系统平台经过多年在地质灾害监测方面的深耕与积累，充分利用自身技术优势，建立一套科学完善的地质灾害监测预警系统，实现地质灾害监测信息的科学化、信息化、标准化及可视化，为防灾减灾决策提供科学依据 以及提高地质灾害预警预报能力和应急救灾快速反应能力。

地质灾害调查野外数据采集系统

一、内容概述

地质灾害调查野外数据采集系统由中国地质环境监测院、中国地质调查局发展研究中心等单位合作完成，主要包括地质灾害调查野外数据模型、野外数据采集软件、野外数据采集桌面系统，构成了野外调查数据准备、桌面调查数据采集、汇总的一体化全流程工作系统。

软件系统以《全国县市地质灾害空间数据库建库指南》和《1∶5万地质灾害详细调查工作指南》的野外采集表所规定的内容为基础，定制了基于桌面机和掌上机的“地质灾害调查野外数据表”录入模板，包括滑坡表、崩塌表、泥石流表、不稳定斜坡表、地质点、构造点、水文点、地貌点等调查内容。

系统的主要特点是开放式的系统构架，采用.NET Framework；系统流程控制和数据存储采用XML进行描述，基本实现了开放式构架的模板定制。系统采用了基于标准Windows的操作风格，简单实用。系统基于定制界面生成的录入程序框架和固定界面的录入程序框架，方便进行野外调查数据表的定制，简单、灵活、易用，扩展性能强；提供了灵活的数据字典定制，提高了操作效率和速度；提供了高效的树状管理方式，实现了对于灾害调查数据的树状管理，可将调查项目对应的调查点的图形、图像、音频、视频、数据属性文件等进行归类管理。

二、应用范围及应用实例

系统主要功能包括桌面调查系统数据组织、地质灾害调查野外数据管理、桌面机数据浏览录入界面模板解释器和输入模块、基于手图定制和掌上机的数据发布、基于掌上机的图形浏览和输入接口功能、基于掌上机的动态录入界面模板解释器和输入功能。

三、推广转化方式

地质灾害野外数据采集系统已开展了多次应用推广培训，培训调查人员近百人。在中国地质科学院、中国地质调查局西安地质调查中心、成都地质调查中心、云南省地质环境监测院、贵州省地质环境监测院、黑龙江省地质环境监测院、新疆维吾尔自治区地质环境监测院、西藏地质环境监测总站、甘肃地质环境监测总站等进行了应用，得到了应用测试单位的肯定。

技术依托单位：中国地质环境监测院

联系人：曾青石

通讯地址：北京市海淀区大慧寺路20号

邮政编码：100081

联系电话：010-62175557

电子邮件：zqs@mail.cigem.gov.cn

长安大学科研团队利用北斗技术预警黄土滑坡，其准确度究竟有多高

“甘肃黑方台党川5号滑坡区域附近，北斗监测点HF09三维方向累计位移达到1457.05mm，变形速率72.93mm/d。······”2021年01月27日20时53分，长安大学的“高精度北斗地质灾害监测预警平台”再次紧急发出了滑坡即将失稳的红色告警，7分钟后滑坡发生失稳破坏！

这是长安大学研究团队高精度北斗地质灾害监测预警平台给甘肃黑方台党川5号滑坡区域发出的预警信息。当地干部收到了预警信息之后，紧急组织当地居民避险，6小时后一起体积近10万方的黄土滑坡轰然发生。

长安大学科研团队利用北斗技术预警黄土滑坡，其准确度非常之高。目前的灾患预警更是达到了“毫米级”的精度。

长安大学张勤教授团队紧跟国家北斗应用需求，立足于灾害监测预警领域，研发的基于云平台的低成本高精度北斗/GNSS监测系统已成功预警了三起黄土滑坡。接下来我们一起了解一下这套预警平台。

