李鵬 LI Peng

（湖南聯(lián)智監(jiān)測科技有限公司，長沙 410000）

0 引言

中國屬于一個多山的國家，很多地質災害伴隨項目建設以及資源開發(fā)，正變得更加突出，根據(jù)有關統(tǒng)計，每一年導致的損失大概有三百億元，而且呈現(xiàn)增長的趨勢。尤其是地質條件相對復雜的區(qū)域，通過多次地震之后，地質災害變得更為嚴重。在2010 年的時候，基于強降雨的作用，汶川震區(qū)的很多地方，出現(xiàn)了嚴重的泥石流災害，導致了很大的傷亡以及經濟損失。又如在2013 年的時候，云南省某縣出現(xiàn)了滑坡災害，導致了幾十人遇難。顯而易見，地質災害變得更加顯著，很大程度上，都影響了經濟建設以及生命財產。對此，地方投入了很多資金，不過被多種因素所影響，可以執(zhí)行項目治理的隱患點并不多，更多的是，應該制定合理的、可行的監(jiān)測預警方式?，F(xiàn)如今，合理引入監(jiān)測技術，針對地質災害，掌握其演變規(guī)律以及產生機理，第一時間實施可行措施，已實現(xiàn)對很多處滑坡進行了預警，防止了傷亡以及經濟損失。尤其是這幾年以來，信息技術正朝著自動化趨勢發(fā)展，以物聯(lián)網(wǎng)等為代表的信息技術，正大力滲入至很多領域，比如環(huán)境。所以，基于該種災害產生機理以及預警根據(jù)研究，能夠進一步借助新一代新技術在有關方面所具備的優(yōu)點，比如信息收集以及傳遞，建立實時預警系統(tǒng)，切實增強應對災害的能力。對此，針對新一代信息技術，文章基于歸納其核心特點，充分借助其物聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點，構建了監(jiān)測預警系統(tǒng)。與此同時，將某一滑坡當作研究例子，開展了系統(tǒng)檢驗，對于災害監(jiān)測信息，初步達到了與之有關的多項功能，比如及時獲取、實時預警等。

1 物聯(lián)網(wǎng)概念與地質災害類型及其影響

1.1 物聯(lián)網(wǎng)概念

之所以提出物聯(lián)網(wǎng)這一概念，旨在使實體之間能夠進一步彼此溝通，傳輸信息。它的定義并不復雜，也就是：將全部物品通過信息傳感設施，比如傳感器，和互聯(lián)網(wǎng)進行連接，開展信息交換以及通訊，以達到綜合功能，其中包括信息查詢、定義以及分析等[1]。

1.2 主要類型及其影響

在國內地質災害有著很多種，比如滑坡以及泥石流，存在著很多的特點，即分布較廣、出現(xiàn)較為頻繁，能夠帶來很大的危害。一般情況下，致使這些災害的因素有：地震以及強降雨過程，尤其是滑坡以及崩坍，它們的分布較為廣泛，發(fā)生的頻率較高，根據(jù)有關的統(tǒng)計，記錄編目的隱患點高達23 萬處，對數(shù)千萬人造成了威脅，分布于國內很多省以及自治區(qū)。

2 新一代信息技術特征

何謂地質災害監(jiān)測預警，也就是信息的收集、傳遞以及發(fā)布等的過程，信息的實時性和可靠性為關鍵所在。對于處理問題的處理，應該科學借助一些信息技術。從定義上來看，何謂信息技術，通常指借助信息科學的原理以及方式，達到延伸信息功能的技術，通常情況下，將計算機以及通信當作核心的方式，來達到數(shù)據(jù)的提取、整理以及使用等。伴隨眾多技術的不斷進步，信息的類別出現(xiàn)了顯著的改變，不局限于數(shù)字和文字，還包括圖像以及視頻等，顯著推動了信息技術的進步。以物聯(lián)網(wǎng)等為代表的信息技術，關鍵運用于處理以下問題，也就是數(shù)據(jù)交換以及集成等，能夠短時間內獲得以及評價核心信息，同時所獲取的新知識以及規(guī)律，能夠很好地支持決策分析過程。顯而易見，即便它的發(fā)展時間較為短暫，不過因為在很多方面有著顯著的優(yōu)勢，比如信息收集與整合，會在監(jiān)測預警研究方面，起到更為關鍵的推動作用。

