摘要：我国地质灾害频繁，突发性强，破坏性大，精确监测预警难度较大。针对湖北省地质灾害特征，利用物联网技术对监测区崩滑滑体剖面位移、水压、土壤含水量与水量站雨量自动化监测，使用无线传感器将监测到的数据传输至省-县级地质灾害防治中心，管理中心接收到数据后进行分析处理，最终将结果发送至控制中心。通过建立集数据采集、传输、分析处理于一体的自动化监测机制，改进地质灾害监测技术，提高地质灾害监测预警水平。
关键词：地质灾害；物联网；监测预警
引言
针对湖北省地质灾害特征，采取工程治理，消耗资金巨大。地质灾害成灾过程研究，在地质灾害体未出现明显活动时，地质灾害防治应以监测预警预报为主[1]。针对地质灾害反演特征，准确监测滑坡体的变形位移过程，分析地质灾害发育不同阶段的稳定状态，对灾害类型与成灾范围进行预测，从而为各级地质灾害防治工作提供依据，提高地质灾害防治效率，减少人员伤亡和财产损失。本文以湖北省兴山县石佛寺滑坡为自动监测研究区域，探究基于无线网络的地质灾害自动监测技术和监测系统设计。
1研究区域概述
石佛寺滑坡位于湖北省兴山县峡口镇泗湘村，地处长江北岸香溪河左岸。滑坡为土质滑坡，前缘直抵香溪河河床，平面形态呈舌形，前缘高程133米，后缘高程305米，前缘宽约420米，后缘呈圆弧形，均宽360米，纵剖面长为480米，平均厚度约20米，体积350万立方米，滑坡体主滑方向约215度。石佛寺滑坡失稳将危及到滑坡区内20户82人的生命财产安全、危及高阳－峡口公路、危及香溪河航道安全。
2地质灾害自动化监测系统架构设计
根据滑坡地质勘查的结论分析，设计石佛寺滑坡全自动远程监测系统的建设内容包括针对该地区布设监测剖面，进行降雨量、地下水位、土壤含水率、表面裂缝、深部位移等物理参量的实时测量[2]；建设无线通讯传输系统、本地和远程中心，开发数据接收和湖北省地质灾害防治管理信息平台等内容。
2.1系统架构设计
系统架构自下而上主要包括：感知层、网络层、应用层。感知层主要用于监测滑坡灾害剖面和一体化水量站自动化监测（带无线告警终端）[4]。网络层包括：GPRS/SMS无线通讯网络移动4G网络、卫星网络、和本地无线传感器通讯网络。应用层主要包括：湖北省地质环境总站监测中心、县级滑坡监测中心和控制中心平台。
2.1.1数据采集
滑坡体灾害监测数据采集充分利用物联网设备，现场监测点设备分为一体化雨量站和剖面监测无线传感器两种类型，无线传感器包括无线表面位移计、无线深部位移计、无线水位计、无线土壤含水率传感器，此类传感器均由无线传感器终端机和传感器前端组成[5]。监测参数主要包括：地下水位、滑坡体表面裂缝宽度（表面位移）、滑坡体深部水平位移和土壤含水率。每处滑坡体深部水平位移测量范围包括3个不同深度的层，土壤含水率监测形式在地表面以下每间隔40cm布设一支传感器，共布设5支。对于降雨量和灾体表面位移信息采集主要使用增量触发工作机制，而地下水水位、深度位移和土壤含水率信息采集主要使用定时上报工作机制。
2.1.2数据传输
上述监测数据传输系统主要利用现有的应急卫星资源，依托公共网络资源，实现监测点野外现场与中心平台间的信息传输。系统利用本地无线网络将传感器接收的信息上传，通过物联网网关设备将采集信息进行收集，采用移动4G，WLAN、北斗等多种通讯接口，将监测信息传送到县滑坡监测中心、湖北省地质环境总站监测中心[6]。监测中心采用GPRS和SMS短信两种方式接收数据，中心由计算机网络环境、数据接收设备以及有固定IP接入的网络专线以及短信接收发送前置机（连接通讯服务器）组成。兴山县滑坡监测中心主要采用短信接收信息，设备构成相对简单，通讯接收服务器和短信接收发送前置机、数据库服务器等设备组成监测中心。
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2.1.3数据分析与处理
