地质灾害监测预警系统

地质灾害监测预警系统

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系统概述................................................................................................................................... 3

建设内容................................................................................................................................... 3

无线传感设备及视频监控系统（硬件） ............................................................................... 5

3.1. 系统功能特点 ............................................................................................................... 6

3.2. 设备技术指标 ............................................................................................................... 7

地质灾害监测预测系统（软件） ........................................................................................... 7

4.1. 系统结构框架 ............................................................................................................... 7

4.2. 系统功能特点 ............................................................................................................... 8

4.3. 主要功能模块介绍 ....................................................................................................... 9

4.3.1. 三维地理信息模块 ........................................................................................... 9

4.3.2. 灾害数据管理模块 ........................................................................................... 9

4.3.3. 信息浏览查询模块 ........................................................................................... 9

4.3.4. 预警管理模块 ................................................................................................. 10

4.3.5. 报表图表模块 ................................................................................................. 10

4.3.6. 资料管理模块 ................................................................................................. 10

4.3.7. 公文管理模块 ................................................................................................. 10

4.3.8. 网上信息发布模块 ......................................................................................... 10

4.3.9. 用户管理模块 ................................................................................................. 10

4.3.10. 基础信息管理 ............................................................................................... 10

4.3.11. 系统管理模块 ............................................................................................... 11

4.3.12. 日志管理模块 ............................................................................................... 11

地质灾害监测预测系统的成功应用 ..................................................................................... 11

5.1. 远程平台 ..................................................................................................................... 11

5.1.1. 北斗监测 ......................................................................................................... 11

5.2. 会商平台 ..................................................................................................................... 11

5.2.1. 会商监测 ......................................................................................................... 11

1. 系统概述

地质灾害来源于自然和人为地质作用对地质环境的灾难性破坏，主要包括崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷和地裂缝等。我国是世界上地质灾害频发的地区之一，近年来，关于滑坡、泥石流类灾害的研究是行业研究的重点。地质灾害的防治常常因为工作的分散，造成标准化程度较差，资源共享较难的问题。

本系统基于遥感技术RS(Remote Sensing)、地理信息系统GIS（Geography

Information System)和全球定位系统GPS(Global Positioning System)及地质灾害监测技术，以一定范围（区域）的滑坡、泥石流及崩塌等地质灾变体为监测对象，对其在时空域的变形破坏信息和灾变诱发因素信息实施动态监测（侧重于时间域动态信息的获取）。通过对变形因素、相关因素及诱因因素信息的相关分析处理，对灾变体的稳定状态和变化趋势做出判断。同时，揭示滑坡、泥石流、崩塌的空间分布规律，对未来可能发生灾害的地段（点）做出预测。

2. 建设内容

系统利用位移传感器、雨量计、视频网络监测等相应的专业设备，与地理信息系统相结合，配合、补充专业的地质灾害中与预警、决策系统来构建地质灾害防测体系的新方法，对地质灾害实施连续、实事、动态的监测，及时获取全面准确的数据，满足自动化的要求，从而协助相关管理部门的地质灾害业务工作能够高效协调进行，从而预防地质灾害发生，减少生命财产的损失。

根据建设进度要求以及结合灾害点实际情况，同时也考虑到地质灾害频发的各种原因，因此方案设计模块总体系统总体框架图如下:

本系统在标准化、信息化的基础上，对信息、安全化、结构化进行有效的管理，并准确地做出判断，提出解决问题、处理灾害的措施，能有效的缓解地质灾害的危害性及突发性造成的损失。

地质灾害监测与预警系统的主要由一体化监测站设备、现地通信设备、用户自建的监控中心配合基于物联网技术、云计算的监测与预警云服务平台、用户终端信息设备应用软件等主要组成部分。这样设计模式有利于地质灾害预警系统的快捷性，方便性，快捷性。

系统分为数据采集子系统、数据传输子系统、数据处理子系统、分析预警子系统、综合管理子系统、辅助决策子系统、信息发布子系统等七个子系统组成。

1） 综合管理系统 可有效进行用户管理、数据管理、系统运行管理，确保系统安全和数据安全，可方便进行参数设置、状态本地/远程浏览、数据本地/远程下载以及数据共享等。

2） 数据采集系统 数据采集系统一般由基准站、监测站以及包括野外电源和防雷装置组成的保障支持系统组成，监测站主要有GPS天线、GPS接收机、气象终端、信息传输模块及附件构成。

