大數據在地質災害的應用
❶ 大數據可以應用在哪些方面
可以應用在雲計算方面。
大數據具體的應用：
1、洛杉磯警察局和加利福尼亞大學合作利用大數據預測犯罪的發生。
2、google流感趨勢(Google Flu Trends)利用搜索關鍵詞預測禽流感的散布。
3、統計學家內特.西爾弗(Nate Silver)利用大數據預測2012美國選舉結果。
4、麻省理工學院利用手機定位數據和交通數據建立城市規劃。
5、梅西百貨的實時定價機制。根據需求和庫存的情況，該公司基於SAS的系統對多達7300萬種貨品進行實時調價。
6、醫療行業早就遇到了海量數據和非結構化數據的挑戰，而近年來很多國家都在積極推進醫療信息化發展，這使得很多醫療機構有資金來做大數據分析。
7、及時解析故障、問題和缺陷的根源，每年可能為企業節省數十億美元。
8、為成千上萬的快遞車輛規劃實時交通路線，躲避擁堵。
9、分析所有SKU，以利潤最大化為目標來定價和清理庫存。
10、根據客戶的購買習慣，為其推送他可能感興趣的優惠信息。
(1)大數據在地質災害的應用擴展閱讀：
大數據的用處：
1、與雲計算的深度結合。大數據離不開雲處理，雲處理為大數據提供了彈性可拓展的基礎設備，是產生大數據的平台之一。
自2013年開始，大數據技術已開始和雲計算技術緊密結合，預計未來兩者關系將更為密切。除此之外，物聯網、移動互聯網等新興計算形態，也將一齊助力大數據革命，讓大數據營銷發揮出更大的影響力。
2、科學理論的突破。隨著大數據的快速發展，就像計算機和互聯網一樣，大數據很有可能是新一輪的技術革命。可能會改變數據世界裡的很多演算法和基礎理論，實現科學技術上的突破。
參考資料：
網路--大數據
❷ 在地質災害評價與其他地質調查中的應用
一、地質災害評價與監測
地質災害主要指崩塌（含危岩體）、滑坡、泥石流、岩溶、地面塌陷和地裂縫等。災害的地質評價與監測的目的是為了科學地確定地質體特徵、穩定狀態和發展趨勢，為分析地質災害發生的危險性，論證地質災害防治的可行性和比選防治方案，最終確定是否要治理，採取躲避方案或實施防治工程對策提供依據。
地質災害勘查的任務與內容包括查明地質災害體的特徵及其地質環境以及自然演化過程或人為誘發因素；分析研究地質災害體的成因機制；勘查地質災害體的形態、結構和主要作用因素等，並評價其穩定性；預測地質災害體的發展趨勢，評價其危險性；和進行防治工程可行性論證，提出防治工程規劃方案。
1.工程建築場地的岩溶和洞穴的調查
對於機場、公路及大型工程建築場地，地下洞穴、人防工程嚴重威脅著地面建築的安全。由於地下洞穴或人防工程的存在，引起地表塌陷，地面建築遭受破壞的現象時有發生，這一現象已引起人們的高度重視，如我國北方的一些城市，廢棄的人防工程已經成為城市建設的主要地質災害之一。因此，在工程地質勘查中採用物探方法查明埋藏地下的土洞、人防工程等不良地質現象，對合理地進行地面建築設計和地基加固是十分必要的。
柳州機場在施工過程中發現有數處大小不一的土洞，為確保機場跑道的安全，在跑道位置進行了探地雷達探測。探測中採用了SIR-10型地質雷達，天線頻率為100 MHz。在跑道位置探查出三處洞穴異常。經開挖驗證，均發現有較大洞穴。洞穴在雷達圖像上的反映呈雙曲線形，圖5-4-1為土洞的地質雷達圖像，開挖驗證的實際洞穴如圖5-4-2。這一探測結果，排除了機場跑道的隱患。
溶洞是可溶岩的一種常見的地質現象，溶洞的存在對可溶岩區的工程建築有較大的危害。當岩面覆蓋為易被沖蝕的滲透地層，且岩溶與上覆地層存在水力聯系時，這種水力聯系加速了岩溶發育。當岩溶頂部變薄不能支持上方地層負荷時，就會發生塌落。
圖5-4-3為廣州花都市某地的開口溶洞的探地雷達圖像。該處覆蓋層為細顆粒粉砂，有一定滲透性，其下為灰岩。灰岩面附近岩溶發育，在灰岩面的地質雷達圖像中可見不規則強反射波。強反射波形成的區域內有一組周期短的弱反射波，其特徵與上覆地層反射波特徵類似，這表明灰岩中空洞已被上覆地層沖蝕的土體所充填。由於開口溶洞上方土體已遭沖蝕，因此，其反射波形態特徵與周圍土層的反射波形態特徵不同，表明上覆地層已受到擾動。擾動土層與充填溶洞構成了開口溶洞特徵。這類溶洞使上覆地層承載力明顯降低，容易引起坍塌。
