趙青峰

（壽光市測(cè)繪有限公司，山東 壽光 262700）

我國國土面積廣大，自然條件復(fù)雜多變。不同地區(qū)人類活動(dòng)性質(zhì)和強(qiáng)度各不相同，造成地質(zhì)災(zāi)害的類型、強(qiáng)度也大不相同，主要的地質(zhì)災(zāi)害包括滑坡、泥石流、崩塌、沉降等等，這些地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)頻繁，日漸嚴(yán)重，嚴(yán)重影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。傳統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)多采用人工方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這種方法不能將所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的傳輸和處理，并且監(jiān)測(cè)成本高、預(yù)警不及時(shí)[1]。隨著國家的發(fā)展，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)提出了更高的要求，基于此，提出基于測(cè)繪技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用。測(cè)繪技術(shù)是指在工程實(shí)施過程中，對(duì)所建筑區(qū)域的地質(zhì)、建筑物以及各種設(shè)備、材料進(jìn)行勘測(cè)設(shè)計(jì)和組織管理的技術(shù)。從地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、智能性和易用性等要求入手，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過對(duì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速獲取災(zāi)害信息，并將獲取的信息及時(shí)進(jìn)行傳輸，及時(shí)掌握災(zāi)害發(fā)展動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，為地質(zhì)災(zāi)害提供預(yù)警和決策支持，以下為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體過程。

1 基于測(cè)繪技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

此次設(shè)計(jì)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件包括A/D轉(zhuǎn)換接口、ZZIN無線通信芯片、傳感器節(jié)點(diǎn)、電源、大容量磁盤、收發(fā)器等。其中ZZIN無線通信芯片[2]主要完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的無線收發(fā)，其特點(diǎn)是近距離、復(fù)雜程度低、低功耗、低成本，并且支持自組網(wǎng)模式，在不同節(jié)點(diǎn)之間可以選擇自身的優(yōu)化算法，自動(dòng)尋找相近的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而且不會(huì)影響傳輸效率。在傳輸過程中，無線數(shù)據(jù)傳輸所消耗的能量非常大，所以選用ZZIN無線通信芯片實(shí)現(xiàn)低功耗要求。傳感器節(jié)點(diǎn)的作用是負(fù)責(zé)采集地質(zhì)災(zāi)害的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)監(jiān)控中心，主要包括雨量傳感器、位移傳感器、含水率傳感器等，其低功耗、低成本，通過系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸和接收，在此基礎(chǔ)上，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。

2 基于測(cè)繪技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（1）地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集。在硬件系統(tǒng)各個(gè)功能模塊初始化后，建立無線通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)硬件系統(tǒng)傳來的入網(wǎng)請(qǐng)求，如果有請(qǐng)求消息，則判斷其位置并將其加入到網(wǎng)線通訊網(wǎng)絡(luò)中。在各個(gè)被監(jiān)測(cè)區(qū)域設(shè)置若干個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的溫度、濕度等地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，將采集的數(shù)據(jù)由傳感器進(jìn)行發(fā)送。通過SST軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，保證與監(jiān)控中心保持實(shí)時(shí)連接狀態(tài)，隨時(shí)等待監(jiān)控中心的接收或發(fā)送命令，在收到命令后，喚醒路由器節(jié)點(diǎn)，將發(fā)送過來的采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心，冰潔這些數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，方便查詢歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)查看，為地質(zhì)災(zāi)害處理提供完整的數(shù)據(jù)信息。

（2）地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警。在監(jiān)測(cè)軟件中設(shè)置預(yù)警值，在監(jiān)測(cè)時(shí)如果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)某一點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)超過預(yù)警值時(shí)則發(fā)出報(bào)警消息，在正常進(jìn)行判斷是否超出預(yù)警值時(shí)，觀測(cè)數(shù)據(jù)中會(huì)出現(xiàn)粗差而影響計(jì)算結(jié)果，則首先對(duì)粗差進(jìn)行計(jì)算，其算法原理為，采用抗差自適應(yīng)濾波器對(duì)觀測(cè)相差進(jìn)行處理，此處異常的觀測(cè)噪聲，以獲得最優(yōu)狀態(tài)，其計(jì)算公式為：

式中，Bc代表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的觀測(cè)值，Nm代表異常的觀測(cè)噪聲，?i代表自適應(yīng)濾波器初始值，此次計(jì)算不做定向分析。

在對(duì)粗差進(jìn)行計(jì)算后，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，假設(shè)設(shè)置的預(yù)警值為Xi，則監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的計(jì)算公式為：

式中，Pn為接收數(shù)據(jù)值，bx為網(wǎng)絡(luò)傳輸參數(shù)，Rimo為判斷異常數(shù)據(jù)參數(shù)，此次計(jì)算只做參數(shù)引進(jìn)，不做定向分析。

在上述計(jì)算后，如有超出預(yù)警值的數(shù)據(jù)則進(jìn)行報(bào)警提醒，通過ESR短信通知該點(diǎn)的監(jiān)測(cè)負(fù)責(zé)人員，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警。并將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)與監(jiān)測(cè)平臺(tái)的通信，將所接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)并進(jìn)行圖像化顯示，監(jiān)測(cè)平臺(tái)的工作人員可以通過網(wǎng)頁界面查看本人管轄的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害。

3 基于測(cè)繪技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用分析

（1）地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用。為保證本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有實(shí)際應(yīng)用意義，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，采取某地工程實(shí)施路段，將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的硬件軟件進(jìn)行安裝，在測(cè)試過程中，將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行無線傳輸并保存到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，采用人為改變被測(cè)值的方式，使檢測(cè)值超過預(yù)警值，發(fā)現(xiàn)在調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)立即做出了報(bào)警提醒并及時(shí)發(fā)送報(bào)警的短信，在人為恢復(fù)被測(cè)值到正常狀態(tài)后，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)則立刻恢復(fù)到正常數(shù)據(jù)。在電腦訪問的數(shù)據(jù)中通過曲線圖像化顯示，可以直觀的看到各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的狀態(tài)記錄。

（2）實(shí)驗(yàn)論證。為保證本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性，將傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法與本文監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比，主要對(duì)比兩者對(duì)于異常情況的提醒速度，結(jié)果如下所示。

圖1 測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖

通過對(duì)圖1的分析可知，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法對(duì)于異常情況提醒時(shí)間較長(zhǎng)，且監(jiān)測(cè)時(shí)情況不穩(wěn)定，而本文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)時(shí)，對(duì)于異常情況在短時(shí)間內(nèi)就能對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)警提醒，通過上述實(shí)驗(yàn)，基本能夠證明本文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有效性，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、智能性和易用性等的要求。

4 結(jié)語

綜上所述，地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要位置，以往的監(jiān)測(cè)方法跟不上時(shí)代所需，通過基于測(cè)繪技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警提醒，很大程度上減少了人力、物力、財(cái)力的損失，并通過應(yīng)用分析，證明了本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性，希望通過本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)方面提供幫助。