国土地灾在线监测系统的应用研究_王扁头.pdf

地矿测绘2023，39(1):3742CN 531124/TDISSN 10079394Surveying and Mapping of Geology and Mineral esources国土地灾在线监测系统的应用研究*王扁头(广东省地质局第二地质大队，广东 汕头515021)摘要:山地和丘陵地区普遍存在较多地质灾害隐患点，其中部分隐患点周边有较多村庄乡镇，需采用一定监测手段对地灾隐患点安全态势进行监管，保障周边居民生命和财产安全。为此，文章以揭阳县地灾监测项目为研究对象，采用国土地灾在线监测系统对隐患点进行实时监测，通过对系统架构、通信拓扑以及告警平台进行详细阐述，利用裂缝倾角监测子系统、降雨量监测子系统以及泥位监测子系统对揭阳县隐患点安全态势进行实时监测，通过现场勘察方式对系统监测成果进行检验，验证了国土地灾在线监测系统的技术可行性及成果可靠性，以稳定可靠的硬件设备及软件系统为揭阳县地灾隐患周边居民安全保驾护航。关键词:物联网;地灾;隐患点;在线监测;监测子系统中图分类号:P 208;P 209文献标识码:A文章编号:10079394(2023)01003706Application esearch of National Land Disaster On-line Monitoring SystemWANG Bian-tou(The Second Geological Brigade of Guangdong Geology Bureau，Shantou Guangdong 515021，China)Abstract:There are many potential points of geological hazards in mountainous and hilly areas，some of whichare surrounded by many villages and townsTherefore，some monitoring measures should be adopted to supervise thesafety situation of potential points of geological hazards so as to ensure the life and property safety of surroundingresidentsTaking the geological hazard monitoring project in Jieyang County as the research object，this paper usesthe national land disaster online monitoring system to monitor the potential points in real timeThrough a detaileddescription of the system architecture，communication topology and alarm platform，the safety situation of hiddendanger points in Jieyang County is monitored in real time by using the following subsystems:fracture dip angle moni-toring subsystem，rainfall monitoring subsystem and mud level monitoring subsystemMoreover，the monitoring resultsof the system have been tested by means of on-site investigation，which has verified the technical feasibility andachievement reliability of the national land disaster online monitoring system，and can protect the safety of residentsaround potential geological potential points in Jieyang CountyKey words:Internet of Things;geological hazards;potential point;online monitoring;monitoring subsystem0引言我国幅员辽阔，国土面积较大，地貌类型复杂多样，尤其是山地丘陵分布较为密集的地区，各种地形地貌交错分布，可利用的适宜居民用地相对较少，故较多村庄依山而建，紧邻边坡、滑坡等一些风险性较高的地质灾害点1。为保障村庄居民人身财产安全，需采用一定技术手段对边坡、滑坡等灾害点进行安全监测。由于地质灾害点主要集中在人迹罕至的坡顶区域，监测人员往往很难到达现73*收稿日期:20220830DOI:10.16864/ki.dkch.2023.0005场，此外还因风险程度较大，难以采用常规人工监测方法对其进行监测作业。随着现代化仪器设备和监测技术的发展进步，基于物联网技术的实时感知平台逐渐成为自动化监测主流。以物联网技术为基础，将各个类型的底层监测元件和监测传感器进行紧密相连，辅以多传感器融合技术、边缘解算技术、无线通讯技术、云解算技术等2，构建国土地灾在线监测系统，可实时获取灾害点安全数据，保障周边居民及生态环境的安全。