圖5-4-1 柳州機場洞穴的雷達圖像
圖5-4-2 開挖驗證的實際洞穴圖像
唐山市坐落在斷裂活動帶和隱伏岩溶區，在自然和人為因素影響下曾多次發生岩溶塌陷、地面變形等地質災害，給人民生命、財產安全和經濟建設帶來巨大危害。為了查明第四系覆蓋層厚度並確定基岩中溶洞與斷層位置。在唐山市第十中學操場，對曾經發生過岩溶塌陷並已作填石處理的地段開展了人工地震勘探。縱波反射觀測採用1 m道間距，20 m偏移距，12 次水平疊加；橫波反射觀測參數採用1m道間距，20m偏移距，6次水平疊加。
圖5-4-3 某開口溶洞的地質雷達圖像
該區基岩為中厚微晶灰岩夾泥岩，埋深24.2 m。圖5-4-4為該測區縱波剖面圖，圖中，基岩反射波在已知塌陷坑處同相軸缺失，並有錯斷，反映了斷層破碎帶的形態。其他部位基岩反射波同相軸連續，是完整基岩的反映。
圖5-4-4 唐山市第十中學操場岩溶塌陷地震縱波反射剖面圖
2.地裂縫的物探勘查
西安市是地裂縫的多發區，近年來由於頻繁的構造運動及大量抽水等作用，地面及地下常出現地裂縫，嚴重地破壞了地面及地下的各種建築設施。查明地裂縫的存在與否及地裂縫的位置、埋深、下延深度及其走向延伸，對西安地區的城市規劃和建設有重要意義。
為了證實地裂縫是基底斷裂構造向上延展活動的成因機制，開展了淺層高解析度地震勘探，對展布在西安市的十條地裂縫帶布置了垂直地裂縫帶的地震測線，任務是探查地裂縫帶下是否有隱伏的第四紀斷層。
觀測系統為道間距5 m，最小偏移距220 m。儀器參數為：采樣間隔1 ms，記錄長度512 ms或1024 ms，低截頻率90 Hz。
在第四系平均厚度600 m的地層內，存在可連續追蹤的地震反射層有七組，按其反射時間由小到大標記為t1～t7，與鑽孔地質剖面對比，七組反射層與地質層位關系如表5-4-1。
表5-4-1 地震反射與地層關系表
地震勘查結果證明，跨越地裂縫帶的24條地震剖面，均存在有第四紀斷層，斷層面南傾，傾角較陡，南側的上盤下降，北側的下盤上升，其產狀和斷層特性與其上部地裂縫具有的正斷層式差異沉降特徵是一致的，即以地裂縫為界，南側的上盤土體相對下沉，北側的下盤土體相對上升（圖5-4-5）。
隨著反射層t1～t6深度逐漸加深，各反射層所對應的斷距逐漸加大，而不是所有反射層的斷距都相等。這種現象在所有地震剖面上都存在，它反映了第四紀斷裂是基底斷裂繼承性發展，地裂縫是第四紀斷層在地表的出露。
由於地裂縫具有寬度小、埋深變化大和走向延伸較長等特點，因此，高密度電阻率法對地裂縫探測也有較好的效果。西安工程學院採用中間梯度法和高密度電法相結合對西安市地裂縫進行實驗研究。圖5-4-6是在已知地裂縫上的電探綜合剖面圖，由圖可見，視電阻率高值帶不僅反映出地裂縫的位置，而且也反映出其傾向和位錯動情況。該處探槽可見地裂縫F1、F2寬度分別為1 cm和2 cm。可見，高密度電阻率法在地裂縫探測中有較高的解析度。
地質雷達方法對地裂縫的探測也十分有效（圖5-4-7）。地層受剪切和張力作用產生裂縫，造成地層某一位置錯斷。垂直裂縫走向布置地質雷達測量，地裂縫在雷達剖面上表現為同相軸錯斷，其錯斷程度與裂縫發育程度有關，若裂痕沿橫向發育，裂縫內物質電磁波的吸收，也往往造成此部位反射波同相軸局部缺失，其缺失的范圍與裂縫發育范圍有關。
圖5-4-5 跨越地表地裂縫的反射地震剖面
圖5-4-6 地裂縫上的綜合勘測剖面圖
3.滑坡的監測與調查
在滑坡動態監測中，根據岩土的動力學特徵的動態變化與地球物理場變化的相關性研究，可監測滑坡的形成與發展的動態過程，為災害的預測與防治提供參考資料。
滑坡是由岩石的突然崩塌或岩（土）體滑動造成，地質環境各異，成因各不相同。目前用於調查滑坡范圍及隨時間變化過程研究的地球物理方法較多，如用重力測量圈定滑坡范圍，自然電位監測滑坡動態，地溫測量監測與滑坡有關的地下水流動態。放射性、電法、地震、地質雷達測量也是滑坡調查中常用的方法。
圖5-4-7 地裂縫上的地質雷達剖面圖