3） 数据传输系统 数据传输系统可采用RS232、专线有线/无线Modem、

TCP/IP、GPRS无线、CDMA无线、3G无线、UHF无线电台、无线网桥及其他无线网络等方式，具体建设时可以按照总体方案的论证灵活选择。

数据采集与传输系统主要硬件组成及连接模拟图。

4） 数据处理系统 数据处理系统可连续实时进行数据处理，数据解算可根据我省CORS系统的设计与运行模型和变形监测的定位精度，待总体方案论证时选择，确保系统运行稳定及数据的可靠性。

5） 分析预警系统 分析预警系统应有足够的数据分析处理能力，分析要多角度、手段丰富，能计算三维位移分量及各向变形速率，自动生成变形历时曲线、变形分布图和多因素相关图；能根据基础地理信息或实地地形数据生成三维仿真图形，并生成变形场等高图和渐变色谱图，有数据源的话应能生成变形场实体任意剖面图；能综合其他相关监测数据进行综合分析与评价；能根据预设警界值进行风险判别。

6） 辅助决策系统 结合基础地理信息数据库，提供基于GIS的地质灾害信息管理与决策支持系统．建立地质灾害防治决策支持的数据库、模型库、方法库、知识库及其管理平台，建立有效的分析和决策机制。以地质灾害的空间图形信息和属性信息为基础，依托数学评价、预测和预报模型以及GIS系统的空间分析能力，形象地进行地质灾害和处置方案的风险评估，为职能部门有效控制、防治、处置地质灾害、降低地质灾害造成的损失提供科学决策依据。

7） 信息发布系统 网络通讯方式灵活，自动化程度高，可以方便实现远程信息发布与共享。预警发布形式灵活多样，可根据预警等级采用短信、网页、邮件、声音、大屏幕等方式和渠道进行分级发布，预警信息的发布方便灵活,方便，快捷。

3. 无线传感设备及视频监控系统（硬件）

我国地质和地理环境复杂，气候条件时空差异大，地质灾害种类多、分布广、危害大、是世界上地质灾害中严重的国家之一，为实现地质灾害的防治管理的科学系化、信息化、标准化和可视化，为防震决策提供科学的依据针对各个灾害点实际情况，选择高科技探测设备探查清楚。视频监控系统一方面，在距离合适同

时具备施工条件的情况下，采用铺设光纤；另一方面，可以采用移动GPRS为无线传输通道，可对范围广，环境恶劣，技术、质量要求高的地域进行廉价、便捷、不受时间空间制约、长期地对地质灾害隐患点实施在线监测。

图1系统构成示意图

3.1. 系统功能特点

➢ 基于GPRS无线传输和internet互联网络或卫星通讯方式构建地质环境自动化远程监测系统。传输设备必须具备GPRS通道。

➢ 所使用的监测设备满足如下工作环境条件：

a) 环境温度：-20～50℃；

b) 相对湿度：40℃时20%～90%；

c) 大气压力：79.5～106.0kPa(海拔2000m及以下)

d) 自动监测仪、采集发射传输设备、中心控制设备之间通讯畅通，无丢失数据或“塞车”现象。

➢ 采集发射传输设备接口通用，可接入地下水监测仪、各种地质灾害监测

仪、自动雨量计等多种监测设备。

3.2. 设备技术指标

➢ 高智能型电子测斜仪：测量维数为XY二维，测量范围为±30°，分辨率为0.01°，工作温度为-20~80℃，自带温度补偿及RS-232或RS-485数字输出口。

➢ 高智能裂缝宽度仪：量程200mm,分辨率0.01mm,精度0.1mm,工作温度为-20~80℃，自带温度补偿及RS-232或RS-485数字输出口。

➢ 智能型雨量计：①分辨力：0.1mm；②降雨强度测量范围：0.01～8mm/min(毫米/分)；③测量准确度(在0.01～8mm/min雨强范围)：降水量<10mm，测量误差：±0.2mm；降水量≥10mm，测量误差：

±(0.2mm+1%F.S)；④输出信号：RS-485接口，输出实时累计降雨量、雨量编码器真值、相关报警信号；⑤雨量计本机存储记录容量：大于3000mm或大于1.5年。

