何超紅，黎張

威遠(yuǎn)縣地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用研究

何超紅，黎張

（威遠(yuǎn)縣地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，四川 威遠(yuǎn) 642450）

威遠(yuǎn)縣地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，受地震、降雨和人為破壞等因素影響地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，主要災(zāi)害類型包括崩塌和滑坡，嚴(yán)重影響人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。過(guò)去，地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)和預(yù)警主要是采用人工定期采集數(shù)據(jù)及宏觀巡視等傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段，存在效率低、投入大、無(wú)法及時(shí)預(yù)報(bào)險(xiǎn)情等問(wèn)題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，基于智能傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及專業(yè)監(jiān)測(cè)設(shè)備的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)在防災(zāi)減災(zāi)工作中發(fā)揮重要作用，有效的監(jiān)測(cè)預(yù)警減少了人員傷亡。本文以威遠(yuǎn)縣地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)用為例，從高精度的監(jiān)測(cè)設(shè)備、自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)共享平臺(tái)等方面闡明了地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、及時(shí)等優(yōu)勢(shì)，必將廣泛運(yùn)用到地質(zhì)災(zāi)害防治工作中。

威遠(yuǎn)縣；地質(zhì)災(zāi)害；自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)體系主要采用群測(cè)群防，依靠地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村社的特點(diǎn)，聘用監(jiān)測(cè)人員日常巡查，使用簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行隱患點(diǎn)監(jiān)測(cè)，構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害群測(cè)群防、監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，具有中國(guó)特色，取得了明顯成效。普適性自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀器的試點(diǎn)及推廣運(yùn)用，并與群測(cè)群防相結(jié)合，對(duì)改變、推進(jìn)地質(zhì)災(zāi)害群測(cè)群防、監(jiān)測(cè)預(yù)警體系進(jìn)步以及地質(zhì)災(zāi)害防治工作有重要意義。

1 地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

1.1 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)介

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)目標(biāo)是：自動(dòng)監(jiān)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害孕育、發(fā)生、發(fā)展全過(guò)程，將變形特征、運(yùn)動(dòng)特征、宏觀災(zāi)變現(xiàn)象以及主要影響因素轉(zhuǎn)換為可量測(cè)、可判讀的信息數(shù)據(jù)，按經(jīng)驗(yàn)公式轉(zhuǎn)化成短信或預(yù)警信號(hào)，為主動(dòng)防災(zāi)提供必要監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或相關(guān)信息（李永建等，2019）。結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害群測(cè)群防、監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，提升監(jiān)測(cè)預(yù)警地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控體系的技術(shù)支撐作用和能力。

1.2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.2.1 監(jiān)測(cè)硬件設(shè)備

常用的監(jiān)測(cè)設(shè)備有GNSS、雨量計(jì)、測(cè)縫計(jì)、地表裂縫伸縮儀、傾角儀等。

（1）GNSS：應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害高精度監(jiān)測(cè)，具有精度高、不受天氣干擾、可以連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具備良好的自動(dòng)化和易于集成等優(yōu)點(diǎn)，可降低監(jiān)測(cè)成本，提高資料可靠性。

（2）雨量計(jì)：用以測(cè)量降雨量，將降雨量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息量輸出，滿足信息傳輸、處理、記錄和顯示需要。

（3）測(cè)縫儀：測(cè)量結(jié)構(gòu)物伸縮縫或周邊縫的開(kāi)合度（變形）。加裝配套附件可組成基巖變位計(jì)、表面裂縫計(jì)、多點(diǎn)變位計(jì)等測(cè)量變形儀器。

（4）地表裂縫伸縮儀：安裝于滑坡、崩塌、地面塌陷和不穩(wěn)定坡體點(diǎn)上，拉繩跨越形變裂縫固定，位移量達(dá)到預(yù)設(shè)閾值報(bào)警。

（5）傾角儀：對(duì)建筑物墻面水平或垂直斜度進(jìn)行測(cè)量。

（6）數(shù)據(jù)記錄儀：從傳感器獲取測(cè)量結(jié)果存儲(chǔ)的電子儀器。地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄儀可同時(shí)接入雨量計(jì)，測(cè)縫計(jì)，裂縫伸縮儀，傾角儀，可存儲(chǔ)一年以上數(shù)據(jù)。