根據(jù)表1 所含信息可見，信息技術是處理怎樣更迅速地收集數(shù)據(jù)，怎樣更科學地組織數(shù)據(jù)結構，乃至當面對很多數(shù)據(jù)時，怎樣開展分析以及評價，以及時掌握核心信息，也就是高效處理能力。圖1 所示為信息技術的構成關系圖。顯而易見，對于新一代信息技術，它的構成是借助通信技術確保數(shù)據(jù)的傳遞渠道，憑借物聯(lián)網(wǎng)技術，進而達到數(shù)據(jù)的及時獲取，采用大數(shù)據(jù)技術，從而來處理數(shù)據(jù)組織以及改進，再借助云計算達到核心數(shù)據(jù)的獲取。也就是建立1 個中心保障，三個技術支持的處理數(shù)據(jù)收集、組織以及研究的關系網(wǎng)絡。若把它比作章魚，可把八只觸角當作物聯(lián)網(wǎng)組織，據(jù)此能夠獲得實時信號[2]。就它的神經元系統(tǒng)而言，能夠合理組織這些數(shù)據(jù)，與此同時，根據(jù)生活經驗短時間內提取核心信息，也就是所謂的數(shù)據(jù)挖掘過程。最終，它的大腦會結合核心數(shù)據(jù)，及時進行決策以及反饋，也就是所謂的實現(xiàn)云計算過程。同理，針對所存在的災害隱患點，集成它的有關信息，比如變形跡象，合理改進數(shù)據(jù)結構，達到及時分析以及采集核心信息，均需該項技術的支撐。

表1 信息技術的主要特點

圖1 新一代信息技術的構成關系圖

3 借助信息技術建立地質災害監(jiān)測預警系統(tǒng)

監(jiān)測預警所涵蓋的內容較多，不過可行的數(shù)據(jù)組織以及管理平臺為基礎。據(jù)此，集成實時監(jiān)測信息，智能達到處理以及分析，達到預警以及發(fā)布。另外，伴隨監(jiān)測隱患點變多，再加上監(jiān)測信息的持續(xù)積累，一般的系統(tǒng)架構已難以符合需要，尤其是核心信息的及時挖掘以及評價，均需借助新一代信息技術，進一步來健全以及優(yōu)化。結合以上系統(tǒng)需求分析，建立系統(tǒng)總設置圖，詳情見圖2。顯而易見，該系統(tǒng)的核心功能組成包含多個部分，接下來，詳細介紹每一個系統(tǒng)的構建。

圖2 系統(tǒng)總設計圖

3.1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的系統(tǒng)

過去的災害監(jiān)測，一般主要是人工以及半自動監(jiān)測，不過當范圍相對大時，一般的監(jiān)測方式就難以符合。在很多智能化監(jiān)測體系之中，基于物聯(lián)網(wǎng)的WSN 運用最為普及。適當范圍之內設置傳感器，根據(jù)無線通信協(xié)議，構建局域網(wǎng)絡系統(tǒng)，除了可以接收傳感器所收集的信息，也可以開展信息融合處理，再和遠程傳輸網(wǎng)絡進行相連，傳遞到服務器[3]。圖3 所示基于該項技術的災害監(jiān)測系統(tǒng)，一般是在詳細調查以及全面分析的前提下，設置適當?shù)膫鞲衅鞴?jié)點，對它的變形跡象以及誘發(fā)因素進行監(jiān)測，比如地表位移，再借助匯聚節(jié)點，來處理這些監(jiān)測信息，最終基于構建WSN，同傳輸網(wǎng)絡的連接，達到多源收集的數(shù)據(jù)，以統(tǒng)一方式開展批量傳遞。

圖3 監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)

3.2 大容量數(shù)據(jù)遠程無線傳輸網(wǎng)絡系統(tǒng)

現(xiàn)如今對于數(shù)據(jù)遠程傳輸，一般包含有線以及無線方式，實際傳輸技術和它的核心參數(shù)（見表2）。就遠程無線傳輸而言，主要推行的是根據(jù)移動通信的傳輸手段，其中涉及到CDMA 與GPRS 等。對于GPRS 技術來講，它為GSM 系統(tǒng)支持的業(yè)務，具備著諸多的優(yōu)勢，比如快速傳輸、便于接進網(wǎng)絡、所需成本不高等。