高精度北斗地质灾害监测预警平台经过多年的研究，已经成为了一个非常成熟的预警平台。这套系统从硬件端低成本北斗接收机的设计，到服务端高精度北斗定位解算及预警平台的搭建均由长安大学团队研发。

长安大学的这个团队已经成功的预警了3期黄土滑坡事件，每一次预警都准确率都是非常高的。早在2018年我们国家就开始了这项预警工程，在2019年的时候也曾预警过甘肃的黄土滑坡。

北斗卫星系统是我国自行研制的全球卫星导航系统，主要由空间端、地面端、用户端构成。通过在易发生灾害地区建立的基站，判断地面的位移，从而预警。

近十年国外主要的地质灾害监测系统有那些

四信地质灾害监测预警系统，通过野外监测站对降雨量、表面位移、泥水位、地声、次声、孔隙水压力、视频、深部位移、土压力等要素进行实时监测，使用GPRS/LoRa/3G/4G等通信方式将数据传输到管理及监测预警云平台，为防灾减灾提供实时信息服务。。四信地质灾害监测预警系统，广泛应用于滑坡监测预警、泥石流监测预警、地面沉降监测预警、崩塌监测预警等，有效保障地质灾害多发地区人民群众的生命与财产安全。系统由现场采集层、无线传输通信层、预警发布中心3部份组成。实时监测地质灾害多发区的各维度数据，为科技决策提供依据系统可快速采集、传输、计算、分析、存储各监测点的监测数据，包括雨量、泥水位、地声、次声、孔隙水压力、土体沉降、地表裂缝、深部位移、地下水、土压力、表面位移、土壤含水量、图像视频、电源电压和环境温度等，并对数据进行纠错处理，减少数据误码率、提高数据完整率。

开放式地质灾害监测系统的研究

史彦新

（中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所，河北保定，071051）

【摘要】本文介绍了一种开放式地质灾害监测系统的构建方案。首先简要叙述了开放式监测系统的概念，随后从监测系统的形成、硬件组成和软件设计3个方面进行了阐述，突出了监测系统开放、灵活的特点。

【关键词】开放式系统 地质灾害监测 地质灾害预警

1 前言

地质灾害监测预警是一项复杂的系统工程，具有多学科交叉、应用性强、不断发展变化等诸多特点，随着高新技术和计算机网络技术的迅速发展，地质灾害监测预警技术也有了很大发展，系统化、网络化的开放式地质灾害监测系统成为地质灾害监测发展的必然趋势。

所谓开放式监测系统，即采用开放的结构模式，采用统一标准或协议的一种软件或硬件的平台。在硬件方面，只要符合统一标准的模块，都可以接入该系统；在软件方面，运用模块化编程技术，结合模糊数学、专家系统、人工神经网络、小波分析等先进理论，根据不同的监测模型，采取不同的算法，并制定统一的通讯协议，实现对各监测模块的管理、监测数据的采集、监测信息的远程传输、系统通讯等功能。

2 监测系统的形成

目前常用的地质灾害（滑坡）预报方法，多为对位移监测数据序列进行数学方法处理，作趋势性外推，这种处理方法受监测点选择的随机性和多种相关因素的综合影响，准确性较低，在实际应用中往往不能达到预期效果。为了提高地质灾害预测预报的准确性，必须对灾害体进行多手段、全方位的监测，对监测信息进行综合分析处理。

随着科学技术的发展及对地质灾害机理的深入研究，国内外地质灾害监测技术方法已逐渐向系统化、智能化方向发展，监测内容、方法、设备日趋多样化，不只局限于对位移的监测，且已涉及地质灾害诱发因素的监测及地温、地声、射气浓度等地质灾害间接因素类的监测。只有对灾害体进行全方位的监测，并对监测信息进行综合分析，才能极大地提高监测的有效性与准确性，为地质灾害的预警预报提供坚实的数据基础。