以物联网传感技术为基础构建国土地灾在线监测系统，具有全天候监测、时效性高、监测成果可靠、多级预警等优势，通过在灾害点安装自动化监测设备，如 GNSS 接收机、自动化测斜仪、雨量计、裂缝计、视频监控等3，依据预先设定的规则高频率高精度采集监测点原始数据，并对其进行去噪、过滤等处理，剔除监测点异常值，提高监测成果的可靠性;然后通过多方式组网将原始观测数据远端发送至云端，由云网关进行数据检校、平差处理、拟合计算等，最终由专业监测云平台对外进行监测成果可视化展示4。国土地灾在线监测系统需要具备实时预警功能，当边坡变形速率或累计变化量超过预先设定的限值时，需在第一时间将预警信息推送给相关负责人，便于及时采取措施，对灾害点进行防护加固或引导周边居民撤离。本研究以广东省揭阳市现存地质灾害点监测项目为研究对象，利用华测导航研发的国土地灾在线监测系统对其进行实时在线安全监测，对系统框架及平台整体架构进行详细介绍，并对系统中涉及的多个监测子系统作业原理和拓扑结构进行分析研究，从多个角度验证国土地灾在线监测系统的可靠性，为地质灾害点的安全预警提供可靠解决方案。1项目概况揭阳市位于广东省东南部地区，区域内分布较多低山高丘以及谷地平原，地物类型分布较为零散，整体地势自西向东倾斜。揭阳市西北部和西南部多为山地丘陵，尤其是西北部山地揭西县一带，存在较多高山陡坡，地物类型复杂，地质条件相对较差，具有较多容易发生地质灾害的风险点。垦荒种植、公路交通、水利水电、城镇建设、矿产开发等人类工程经济活动比较强烈，特别是近几年的城镇化和农村经济建设的发展，一定程度上改变了原有的地质环境条件，破坏地貌景观，毁坏土地、植被，加剧水土流失等环境地质问题，以致诱发地质灾害。从揭阳市地质灾害空间分布看，人类工程活动、地形地貌和岩性是影响地质灾害分布的主导因素，强降雨是致使地质灾害发生的主要原因5;从构成灾害体的岩土和动力成因类型看，揭阳市地质灾害灾体以人工动力性土质崩塌、滑坡为主。揭阳市前三批普适型地质灾害监测项目(共 33 处)已按照设计文件进行施工完成，并通过专家评审验收。第四批普适型地质灾害监测项目(共 20 处)已施工完成，将继续完成 2022 年度实施地质灾害综合治理三年行动、省市民生实事地质灾害综合治理任务。根据 揭阳市 2019 年地质灾害防治方案，截至 2018 年底，揭西县现有地质灾害隐患点 190 处，威胁人口 20 520 人，潜在经济损失 35 431.45 万元，其中威胁 100 人以上的重要地质灾害隐患点 31 处，威胁人口 14 910 人，潜在经济损失 29 420 万元。2018 年消除地质灾害隐患点 39 处，其中消除威胁100 人以上地质灾害隐患点 5 处;新增加地质灾害隐患点 19 处，其中新增威胁 100 人以上地质灾害隐患点 5 处。本项目在揭阳市揭阳县坪上镇红旗村杨梅滩、良田乡桐树坪村细溪背、良田乡桐树坪村上禾平 3个地质灾害隐患点进行自动化监测设备安装布设，构建国土地灾在线监测系统，为周边村庄居民安全保驾护航，监测点布设情况如图 1 所示。2国土地灾在线监测系统的建设地质灾害类型多种多样，主要有崩塌、泥石流、裂缝等，为满足多类型地质灾害隐患点监测的需求，在线监测系统需对各类监测类型进行高效兼容6。本项目采用的在线监测系统主要包含地表位移监测、深层位移监测、地下水位监测、裂缝崩塌监测、视频监控、泥位监测、降雨量监测等较多监测类型，能够满足多数地灾隐患点安全监测需求。21系统架构国土地灾在线监测系统由前端传感层、云端解算层、平台展示层构成，如图 2 所示。其中，前端传感层由各类监测传感器构成，主要包括 GNSS 接收机、固定式测斜仪、雨量计、泥位计、裂缝计等，各类传感器搭配采集解算单元、传输单元、供电单元形成各监测类型独立监测站7，获取各监测点原始监测数据，并进行初步解析、去噪，然后存储至本地并进行远端发送;云端解算层是将前端传感层远端发83地矿测绘2023 年 3 月图 1地灾隐患点分布Fig1Distribution of potential points of geological hazards图 2国土地灾在线监测系统框架结构Fig2Framework structure of national land disaster online monitoring system送的原始监测数据及初步解析的数据进行检校，以防脏数据入侵，并针对各监测类型制定专业解算规则，解算前后的数据均存储在云数据库中;平台展示端是将解算层解算后的数据进行可视化呈现，依据不同监测类型的数据展示需求，定制化开发数据展示图表，对监测成果进行专业化可视化展示，同时平台展示层还包括前端传感层交互板块8，便于对前端采集设备进行远程运维调试。由于地质灾害隐患点多分布在山区，网络信号强度参差不齐，个别隐患点位置往往不具备 GPS 信号，故要求在线监测系统支持多方式组网，综合利用窄带自组网、GPS、卫星通信等技术9，从而实现隐患点监测数据实时上传。本项目采用的国土地灾在线监测系统前端监测数据通过有线方式传输至数据采集设备，由采集器进行远端数据发送，通信拓扑如图 3所示。22平台架构地质灾害自动化监测需配套数据展示及告警平台，本项目采用华测导航研发的地质灾害监测告警平台进行数据成果展示，平台总体架构如图 4 所示。监测设备将采集的数据按照标准数据协议发送至云端，按数据类型进行分类存储，将数据推送至预警平台进行展示，并支持对前端监测设备进行远程调试配置。23监测子系统国土地灾在线监测系统针对监测内容的不同，93第 39 卷第 1 期王扁头:国土地灾在线监测系统的应用研究图 3国土地灾在线监测系统通信拓扑Fig3Communication topology of national land disaster online monitoring system图 4数据展示及告警平台架构Fig4Data display and alarm platform architecture可划分为多个监测子系统，主要包括 GNSS 监测子系统、裂缝倾角监测子系统、深部位移监测子系统、降雨量监测子系统、泥位监测子系统、视频监测子系统等。项目应用时，选择所需要的监测子系统进行现场部署，做到有针对性地监测，在确保满足安全