（7)數(shù)據(jù)傳輸及短息發(fā)送設(shè)備：兼具無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸和預(yù)警短信發(fā)送功能。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸采用GPRS或無(wú)線數(shù)據(jù)接入模式，打開(kāi)路由器端口設(shè)置相應(yīng)端口號(hào)；配合設(shè)備硬件地址設(shè)置，將數(shù)據(jù)發(fā)回系統(tǒng)使用單位電腦終端數(shù)據(jù)庫(kù)。預(yù)警短信發(fā)送功能可通過(guò)數(shù)據(jù)采集記錄儀中設(shè)定的手機(jī)號(hào)碼，向指定人員手機(jī)發(fā)送報(bào)警信息提示。

1.2.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置目標(biāo)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置目標(biāo)具備數(shù)據(jù)接收、匯總、處理功能，能自動(dòng)形成必要的監(jiān)測(cè)圖表，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析和按設(shè)定的閾值預(yù)警；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)預(yù)警信息數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，自動(dòng)上傳。通過(guò)短信與語(yǔ)音預(yù)警，通知到縣級(jí)相關(guān)人員和值班人員（圖1）。

圖1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)圖

圖2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)拓?fù)鋱D

（1）自動(dòng)化監(jiān)控功能：實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理分析及綜合按設(shè)定的閾值預(yù)警，具備在各種氣候條件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力的目標(biāo)。

（2）實(shí)時(shí)回傳功能：監(jiān)測(cè)傳感器全天候不間斷采集數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線或光纜實(shí)時(shí)回傳監(jiān)控中心。

（3）在線分析功能：具備基礎(chǔ)資料管理、各項(xiàng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容實(shí)時(shí)顯示、圖形報(bào)表制作、數(shù)據(jù)分析、綜合按設(shè)定的閾值預(yù)警等功能。數(shù)據(jù)分析應(yīng)包括各項(xiàng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容趨勢(shì)分析、綜合過(guò)程曲線分析等。

（4）預(yù)警功能：通過(guò)軟件對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線分析，監(jiān)控參數(shù)超限（設(shè)定閾值或限值），系統(tǒng)進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警、短信報(bào)警，按預(yù)案提醒采取措施。

（5）綜合展示功能：根據(jù)權(quán)限，各級(jí)主管部門可以實(shí)時(shí)登錄網(wǎng)絡(luò)，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)遠(yuǎn)程督導(dǎo)和檢查。在省、市、縣控制中心的電子地圖上查看管轄權(quán)限內(nèi)的隱患監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)信息，監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)信息可在各級(jí)控制中心屏幕以示意圖、圖表，曲線、數(shù)據(jù)等形式展示（盛有錫，2015）。

1.2.3 系統(tǒng)平臺(tái)

系統(tǒng)平臺(tái)包括縣級(jí)、市級(jí)和省級(jí)（圖2）三級(jí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)及互通；監(jiān)測(cè)站點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可共享。各雨量站監(jiān)測(cè)、位移監(jiān)測(cè)等信息實(shí)時(shí)傳輸至縣、市、省信息系統(tǒng)平臺(tái)；視頻數(shù)據(jù)通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)共享，也可通過(guò)Web直接調(diào)用數(shù)據(jù)。

縣級(jí)：地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警終端，接收及匯總轄區(qū)內(nèi)專業(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)將專業(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞屑?jí)前置數(shù)據(jù)庫(kù)。

市級(jí)：用于接收縣級(jí)傳輸?shù)氖杏驅(qū)I(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將專業(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞〖?jí)前置數(shù)據(jù)庫(kù)。