因此，为了全面了解灾害体的位移变化情况及其他特征值，如孔隙水压力等，在巫山监测预警示范站构建了一套开放式地质灾害监测系统，该系统对几种监测仪器进行集成，从地表位移、地下位移、孔隙水压力3个方面对灾害体进行监测，完成各监测模块的管理、监测数据的采集、传输，为综合分析处理及实时发布监测结果奠定了基础。

3 监测系统的硬件组成

该监测系统在巫山监测现场安装有4种传感仪器，4个监测模块分别是：

（1）固定式钻孔倾斜仪，监测钻孔内地下形变位移；

（2)TDR滑坡位移监测仪，该仪器由自行研制，监测钻孔内形变位置与位移；

（3）孔隙水压力监测仪，该仪器由自行研制，监测钻孔内土体的孔隙水压力；

（4）高精度GPS，监测地表相对位移。

用于数据存储、仪器管理及信息传输的是我们自行研制的TDR滑坡位移监测仪。该仪器既完成本模块的监测任务，又兼当整个监测系统的数据采集装置。其采用开放式工业控制的设计思想，以Windows作为操作系统，采用RS-232进行数据通讯，对各监测模块进行管理，完成数据的采集、存储，最后利用GPRS无线传输技术，将监测信息远距离传送到数据处理中心，存入上位计算机中，在数据处理中心完成监测数据的综合分析处理，并实时发布监测结果。

该监测系统的硬件结构如图1所示。

图1 开放式地质灾害监测系统硬件结构示意图

4 监测系统软件设计

4.1 各监测传感模块自控软件设计

各模块自控软件将控制模块的定时工作和通讯协议的建立。各模块自控软件相对独立，分头设计，根据监测对象的不同，采用不同的算法，完成监测、采集任务，同时负责本模块通讯协议的建立。

4.2 制定标准的通讯协议和特定的数据格式

通讯协议是现场监测传感仪与数据采集装置及数据采集装置与数据处理中心沟通的桥梁，当数据处理中心需要查看各模块的监测数据及设定监测参数时，均需通过数据采集装置，按照通讯协议上传下达。

针对地质灾害监测的实际情况，采用了主从机通讯方式，将数据处理中心计算机作为主机，监测系统的数据采集装置作为从机，实现一发一收联机通讯。在设定协议中，制定了4个字节的控制状态字，其中第一个字节是前端站点呼叫控制字，保证每个站点上数据的独立性；第二个字节是设备号控制字，能准确地调用各个监测模块的监测数据；第三个字节是读写控制字；第四个字节是握手应答控制字，呼叫并握手成功后，主从机之间即能相互传送或接收数据。传送数据过程中，设定一个表头文件。在表头文件中，首先用1个字节表示仪器设备号，再用5个字节表示数据时间，然后用3个字节代表点号、孔号和孔深，最后用8个字节存放监测数据。另外在修改各监测传感模块的参数时，可以通过主机发送一个配置文件（*.dat）到从机，从机（数据采集装置）接到这个配置文件，就会自动地去修改仪器参数，使各监测传感模块按设定方式采集监测数据。

通讯协议简述如下：

当监测系统启动通讯程序后，接收数据处理中心的命令并按以下格式进行数据字头文件的上传。

地质灾害调查与监测技术方法论文集

当数据处理中心下传监测参数时，以配置文件的方式进行通讯，系统接收命令后，按数据字头文件格式下传给各监测传感模块。其中的第2、3项改为下次监测的启动时间，第7项改为时间间隔，各监测传感模块接到指令后，其自控软件会控制监测仪按设定方式进行工作。

5 结束语

以上所述的开放式地质灾害监测系统已在巫山地质灾害监测预警示范站项目中得以实现，运行效果良好，并且随着示范站的建设，基于其开放式的结构模式，会有更多的监测模块接入到该监测系统中，使其技术更加成熟，功能更加完善。

参考文献

张青，史彦新.三峡库区地质灾害监测仪器的前景展望.环境与工程地球物理国际学术会议，2004,6

中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所.地质灾害预警关键技术方法研究与示范项目设计书，2002,11