此外，目前正在進行研究的有：利用岩石破碎時的聲發射與電磁脈沖輻射，採用聲波測量與電磁波測量監測滑坡動態；利用微動觀測監測滑坡體震動頻譜，確定滑坡滑動方向與滑動面蠕變等方法。
圖5-4-8 為電法和地震研究滑坡的實例，滑坡體靠近高加索，由砂質粘土組成，下部為泥岩風化殼。電測深結果將斜坡斷面分三層，上層為滑體（ρ1=13～29Ω· m），中層為風化泥岩，屬滑動面（ρ2=2～4Ω·m），下層是未風化泥岩組成滑床（ρ3=2～12Ω·m）。地震測量結果將滑坡分上、下兩層與滑體和滑動帶相對應（vP=340～360 m/s），下層與未風化泥岩頂部相符（vP=1360～1400 m/s），速度界面只有一個。在滑坡上部電法和地震的上界面十分吻合，而在滑坡底部速度界面高出電性界面，原因是未風化泥岩上部裂隙度增大造成，這種軟弱帶有可能產生新的滑坡。
圖5-4-8 根據地球物理研究結果綜合繪制的電性界面斷面圖
前蘇聯成功的採用氡氣測量判斷坡度的穩定性，圈閉滑坡體並監測滑坡發展的過程。圖5-4-9示出莫斯科列寧山滑坡地區氡氣測量結果，由圖可見，滑動地塊中氡的濃度通常高於周圍的穩定地段。因此，在不同時間系統進行氡氣測量將可監測滑坡從穩定地塊向活動地塊發展的過程，以及趨向穩定的轉變。
4.煤田陷落柱的調查
陷落柱是煤田開采中危害極大的地質災害之一，它通常是由於基底厚層灰岩中古溶洞的塌陷加上煤層蓋層塌落形成的。目前對陷落柱的調查中通常採用的地球物理方法有放射性、電法及人工地震等。
圖5-4-9 俄羅斯莫斯科列寧山一個滑坡上氡氣測量的結果
放射性方法調查陷落柱的根據是地下水在循環過程中由淺部氧化帶溶解的微量鈾，到達深部還原帶並沉澱在陷落柱的空隙帶中，使得鈾的含量高於周圍的岩石。鈾衰變為鐳後在還原條件下易溶於水，含鐳的地下水沿孔隙向上運移到達氧化帶又沉澱在土壤表面形成鐳暈，同時鈾、鐳衰變後形成氡氣異常，氡氣又衰變為210Po核素，因此，通過氡氣測量或210Po測量，可以間接調查陷落柱。通過氡氣測量或210Po測量，可以間接調查陷落柱。一般來講，210Po法在陷落柱上方的剖面曲線特徵為馬鞍形，即陷落柱邊緣上異常曲線出現高峰值，而在陷落柱的中間210Po值較低，但仍然高出正常值。
河北大油村煤礦陷落柱調查以210Po測量為主，配合電測深、甚低頻電磁法、伽馬測量等地球物理方法，取得較好結果。礦區第四紀地層厚80～120 m，其中河卵石厚30～50 m，下部為二疊紀砂岩、粉砂岩、泥岩互層及煤層，礦區已發現兩個陷落柱，其中DX-1已由巷道控制，DX-2剛開始揭露。210Po測量結果如圖5-4-10所示，210Po脈沖數為60的異常值圈定的結果與已知陷落柱的范圍相符，並圈出新的異常區DX-2的范圍。
5.采空區的調查
采空區是由人類活動引起的地質災害之一，它對地面建築和人身安全帶來嚴重隱患。為了研究對采空區的有效探測方法技術，近年來，煤炭科學研究總院和其他一些科研部門對此進行了大量的研究工作。研究成果表明，採用地震勘探、高密度電法、瞬變電磁、地質雷達、鑽孔彈性波CT、α卡法測量法等物探方法對探測采空區都具有一定的效果。由於每一種物探方法的應用都受到探測深度、地形地貌和岩土特徵的影響，因此，各種方法都有其適應范圍，在實際應用中，應根據具體的地質情況和方法的有效性實驗後選擇適用的物探方法。
圖5-4-10 大油村煤礦210Po異常平面圖
高密度電阻率法和地質雷達對埋藏較淺的采空區具有較好的探測效果。石—太高速公路山西平定境內遇有礬土采空區，由於工程治理的需要，在施工前需查明采空區的空間分布和規模。探測區段上部為第四系覆蓋層，以粘土為主，電阻率為20～30Ω·m，厚度為0～10 m不等。底部為石炭系地層，以粉砂岩和泥岩為主，電阻率為50～100Ω·m，厚度較大。采空區由於坍塌、充填物鬆散、潮濕或充水，電阻率與圍岩相比差異較大，呈低阻特徵。其中3號采空區由於採用旁柱式開采，截面積較大，其坍塌也更嚴重，埋深大約為20 m。