监测数据通过本地无线传感器网络集中到本地无线网络协调器，再经过GPRS和GSM短信方式分别传送到兴山县滑坡监测中心和湖北监测数据中心。上述任务完成之后，使用通信服务程序对监测数据进行的检错、格式归一化处理，再以TCP/IP方式发送给数据库服务器，入库软件程序对库中数据进行解析、标记、合成等处理之后，再将数据写入相应的数据库[7]。监测中心运行基于WebGIS平台开发的服务软件，该软件从数据库中读取遥感监测数据，以网页的方式和图形化的界面显示实时遥测数据及数据统计分析报表等。
2.2系统功能特色
地质灾害自动化监测系统可以对地质灾害监测站点的雨量、水位、表面位移、深部位移、土壤含水量数据及设备工作电压和环境温度数据，快速采集、存储，并且各监测点数据采集和发送周期可用便携机在现场进行配置。无线网络通讯技术支持多种形式的通信，具有强大的设备联网功能和数据安全特征。同时，多跳式路由通信可靠，网络自组、自愈能力较高。一体化雨量监测站可对比设定的预案发出三级声、光告警信息，通过无线广播或其它报警系统提示居民安全避险。监测中心可以随时获取监测数据、读取任意时段自记数据或监测站工作状态等信息，可使用电话、超短波电台、短信群发、自动传真、卫星、乡村无线广播等多种通讯、广播手段快速发布警讯到本级或下级组织，直至自然村、户、人，并向开启安全避险用户发送确认信息。
系统采用GPRS和本地无线网络通讯技术构建，监测点无需任何传感器电缆布线，设备防雷效果好。监测剖面各测量参量统一协议，中心站可以通过单一通讯设备实现数据统一接收。雨量和表面位移（裂缝）监测采用实时触发机制，异常情况反应快速，并具有报警功能。设备功耗低、节电，可实现现场长期无人值守，提高效率。现场数据采集和无线通讯设备为全野外设备，抗环境能力强，可在暴雨、洪水、高温、雷电等恶劣环境下长期工作。
3系统应用软件
地质灾害自动监测应用软件使用了J2EE技术，构建基于WEBGIS的应用系统。该系统以可视化图形界面形式，展示灾害区监测点的地理分布，支持对实时监测数据动态浏览、查询、定位和紧急告警。系统对各种监测数据分析处理，以报表及图形报表形式展示监测数据分析结果，实现对过程线、等值线、等值面图形分析、站点及设备管理等多种功能。
小结
本文在分析研究了物联网技术在地质灾害自动监测系统应用，将无线局域网络技术和GPRS无线通讯技术相结合，实现监测数据的采集、传输、分析与处理，充分发挥物联网技术在地质灾害自动监测中的优势，实现对监测区地质灾害全面实时感知，为省-县级地质灾害防治中心提供新技术，从而促进地质灾害监测预警应急指挥向着自动化和智能化方向发展。
参考文献：
[1].徐永强，马娟，基于物联网技术的地质灾害动态监测预警体系及其架构[J].中国地质灾害与防治学报，2013，24（03）：90-93
[2].杜金星，夏燕秋，马金辉.基于物联网技术的白龙江流域地质灾害监测预警系统的设计与实现[J].兰州大学学报（自然科学版），2014，50（05）：757-764
[3].刘传正.突发性地质灾害的监测预警问题[J].水文地质工程地质，2001，（02）：1-4
[4].王洪辉，李鄢，庹先国，孟令宇.地质灾害物联网监测系统研制及贵州实践[J].中国测试，2017.（02）：21-25
[5].黄健.基于3D WebGIS技术的地质灾害监测预警研究[D].成都理工大学，2012.
[6].石爱军，马娟，齐安文，薛跃明，黄喆，张斌.物联网技术在突发地质灾害应急响应中的应用研究[J].水文地质工程地质，2014，41（05）：148-152
[7].何相呈.基于物联网的公路边坡危岩体监控预警系统研究[D].重庆交通大学，2013.
论文作者:杨帆,李冉,刘思颖
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/8
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