➢ 太阳能电池组：高质量单晶硅太阳能电池板，功率50W；38Ah免维护蓄电池；光伏控制器带电瓶低压控制保护功能、输出电流10A。

➢ 太阳能支架，路灯厂家定制加工。锥形钢杆，下面底座为地面积500×500mm 上面积为200×200mm 高为700mm 四棱台，钢板厚度5mm, 在底座里面安放太阳能蓄电池，传输终端等设备。支架固定在钢筋混凝土墩上，高度以不易遭破坏为宜。

➢ 地质灾害多参数采集传输仪：能采集数字输出的任意监测设备，单台终端能接入8套以上数字输出监测设备，工作温度为-20~80℃，防潮防水，功耗低于300mA。对单体地质灾害作多参数综合采集传输预警，采集的传感器数据，通过GPRS无线网络远程传输监测数据，可查询监测数据与曲线、曲线趋势预警；应用于崩塌、滑坡、泥石流单体灾害的综合多参数实时监测、数据传输与远程报警。

4. 地质灾害监测预测系统（软件）

4.1. 系统结构框架

本系统基于ESRI ArcGIS平台，以 2.0为开发平台，选用C#语

言，Web服务器采用IIS，在线数据通信部分在.Net平台使用C/S与B/S相结合的模式开发方式；系统的后台数据库选用Microsoft SQL Server 2005 Express或Oracle 10g数据库。

功能结构框架图如下：

图2 功能结构框架图

4.2. 系统功能特点

权限管理：根据用户所在辖区和权限等级设定用户不同的浏览查询和操作权限；全面丰富灵活的用户角色权限管理系统，将为系统管理提供安全保证。

地图展现：海量基础地理数据分多级比例尺快速浏览，专业数据层数据实时更新并在图上动态表示；提供数据空间查询和在线编辑等复杂GIS功能。

数据查询：提供文本字段综合模糊查询功能，对用户、站点、雨量等参数按权限、区域、时段显示所有满足条件的数据记录。

统计图表：根据数据可以实时生成日报表、月报表、降雨笼罩图、雨情分布图、等值线图等相关统计专题图表，为辅助决策提供重要参考资料。

预警设置：提供自动预警和手动预警方式，预警中心可提供短信和电话预警。

自动预警：各站点可按照参数标准自定义设置预警参数，对达到预警标准的站点执行自动预警操作，向所设置的相关用户发出短信或电话预警信息。

手动预警：管理人员可以按照操作步骤手动操作预警流程，发布预警信息。

移动操控：为持有移动终端的管理员用户提供远程登录、查询、地图浏览、预警管理、专题图浏览等相关操作。

数据集成：将位移传感器、雨量计等在前端采集到的数据通过GPRS发回到监测中心服务器，监测中心服务器将全部监测数据存储到的监测数据库中。当系统客户端要查看监测信息时，则向系统服务器端请求统计图表页面，服务器端访问监测数据库，并查询相应监测信息进行统计和显示。

4.3. 主要功能模块介绍

4.3.1. 三维地理信息模块

包括基本的GIS功能：对各类影像数据、矢量数据及标注图层进行管理，地图的放大缩小、漫游，距离量测、面积量测和体积量测，POI信息点查询定位，飞行和定位路线的录制，坡度、坡向信息以及地形坡面分析。

系统集成了基础地理、基础地质、灾害易发性分区、防治规划等数据，以上数据分别来自WMS、ArcIMS等数据源，可为地质灾害防治管理、决策提供基础数据。

4.3.2. 灾害数据管理模块

主要针对处地质灾害隐患点及重点防御监测点,建立其属性信息数据表并与地理信息相关联，实现在三维视图中的查询、编辑。

灾害点管理包括：空间信息管理、属性信息管理、群测群防信息管理和“地质灾害主要危险点防御预案表”的录入、查询以及备份。

监测点管理内容包括：监测点空间信息、属性信息和监测设备信息(每个监测点可安装一台雨量计、一台裂缝位移测量仪和两部视频监控红外摄像机)等。

4.3.3.

信息浏览查询模块

用户可以在三维视图上通过点选相应的灾害点或监测点进行信息查询,也可以通过关键字查询定位地标信息以及灾害信息。监测仪器的实时和历史数据。雨量计监测数据分别以日降雨量和小时降雨量为单位统计为柱状图；裂缝位移测量

仪监测数据统计显示为曲线图；监控视频查看窗口能够显示监测点的实时图像，这样即使是在中心机房也能全面系统地了解各个灾害点和监控点的详细情况。

4.3.4.