由於地形地表條件復雜，在高密度探測中採用了非正規測網，在120 m×100 m2，的范圍內共布設12條測線。點距2 m，極距a=（1～16）·x。圖5 4 11為3號采空區Ⅱ、Ⅲ測線的高密度測量結果圖。由圖可見，除地表局部地形和電性不均勻體形成的向上開口的「V」字型干擾異常外，在其深部（39點下方）有一低阻閉合圈異常，范圍較大，相應埋深也較大，與正常背景電阻率相差僅10Ω· m，在相鄰測線上連續出現類似異常，深度變化不大，該低阻異常由采空區形成，異常下方為采空區位置。
圖5-4-11 3號采空區Ⅰ、Ⅲ測線的高密度測量結果
地震勘探是采空區探測中應用廣泛的方法之一。由於采空區的存在，采空區周圍的應力平衡受到破壞，產生局部的應力集中，采空區圍岩在上覆岩層壓力作用下，經過一段時間後發生變形、破碎、位移和塌落，這使得采空區地震波的特徵與未開采區圍岩地震波的特徵相比發生較大的差異。圖5-4-12為徐州某煤礦煤層采空區實測地震剖面圖。
圖5-4-12 徐州某煤礦煤層采空區實測地震剖面圖
圖中可見，在采空區上地震剖面通常有如下特徵：反射波速度明顯降低；反射波（組）突然中斷，跨過采空區後又重新出現；反射波的波形發生紊亂。
α卡法探測采空區是通過測量地表氡射氣含量大小，區分出地質異常及其異常性質。實驗研究表明，地表氡射氣含量與地下構造有著密切關系，岩層的裂隙、斷層破碎帶、岩石風化帶和鬆散帶是氡氣向地表運移的良好通道，這為氡射氣探測地質問題提供了地球物理條件。在老窖采空區大都存在著一定程度的塌陷冒落和裂隙，采空區上方至地表將會形成裂隙發育帶和鬆散帶，成為氡氣上移的通道，通道上方將出現α粒子強度的明顯異常，依此可推斷采空區的位置及范圍。圖5-4-13為徐州某煤礦煤層采空區區段土氡射氣探測剖面圖，強異常出現在采空區上方。
圖5-4-13 徐州某煤層采空區區段土氡探測剖面圖
6.地震預報中的地球物理方法
地震頻繁發生的地區一般是地殼的薄弱帶和活動帶。深大斷裂是幔源物質上侵和地球脫氣的主要通道，是地震活動的發源地。地震活動又派生出新的構造運動，構造運動產生的裂隙帶是氣體上移的通道。利用地表自由逸出的氣體溶解於水中及吸附於土壤中氣體的濃度變化來監測預報地震，是當前國內外廣泛採用的地震預報方法。研究證實，地震前後由於地應力的變化，可引起地下水中化學成分的變化，特別是水中氣體成分對地應力的反應十分靈敏。因此，水中氣體成分的變化可作為地震發生過程的重要標志，其中汞是對地震前兆響應最為靈敏的有效指標。
1985年11月21日，北京西郊妙峰山發生4.1級地震，震中距北京火車站汞監測井40 km；同年11月30日河北巨鹿發生5.1級地震，震中距汞監測井125 km。據北京火車站觀測井的水汞含量觀測，水中汞濃度有明顯變化，正常情況下，水中汞的平均值為14 ng/L。妙峰山地震臨震前汞濃度達到629.3 ng/L，為平均值的42倍（圖5-4-14）。
圖5-4-14 京西妙峰山、巨鹿地震前後北京火車站觀測井水中汞量變化曲線
由於大地震的發生大多與斷層活動有關，而活動斷層是地表與地殼深部聯系的通道，在活動斷層附近，通過土壤中氡和水中氡測量，可以從地表直接獲得深部構造活動的信息。在山東菏澤，1987年發生7.0級地震，據劉西林和華愛軍1984年進行的8條剖面氡測量結果，認為1987年的7.0級地震和1983年的5.9級地震是北西向定陶—成武斷裂和北東向的解元集—小留集斷裂的共軛斷裂發震，並確定了其產狀和活動程度。
二、在考古研究中的應用
地球物理方法在考古中發揮著重要的作用。通過地面高精度磁測對古遺址分布區內與回填土的磁性差異的探測，可了解遺址的位置、邊界形態及鐵磁性器物的賦存特徵；通過電阻率法、激發極化法、自然電場法、地質雷達等手段了解不同岩土層及各種金屬器物和介質的電性差異；通過地震反射波和地震面波方法探測古墓與周圍介質的彈性差異，探索陵墓地宮的結構和深度的邊界及埋深；利用放射性勘測技術及天然氣態放射性元素氡濃度變化的測量，來了解某些陵墓區或古建築遺址地下結構的分布。物探方法用於考古工作，可實現對古文化的無損探測，提高了考古發掘的准確度。例如中科院地球物理所採用地震面波、高精度磁測、大地電場岩性探測和地球化學測汞對三峽庫區故陵楚墓的探測，准確地確定出故陵楚墓的位置和分布形態，證實了所推測的古墓的存在，為三峽庫區文物搶救保護解決了重要的難題。