省級(jí)：接收市級(jí)傳輸專業(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

2 威遠(yuǎn)縣地質(zhì)災(zāi)害情況

2.1 基本情況

威遠(yuǎn)縣轄14個(gè)鎮(zhèn)，總面積1 289.22km2，屬川東南低山丘陵地區(qū)。受威遠(yuǎn)穹窿構(gòu)造影響，陡崖、溝谷廣布，巖石風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重，斜坡不穩(wěn)定，受地震、降雨及人類工程活動(dòng)影響，崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害為主要類型，對(duì)城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村、交通和工礦企業(yè)造成威脅，危及人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全（何超紅等，2015）。近年來(lái)，通過(guò)避險(xiǎn)搬遷、工程治理后銷號(hào)600多處隱患點(diǎn)。尚余162處地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)，監(jiān)測(cè)預(yù)警成為主要防災(zāi)手段。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育情況

現(xiàn)有162處地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，類型以崩塌和滑坡為主，威脅1 143戶1 861人生命財(cái)產(chǎn)安全。其中，威脅50人以上的隱患點(diǎn)15處，威脅30～50人16處，威脅10～20人115處，威脅小于10人16處（圖3）。

3 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)用

3.1 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)站點(diǎn)布設(shè)原則

按照四川省自然資源廳關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)體系項(xiàng)目建設(shè)要求，根據(jù)威遠(yuǎn)縣地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀及項(xiàng)目資金情況，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布設(shè)原則：

（1）突出重點(diǎn)。自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)先選擇受威脅人數(shù)較多，險(xiǎn)情重、危害程度大且穩(wěn)定性差滑坡、崩塌地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)。

圖3 地質(zhì)災(zāi)害威脅人數(shù)分類統(tǒng)計(jì)直方圖

（2）科學(xué)經(jīng)濟(jì)。選用監(jiān)測(cè)效果好、經(jīng)濟(jì)合理、經(jīng)久耐用、操作簡(jiǎn)便、易于維護(hù)、具備省、市、縣三級(jí)信息互聯(lián)互通和實(shí)時(shí)發(fā)送監(jiān)測(cè)功能自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備。

（3）統(tǒng)籌兼顧。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)宜要統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)籌部署。對(duì)自動(dòng)雨量站，與相鄰隱患點(diǎn)共建共享，避免重復(fù)建設(shè)。

3.1.1 滑坡布設(shè)原則（李永建等，2019）

（1）以滑坡變形為導(dǎo)向，兼顧整體性及保護(hù)對(duì)象；控制網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)不少于3個(gè)。

（2）沿保護(hù)對(duì)象、強(qiáng)變形區(qū)以及主滑方向等重要部位布設(shè)剖面。范圍較大、機(jī)理復(fù)雜宜布設(shè)監(jiān)測(cè)站。

（3）應(yīng)滿足滑坡后續(xù)監(jiān)測(cè)需要。

3.1.2 崩塌布設(shè)原則（李永建等，2019）

（1）監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)應(yīng)注重實(shí)效性。

（2）監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)根據(jù)崩塌類型、失穩(wěn)機(jī)理，布設(shè)在失穩(wěn)變形重點(diǎn)部位。

（3）監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)對(duì)（古）崩塌堆積體進(jìn)行地表變形監(jiān)測(cè)。

（4）每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)有監(jiān)測(cè)和預(yù)警功能。

（5）監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)危巖體穩(wěn)定性差的塊體重點(diǎn)控制。

3.2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

先考慮威脅人數(shù)50人以上隱患點(diǎn)，其次是威脅人數(shù)30～50人的隱患點(diǎn)。威遠(yuǎn)縣現(xiàn)有威脅30人以上隱患點(diǎn)31處。安置自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備隱患點(diǎn)23處，自動(dòng)雨量站30臺(tái)，裂縫伸縮儀18套。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要是裂縫監(jiān)測(cè)和降雨量監(jiān)測(cè)（表1）。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及監(jiān)測(cè)點(diǎn)儀器布設(shè)表