预警管理模块

按照参数标准自定义设置预警参数，对达到预警标准的站点执行自动预警操作，通过移动MAS服务器，系统使用者可以以手动或自动方式，向预先设置的职能部门领导及办事人员发出短信或电话预警信息。

4.3.5.

报表图表模块

根据数据可以实时生成日报表、月报表、降雨笼罩图、雨情分布图、等值线图等相关统计专题图表，为辅助决策提供重要参考资料。

4.3.6.

资料管理模块

本系统将文书、资料、科技成果等信息资源统一进行管理，并按照权限分为无条件共享、条件共享和不予共享的三种分类，建立了对应信息共享机制：由管理员统筹制定文档信息资源共享目录，建设信息资源共享交流平台。

4.3.7.

公文管理模块

提供部门内部公文的提交、审批、流转、发送，系统提供流程管理工具，根据部门流程情况，用户可自己设置每个部门的公文审批流程，并将发送后的公文归档入库进行统一管理。

4.3.8.

网上信息发布模块

管理员通过本系统发布通知、公告、防汛信息等，用户将在门户网站，通知、公告栏中查看到当前最新的通知、公告信息。

4.3.9.

用户管理模块

包括权限认证和用户信息管理两个部分。用户需要登录才可以使用该系统，各个功能模块也需要登录后才可用。已登录用户可以添加、删除、编辑和设置其属性信息。系统会根据作业人员的操作产生操作日志，详细记录操作人员所有操作动作，便于系统管理员进行用户查询、管理；发生异常情况时，可及时追溯当时操作人员，责任明确到个人。

4.3.10.

基础信息管理

包括滑坡泥石流事件、稳定状况分布、灾害隐患点基本数据、地质灾害预警短信发布对象数据、自动气象站实时每分钟雨量数据及其小时降水量、日降水量等基本信息，为系统提供基础数据支撑。

4.3.11.

系统管理模块

管理员通过对系统的各项参数和环境，进行增加、修改、删除操作，就能够实现对系统的统一管理，方便快捷。

4.3.12.

日志管理模块

日志记录了谁（用户）在什么地方(记录机器IP)在什么时候进行了什么操作；管理员可以对日志进行查看，删除操作。

通过完善的日志系统记录，记录详细的登录信息，业务操作信息和错误信息，为系统管理提供良好的基础。

5. 地质灾害监测预测系统的成功应用

5.1. 远程平台

5.1.1. 北斗监测

1. 可以综合利用北斗（或GPS）外部形变监测，内部固定测斜仪形变监测，裂缝计严格的点位堪选，通过对现场的电磁干扰、环境、卫星数据观测等测试手段，建设中的北斗系统已经覆盖了全国，北斗的优势有以下的几个首先就是测试之间无需通视，全天后观测，自动化程度高，高精确三维定位。根据所介绍的功能，北斗系统可将集装箱。

5.2. 会商平台

5.2.1. 会商监测

1. 并通过远程接入平台的应用程序虚拟化功能，将各种应用软件整合到企业门户中供终端用户使用。终端客户机无需安装任何软件，能够让企业各种IT应用摆脱终端设备和网络带宽的限制，实现终端客户机用户在任何时间、任何地点、使用任何设备、采用任何网络连

接，都能够高效、快捷、安全、方便地访问已经集中部署在远程接入平台服务器(集群)上的各种应用软件。.远程平台:视频会议是高效率、面对面的沟通方式，不但可以节省时间和会议费用，尤其是面对一些重大的灾害会商决策的紧急性会议，会议电视在争取时间、及时的商讨决策、及时贯彻上级的重要指示、及时取得重要的信息等方面，都具有明显的优越感。同时远程平台向企业提供最佳性能、灵活快捷的应用程序虚拟化功能。管理员只需要将各种的应用软件集中部署在远程平台上集中部署在远程接入平台服务器集。

2. 通过远程接入平台的应用程序虚拟化功能，将各种应用软件整合到企业门户中供终端用户使用。终端客户机无需安装任何软件，就能够让企业各种IT应用摆脱终端设备和网络带宽的限制，实现终端客户机用户在任何时间、任何地点、使用任何设备、采用任何网络连接，都能够高效、快捷、安全、方便地访问已经集中部署在远程接入平台服务器上的软件。