1.高精度磁測在考古中的應用
地面高精度磁測是對古墓、古文化的分布探測中最主要的地球物理方法之一。古遺存或古人類化石本身及所處地層的磁性、磁化率、磁化率各向異性、剩餘磁化強度等與周圍環境存在的磁性差異是磁測考古的基礎。經有關學者研究得出如下結論：被火燒過的泥土製品、土壤、石頭等可獲得較強的磁性；有機質的腐爛使土壤獲得較高的磁性；人為翻動過的土壤或夯土、與周圍天然的沉積物之間有明顯的磁性差異；表5-4-2給出了不同考古材料的磁性參數。
表5-4-2 不同考古材料的磁性參數（據中國地質大學閻桂林）
考古對象的空間規模一般較小，形態復雜，埋深不一。考古對象與周圍物質間雖有一定的磁性差別，但磁性還是較弱，再加上人文干擾，所以，考古對象產生的磁異常，其特點是范圍小，強度低，梯度變化大，形態多樣，有時干擾嚴重。因而，在考古調查中必須採用高精度的質子磁力儀或光泵磁力儀。
地面磁測時測網的比例尺一般為1∶100～1∶200。儀器探頭距地面高度可為1 m至0.1 m。除觀測磁場強度ΔT外，還可觀測磁場的垂直梯度變化ΔTZ。河南新鄭某古墓的調查是磁法考古探測的成功實例之一。
該測區位於一戰國至漢代古墓葬區內，黃土覆蓋，土質均勻，地形平坦。墓葬區已經初步鑽探普查，磁力調查是作為詳查和核實。採用兩台MP 4 型質子磁力儀，一台用於地磁日變觀測。儀器探頭距地面高0.5 m。測網比例尺1∶200，線距2 m，點測1 m。觀測結果見圖5-4-15。由ΔT平面等值線圖可見，在已知墓葬A、B、C及大型陪葬坑上顯示出一定強度和輪廓明顯的磁異常。有些異常還勾繪出墓葬的形態及細節。如A異常清楚顯示該墓有一較長的南北向墓道，墓室南側有兩個小耳室。A墓引起的磁異常為20 nT左右。據其形態，考古工作者判定為漢代「甲」字型磚墓。B異常形態表明該墓為典型的「刀」字型磚墓。圖中黑粗線輪廓是根據磁異常推斷的結果。C異常較弱，對其墓的形態輪廓顯示不清楚，這表明該墓為一土坑墓，非磚結構。E、D異常反映的是兩個新發現的墓葬，沒有原始資料。陪葬坑的磁異常南、北部分有較大的區別，它表明坑內較多的陶器物品主要堆放在坑的南半部。該區這些異常推斷的遺存埋深為地下1～2m。實際鑽探資料證實了磁測結果的分析。
圖5-4-15 河南新鄭戰國至漢代某古墓的磁異常等值線圖
2.電法在考古中的應用
電法也是考古工作中常採用的地球物理方法。一般古墓多埋藏於第四系鬆散地層中，古墓上下及周圍應有厚度不等的青膏泥（粘土）填充，構成一個以厚層粘土包裹著的「古墓體」，此外，墓室有可能有地下水滲入。這就使得古墓與周圍地層存在一定的磁性與電性差異，為採用電法探測古墓提供了地球物理條件。
圖5-4-16是河南省某古墓地面磁測剖面平面圖。圖中各測線在22～26點和30～36點形成了兩個近EW向的條帶狀正異常（ΔZmax=53 nT），其間有一下降近20 nT的鞍部，其南、北、東三面均為負異常。結合地面情況推斷兩條正異常的鞍部為古墓位置，而南、北、東三面負異常為高差近20 m的人工開挖陡壁引起。
圖5-4-17是0號 剖面等視電阻率斷面圖。由圖可見，0線在三角點往西有ρs小於8Ω·m的極小值區，其他測線也有同樣反映。極小值出現在AB/2=40～100 m之間，以AB/2=65 m為中心部位。圖5-4-18是AB/2=65 m的等ρs平面圖。由該圖反映出ρs小於8Ω·m的極小值范圍為坐標原點往西11.2 m，坐標原點往南9.8 m。該范圍內ρs值均在7.2～7.65Ω· m內，且范圍外 ρs變化梯度較大。由此推斷 ρs小於8Ω·m的范圍為主墓葬的位置。本區電測深曲線類型以H型為主，按電性可分為三層：第一層為覆蓋層，第二層為「古墓體」，第三層為「古墓體」底板。由電測深曲線解釋得主墓頂部埋深為6.9 m，底板埋深為21 m。經挖掘驗證，基本與物探探測結果相符。
圖5-4-16 河南省某古墓磁測剖面平面圖
圖5-4-17 0線等ρs斷面圖
圖5-4-18 等ρs平面圖
3.地質雷達在古遺址探測中的應用