表2 傳輸方式的對比

針對這一子系統(tǒng)的建設，一般是借助GPRS 網(wǎng)絡，根據(jù)網(wǎng)絡協(xié)議，通過固定IP 地址的手段，構建終端和服務器的連接，達到監(jiān)測信息遠程傳遞功能。伴隨通信技術的持續(xù)進步，移動通信技術已達到了商業(yè)推廣，可以很好符合用戶的要求，也就是信息遠程傳遞的穩(wěn)定性以及有效性。另外，就北斗衛(wèi)星通信而言，它在災害監(jiān)測預警方面，也獲得了不錯的運用成績。不過因為衛(wèi)星傳輸現(xiàn)如今還有著約束性，也影響了其深入延伸運用范圍。所以當建立該系統(tǒng)時，還是優(yōu)先考慮移動通信技術，不過對于部分相對偏遠的山區(qū)，在現(xiàn)場信號相對糟糕時，需要設置北斗衛(wèi)星通信模塊來補充，以便能夠把監(jiān)測信息更好傳遞到監(jiān)測中心。

3.3 多維異監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合集成系統(tǒng)

結合以上分析，得知在傳輸網(wǎng)絡構建方面，有著無法統(tǒng)一的現(xiàn)象，屬于多維異構網(wǎng)絡系統(tǒng)?？梢泽w現(xiàn)于多種異構，比如組網(wǎng)以及管理方式異構。所以需要多加分析信息結合問題，以及傳感器間的協(xié)同。在異構網(wǎng)絡環(huán)境之下，為達到多源數(shù)據(jù)集成，構建了災害監(jiān)測信息編碼體系[4]。無論是哪一種監(jiān)測類型，所對應的數(shù)據(jù)，均通過18 位字符串當作關鍵字， 開展有關數(shù)據(jù)檢索， 例如520121010001YL0101，其中字母之前的數(shù)據(jù)，屬于災害隱患點編號，也就是520121010001，而YL01 屬于監(jiān)測點編號，01 屬于數(shù)據(jù)類型編號。在此基礎上，也就構建了多維信息的關聯(lián)，針對多維異構，除了達到了數(shù)據(jù)集成，也易于對模型進行研究以及計算。

3.4 基于云計算的數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)

對于災害監(jiān)測預警來講，它所包含的數(shù)據(jù)有很多種，數(shù)據(jù)結構并不簡單，怎樣基于海量的數(shù)據(jù)，從中提取用于決策研究的核心信息，以往的操作型數(shù)據(jù)庫是無法達到的。根據(jù)云計算數(shù)據(jù)挖掘，能夠借助設置服務器集群，進而來保存災害信息，同時能夠借助并行計算等手段，達到數(shù)據(jù)聯(lián)合研究，進一步挖掘其中所存在的聯(lián)系，找到內在的規(guī)律。所以，引入這些新技術來處理核心數(shù)據(jù)快速挖掘，存在著突出的優(yōu)勢，圖4 所示為數(shù)據(jù)挖掘流程圖。顯而易見，關于數(shù)據(jù)挖掘流程，可以將其分成多個部分，比如數(shù)據(jù)倉庫構建與運用研究。何謂數(shù)據(jù)源，也就是所構建的信息數(shù)據(jù)庫，采取有關的數(shù)據(jù)處理手段，能夠構建冗雜數(shù)據(jù)關聯(lián)，進而達到數(shù)據(jù)的可行分析，以及核心信息的及時挖掘。實際的操作過程是：對最初數(shù)據(jù)進行預處理，完成其有關的操作，比如采集與上載，構建數(shù)據(jù)挖掘平臺，也就是所謂的數(shù)據(jù)倉庫。據(jù)此，借助云計算以及方式，例如OLAP 聯(lián)合分析，開展數(shù)據(jù)的關聯(lián)特點挖掘。顯而易見，就數(shù)據(jù)挖掘來講，它屬于一種數(shù)據(jù)分析過程，存在著一定的針對性，也就是海量的數(shù)據(jù)，是根據(jù)相關的問題域，來開展組織以及集成，同時不具備更改性。所以，建立基于云計算的數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)，也是先從問題域出發(fā)。

圖4 數(shù)據(jù)挖掘流程圖

4 應用案例

某滑坡所處地理位置，它的經度是106°48 分38.6 秒，維度是27 度05 分45.6 秒?；抡w上屬于舌形，滑向南東，長度達到0.57 千米，寬度達到0.33 千米，滑面的深度大概有15 米，規(guī)模在2.51*106 立方米上下，屬于一種大型土體滑坡（圖5）。這一滑坡是降雨誘發(fā)的，它的后緣是弧形狀。根據(jù)調查，在出現(xiàn)特大暴雨之后，它漸漸發(fā)生突出變形，處在滑坡體上的房屋被損壞。這幾年以來，在出現(xiàn)雨季的時候，都會致使變形加劇，顯示滑坡體現(xiàn)如今正處在蠕滑環(huán)節(jié)。