3.3 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)工作流程

分前期準(zhǔn)備階段、監(jiān)測(cè)方案編制階段、站點(diǎn)建設(shè)階段和監(jiān)測(cè)運(yùn)行維護(hù)四個(gè)階段（圖4）。以隱患點(diǎn)規(guī)模、危險(xiǎn)程度和風(fēng)險(xiǎn)大小劃定監(jiān)測(cè)范圍、確定監(jiān)測(cè)對(duì)象及主要監(jiān)測(cè)要素；選取監(jiān)測(cè)方法、確定監(jiān)測(cè)儀器和布設(shè)方案，監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝、平臺(tái)建設(shè)完成后進(jìn)行測(cè)試運(yùn)行，驗(yàn)收合格正式運(yùn)行使用。當(dāng)裂縫、位移及雨量超過(guò)預(yù)警閾值，發(fā)出監(jiān)測(cè)預(yù)警，通過(guò)喇叭、預(yù)警短信及監(jiān)測(cè)平臺(tái)告知監(jiān)測(cè)人員、受威脅群眾及省、市、縣相關(guān)人員，監(jiān)測(cè)人員立即巡查；發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情或出現(xiàn)臨災(zāi)前兆；啟動(dòng)防災(zāi)預(yù)案，組織受威脅群眾疏散轉(zhuǎn)移，并報(bào)所在鎮(zhèn)政府及主管部門。

3.4 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行

威遠(yuǎn)縣地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正式運(yùn)行以來(lái)，23處地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)站點(diǎn)設(shè)備運(yùn)行正常，因裂縫或雨量超出閾值通過(guò)語(yǔ)音及短信發(fā)出預(yù)警32次，收到預(yù)警后監(jiān)測(cè)人員立即現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)情況，并組織可能發(fā)生災(zāi)（險(xiǎn)）情的隱患點(diǎn)受威脅群眾疏散撤離至安全地帶，避免了災(zāi)害造成的人員損失。通過(guò)及時(shí)、準(zhǔn)確的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，威遠(yuǎn)縣地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、預(yù)警預(yù)報(bào)能力顯著提升。

4 結(jié)語(yǔ)

威遠(yuǎn)縣完成了23處地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)站點(diǎn)建設(shè)，基本實(shí)現(xiàn)了省、市、縣三級(jí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)互聯(lián)互通和監(jiān)測(cè)、預(yù)警、響應(yīng)一體化。為掌握地質(zhì)災(zāi)害體變形趨勢(shì)和預(yù)警提供了數(shù)據(jù)依據(jù)（洪儒寶，2014）。高精度、智能化、自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)技術(shù)是發(fā)展的必然趨勢(shì)，但更廣泛、更有效應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害防治工作，還有很多工作在實(shí)踐中去完善（王曉剛等，2019）。

圖4 工作流程圖

李永建，胥良，陳友斌，賀占勇，蔣鴻，王陽(yáng)谷，梁東波．2019．四川省地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)監(jiān)測(cè)技術(shù)要求(試行)[S]．

盛有錫．2015．地質(zhì)災(zāi)害在線綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J]．電子世界．000（023）：121-122．

何超紅，譚孝成，黃成智．2015．威遠(yuǎn)縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律及成因分析[J]．防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào)．17（1）：7-11．

洪儒寶．2014．福建省地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)建設(shè)與應(yīng)用研究[J]．中國(guó)科技成果．20：38-40．

王曉剛，高飛云，楊磊，張舒，劉滔．2019．無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在自然災(zāi)害應(yīng)急中的應(yīng)用及前景[J]．四川地質(zhì)學(xué)報(bào)．39（1）：158-162

The Application of Automatic Monitoring System of Geohazards in Weiyuan County

HE Chao-hong LI Zhang

（Weiyuan Monitoring Station of Geological Environment, Weiyuan, Sichuan 642450）

Geohazards such as collapses and landslideshappen all the time in Weiyuan County.In the past, the monitoring and early warning of geohazards mainly depended on the regular collection of data manually and making an inspection which had the disadvantages of high investment, low efficiency and untimely forecasting. With the development of science and technology, an automatic monitoring system of geohazardsbased on intelligent sensor technology, internet of things technology and automation of professional monitoring equipment has played an important role in hazard prevention and reduction in Weiyuan County, Sichuan. This automatic monitoring system of geohazards has real-time, accurate, timely and other advantages.

geohazard; automatic monitoring system; Weiyuan, Sichuan

P694

A

1006-0995（2021）03-0500-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.03.030

2020-09-05

何超紅（1985— ），女，四川威遠(yuǎn)人，碩士，工程師，研究方向?yàn)樗きh(huán)地質(zhì)