由於古遺址體與周圍介質在相對介電常數上存在有差異，為地質雷達方法探測古遺址提供了地球物理條件。對於埋深較淺的古遺址，採用地質雷達方法具有較好的探測效果。湖北大冶銅錄山古銅礦遺址是我國西周末期與春秋戰國時期的采礦遺址，該銅礦目前仍在開采，為了協調礦山開采與古銅礦遺址保護之間的關系，應用地質雷達探測了銅礦遺址的規模及其分布，取得了令人滿意的探測結果。
古銅礦遺址（稱老窿區）都形成於接觸破碎帶中相當於礦體的氧化次生富集帶中，鑒於當時開採的對象為高品位銅，因此老窿區發育地段首先要具備一定數量高品位銅礦可開采，二是當時用人力與較原始的工具挖掘，開采礦石的層位應該比較松軟，老窿區對應的是接觸破碎帶經強烈風化區，古礦坑內都有回填土充填，回填土與原狀土的差異明顯。因此調查中老窿區的探地雷達圖像應有如下特徵：①由於地層風化是逐漸加深，因此原狀土風化層應為一組均勻密集的窄反射波，同時地層風化進程是同步的，因此這些反射波的同相軸平整且可橫向追蹤；②老窿區現由回填土充填，而回填土與原狀土差異增大，並且老窿區應處在礦石高品位地段，雖然銅已被開采，但鐵礦石仍保留，因此反射信號強度大；③原狀大理岩或矽卡岩由於物性相對均勻，因此反射界面相對較少，基本無明顯的反射信號。
圖5-4-19 老窿區的探地雷達圖像
圖5-4-20 地質雷達與勘探結果對照圖
圖5-4-19為老窿區的地質雷達圖像。由圖可見原狀土為密集的窄反射波，而老窿區中的回填土為強反射波，橫向變化大且同相軸難以追蹤，原狀土與回填土兩者差異明顯。根據雷達剖面圖像我們構築了3個高程的老窿投影與勘探解釋進行對照。圖5-4-20為Ⅲ號遺址老窿投影的地質雷達與勘探結果對照圖。（a）是勘探結果，（b）是地質雷達解釋結果。由圖可見標高+53 m與+48 m老窿投影的地質雷達解釋結果與勘探結果基本一致，但標高+43 m的老窿區投影與雷達解釋結果有較大差異，這是因為在無鑽孔區地質人員往往採用外推法解釋。而這種解釋在不規則的老窿區會產生較大的誤差。
杭州雷峰塔始建於公元972年，於1924年倒塌，為了重建雷峰塔，浙江省考古所進行考古挖掘工作，為了確定雷峰塔是否存在有地宮，祝煒平等人開展了地質雷達方法探測工作，根據探測結果，明確了雷峰塔地宮的存在，提供了地宮的大致位置，為雷峰塔地宮的考古挖掘起到了指導作用。雷峰塔地宮探測中使用的地質雷達是瑞典瑪拉公司生產的RAMAC/GPR地質雷達，選用的工作天線的中心頻率為250 MHZ，在遺址上布置了四條呈「豐」字形地質雷達測線，測線間距為1.5 m，測點間距為0.03～0.05 m，採用剖面法測量。
圖5-4-21為雷峰塔塔基內的一條地質雷達探測剖面圖，橫坐標為1.0～2.8 m，縱坐標1.3～2.6 m處雷達波同相軸錯斷，橫坐標1.5～2.4 m，縱坐標2.6 m處有一雙曲線型拱起的反射波同相軸，塔基中心位置的雷達波圖像與周圍介質的雷達波圖像的差異明顯，因此，雙曲線型拱起異常應為地宮引起。地宮存在的范圍，測線1.0～2.8 m，埋藏深度1.3～3.1 m。考古挖掘表明，地質雷達探測的結果是准確的，水平位置1.0～2.8 m，縱向深度1.3～2.6 m處雷達波異常反射由夯土層引起，地宮大小為0.9×0.9 m，高0.5 m。圖5-4-22為地宮挖掘後繪制的地質剖面圖。
圖5-4-21 塔基內一條雷達探測剖面圖
圖5-4-22 地宮挖掘後繪制的地質剖面圖
❸ 地質災害的遙感技術在地質災害中的應用
（一 ) 地質災害分級
地質災害按照人員傷亡、經濟損失的大小,分為特大型、大型、中型和小型四個等級。具體標准如下 :
1. 特大型 :
因災死亡和失蹤30人以上或者直接經濟損失1000萬元以上的；
2. 大型 :
因災死亡和失蹤 10 人以上 30 人以下或者直接經濟損失500萬元以上 1000 萬元以下的；
3. 中型 :
因災死亡和失蹤3人以上10人以下或者直接經濟損失100萬元以上 500 萬元以下的 ;
4. 小型：
因災死亡和失蹤 3 人以下或者直接經濟損失100萬元以下的。
( 二)速報原則
情況准確,上報迅速,縣為基礎,續報完整。
( 三)速報程序