圖5 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的滑坡監(jiān)測網(wǎng)絡圖

按照具體調查狀況，對該滑坡開展監(jiān)測設置，且借助物聯(lián)網(wǎng)技術，構建了滑坡監(jiān)測網(wǎng)絡圖。顯而易見，這一監(jiān)測選擇了四類傳感器節(jié)點，比如固定式傾斜儀。所有傳感器節(jié)點采取ZigBee 技術（實際上就是一種無線網(wǎng)絡協(xié)議）開展組網(wǎng)，所有節(jié)點所提取的信號，均借助這一無線網(wǎng)絡，智能傳遞到匯聚節(jié)點，再通過其借助GPRS 網(wǎng)絡進一步來實現(xiàn)遠距離傳輸，直到監(jiān)測中心[5]。利用匯聚節(jié)點達到無線傳輸，能夠很好確保信息傳遞的可靠性以及實時性，防止了在多點傳輸中，出現(xiàn)信息丟失或者延遲的現(xiàn)象，并且也有助于集成數(shù)據(jù)，乃至后期的處理研究?；趯崿F(xiàn)數(shù)據(jù)集成，對于海量信息的實時解決，不但需以上技術，科學的程序算法也是相當關鍵的。對此，通過服務器來實現(xiàn)運算工作，且把有價值的結果，保存在數(shù)據(jù)庫之中，系統(tǒng)運行界面只調用結果開展顯示，進而促使系統(tǒng)工作效率得到提升。從系統(tǒng)界面來分析，不但能夠體現(xiàn)預警等級，也能夠有效觀察所有監(jiān)測點的改變現(xiàn)象，達到動態(tài)監(jiān)控滑坡的目標。當然，這一監(jiān)測預警系統(tǒng)在開發(fā)中，還結合了別的技術，因為并非文章重點，所以忽略進行介紹。

該滑坡的預警示范，除了能夠檢驗這一預警方式是否有效，也能夠很好檢驗系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性與安全性，持續(xù)地歸納實踐經驗，深入改進監(jiān)測組網(wǎng)方式、分析算法等，促使系統(tǒng)工作更為精準。以具體的運行狀況來分析，系統(tǒng)在很多方面都體現(xiàn)出了很好的穩(wěn)定性，比如信號收集、數(shù)據(jù)集成等，監(jiān)測曲線可以第一時間體現(xiàn)變形特點，所顯示的預警級別，存在較好的可靠度，可以為相關部門決策提供有力支持[6]。不過，就現(xiàn)如今的檢驗結果來講，也有著一定的問題，主要涉及到：第一，對于數(shù)據(jù)遠距離無線傳輸來講，它還有著延遲的情況，尤其是碰上極端天氣，比如暴雨。然而，這時又正處于災害易發(fā)期，能夠基于構建監(jiān)測專線專網(wǎng)處理，進而確保傳輸通暢無阻，不過所需費用較多。第二，現(xiàn)如今的監(jiān)測預警系統(tǒng)，后臺算法并不復雜，實際上還相對簡單，只通過衡量監(jiān)測數(shù)據(jù)有沒有大于閾值，還未盡可能借助數(shù)據(jù)挖掘算法，從海量的監(jiān)測數(shù)據(jù)之中，及時提取可以切實體現(xiàn)滑坡變形趨勢的核心信息。第三，伴隨監(jiān)測災害數(shù)量變多，一定程度上會影響到系統(tǒng)工作效率。對此，考慮后續(xù)應當強化并行計算能力，且針對監(jiān)測預警系統(tǒng)，對服務器實行更新以及優(yōu)化。

5 結論

綜上所述，對于地質災害監(jiān)測預警來講，它屬于一項系統(tǒng)性工程，所涵蓋的知識面較廣，針對地質災害，除了應該開展現(xiàn)場調查以及形成機理研究，也應該充分掌握有關的現(xiàn)代技術以及方式，比如網(wǎng)絡傳輸。文章在分析歸納信息技術核心特點的前提下，對于監(jiān)測預警系統(tǒng)，以其核心技術為切入點，給出了多項技術手段，例如物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)，處理監(jiān)測信息收集、遠距離無線傳輸、數(shù)據(jù)集成，乃至核心信息及時提取的實際思路以及方式。據(jù)此，基于物聯(lián)網(wǎng)信息技術，建立了監(jiān)測預警系統(tǒng)，達到了多項功能，其中包括查詢?yōu)暮π畔?，?shù)據(jù)研究以及智能預警等。通過對某一滑坡的運用檢驗，顯示這一系統(tǒng)功能差不多可行，可以為相關部門決策提供有力的技術支持，切實增強了主動應對災害的能力，提高了應對水平。