1. 發生特大型地質災害後,災害所在縣(市)國土資源主管部門應於6小時內速報市 (地)級國土資源主管部門,同時越級速報省級國土資源主管部門和國土資源部,並根據災情進展,隨時續報,直至調查結束；
特大型地質災害由國土資源部或委託省(區、市)國土資源主管部門及時組織調查和作出應急處理。委託省(區、市)國土資源主管部門進行調查處理的,最終形成的應急調查報告應盡快上報國土資源部。
2. 發生大型地質災害後,災害所在縣(市)國土資源主管部門應於 12 小時內速報市 ( 地〉級國土資源主管部門,同時越級速報省級國土資源主管部門和國土資源部,並根據災情進展,隨時續報,直至調查結束。大型地質災害由省級國土資源主管部門及時組織調查和作出應急處理,並將最終形成的應急調查報告上報國土資源部。
3. 發生中型地質災害後,災害所在縣(市)國土資源主管部門應於24小時內速報市(地)級國土資源主管部門,同時越級速報省級國土資源主管部門。中型地質災害由市(地)級國土資源主管部門及時組織調查和作出應急處理,並將應急調查報告上報省級國土資源主管部門。
4. 發生小型地質災害後,災害所在縣(市)國土資源主管部門應及時向市 ( 地〉級國土資源主管部門報告,並負責組織調查和作出應急處理；
(四)速報內容
1.速報報告:負責報告的部門應根據已掌握的災情信息,盡可能詳細說明地質災害發生的地點、時間、傷亡和失蹤的人數、地質災害類型、災害體的規模、可能的誘發因素、地質成因和發展趨勢等,同時提出主管部門採取的對策和措施。
2.應急調查報告:地質災害應急調查結束後,有關部門應及時提交地質災害應急調查報告。報告內容包括:
（1） 搶險救災工作；
（2）基本災情；
（3）地質災害類型和規模；
（4）地質災害成災原因,包括地質條件和誘發因素(人為因素和自然因素)；
（5）發展趨勢；
（6） 已經採取的防範對策、措施；
（7）今後的防治工作建議。 對於發現的直接受地質災害威脅人數超過1000人或者潛在經濟損失超過1億元的特大型地質災害隱患點,地方各級國土資源主管部門接報後,要在2日內將險情和採取的應急防治措施上報國土資源部,並根據地質災害隱患變化情況,隨時做好續報工作。
❹ 認識大數據對減輕地震災害有什麼意義
1、經過汶川大地震，使我們對生命有了新的認識——這句話的問題在於沒有主語。版可以改成「經過汶權川大地震，我們對生命有了新的認識」或「汶川大地震使我們對生命有了新的認識」歡騰的人群以前所未有的熱情來擁抱和迎接聖火——人擁抱聖火是會燒傷的~呵呵個人意見哈，是改成「歡騰的人群以前所未有的熱情來迎接聖火」或「歡騰的人群以前所未有的熱情迎接聖火，以擁抱迎接火炬手」
❺ 大數據用於自然災害的預警在哪些方向
自然災害是指由於自然異常變化造成的人員傷亡、財產損失、社會失穩、資內源破壞等現象或容一系列事件。它的形成必須具備兩個條件：一是要有自然異變作為誘因，二是要有受到損害的人、財產、資源作為承受災害的客體。
自然災害主要包括氣象災害（台風、暴雨、乾旱、洪澇、風暴潮、海嘯等）和地質災害（地震、滑坡、泥石流、地面沉降等）。
❻ 實時監測技術在地質災害防治中的應用——以巫山縣地質災害實時監測預警示範站為例
高幼龍1張俊義1薛星橋1謝曉陽2
(1中國地質調查局水文地質工程地質技術方法研究所，河北保定，071051;2西北化工研究院，陝西臨潼，710600）
【摘要】本文在地調項目工作實踐的基礎上，系統地總結了地質災害實時監測的含義、特點和系統構成。詳細介紹了巫山縣地質災害實時監測預警示範站的構建，針對實際運行狀況，評價了實時監測技術的可行性和可靠性。
【關鍵詞】地質災害實時監測遠程傳輸示範站
1 引言
隨著現代科學技術的發展和邊緣學科的相互滲透，自動控制、網路傳輸等越來越多的技術被不斷應用於地質災害的監測當中，極大地提高了監測的自動化水平，在一定程度上緩解了生產力匱乏和地質災害急劇增加之間的矛盾。國際上，美國、日本、義大利等發達國家在一定的區域范圍內建立了基於降水量、滲透壓、斜坡變形等參數的地質災害實時監測系統，藉助國際互聯網實現了監測數據的集中處理與實時發布。與之相比，我國地質災害監測的實時化、網路化水平依然較低，監測信息為公眾服務的功能未能得到明顯體現，預警的信息渠道不暢，對重大臨災的地質災害缺乏快速反應能力。因此，在我國進行地質災害實時監測預警研究，對重大災害體實施實時化監測預警，具有十分現實的意義。
筆者在參加地質調查計劃項目《地質災害預警關鍵技術方法研究與示範》的過程中，對實時監測技術進行了較為深入的研究，並在我國重慶市巫山縣新城區建立了地質災害實時監測預警示範站，經過1.5個水文年的示範運行，驗證了實時監測的可行性和可靠性。在對示範成果初步總結的基礎上形成此文，以期實時監測技術得以快速成熟及推廣應用，為我國地質災害防治事業作出貢獻。
2實時監測的含義和特點
實時監測（Real-Time Monitor,RTM）指通過各種監測、採集、傳輸、發布技術，讓目標層人員在第一時間內了解、掌握有關災害體的變形動態和發展趨勢，進而作出決策的多種技術的集合。其最主要的特點為實時性，即遠程的目標層人員可在第一時間獲取災害體的全部變形信息，而獲取的過程是自動的，無需技術人員值守干預。顯而易見，實時的特性可以最大限度地解放勞動力，降低監測人員風險和運營成本。
同傳統監測技術相比，實時監測的數據採集方式是連續的、跟蹤式的，數據的採集周期很短，通常在數小時之內，甚至更短。這對於跟蹤災害體變形過程，進行反演分析具有十分重要的意義。其龐大的數據量通常也會對配套的軟硬體系統提出更高的要求。
不難理解，實時監測也是自動化監測。所使用的監測儀器均需自動化作業方可實現無人值守。監測儀器自動化分為兩種，一種是監測儀器本身具備定時采樣和存儲功能，另一種是通過第三方的自動採集儀控制采樣。不管使用何種方式或基於何種原理，其數據採集是能夠自動或觸發實現的。
監測數據遠程傳輸是實時監測的另一主要特點。通常情況下，監測控制中心設立在遠離災體、經濟相對發達的城鎮區，需要藉助公眾通信網路或其他介質將各種類型的監測數據「搬運」過來，進行相應的轉換計算，生成目標層人員所需要的成果。這個「搬運」過程即監測數據的遠程傳輸。傳輸分為兩種方式，一種是有線傳輸方式，如架設通信線纜或光纜，在電話線兩端載入 Modem等；另一種是無線傳輸方式，如藉助 GSM/GPRS或 CDMA網路、UHF數傳電台或通信衛星等。
由於實時監測是數據自動採集、傳輸、發布等多個技術的集合，其中的任何一個環節失敗均可導致系統無法正常工作，因此，實時監測是存在風險性的。其風險構成除電力（如斷電停電）等保障體系統風險和監測儀器（如感測器、採集儀故障）、傳輸系統（如占線、網路資源不足、數據安全）、發布系統（如網路阻塞、病毒入侵、系統崩潰）等技術風險外，還包括人為抗力風險，如監測儀器設施的人為破壞、網路系統的惡意攻擊等。對於風險的營救除最大程度地降低保障體系風險和技術風險外，需要通過立法、宣傳等有效措施降低人為抗力風險，並設技術人員對監測系統進行即時維護，保障系統正常運行。
3實時監測系統構成
實時監測系統由監測儀器設施、數據採集系統、數據傳輸系統和網路發布系統四個子系統構成。各子系統均可獨立運行，以單鏈的方式協同工作。其工作原理如圖1所示。
圖1實時監測系統工作原理示意圖
3.1監測儀器設施
監測儀器及設施是獲取災害體變形參數最前端、最主要的組成部分，固定安裝於災害體表層或深部，並能夠表徵災害體對應部位的變形、變化。監測儀器的類型取決於所採用的監測方法。在地質災害監測中，常用的監測方法包括災害體地表及深部位移、應力、地下水動態、地溫、降水量等（表1）。監測儀器的精度、數量及布設位置是在地質災害勘查及綜合分析的基礎上，從控制災害體主體變形的需要設計確定的。監測儀器通常和相應的監測設施，如監測標（墩）、保護裝置等相互配合，完成災害體相關參數的獲取。
3.2數據採集系統
顧名思義，數據採集系統用於收集、儲存各類監測數據，是通過單片機或工業控制技術實現的。目前，多數監測儀器均有配套的數據採集及存儲裝置，可按設定的數據採集間隔定時自動化工作，並對原始數據進行轉換計算。數據採集裝置通常具有 RS-232或其他標准通信介面，可以方便地將數據下載至 PC中作進一步分析處理。對於不具備配套數據採集裝置或僅具備攜帶型讀數裝置的監測儀器，則可以通過第三方的數據採集儀實現自動採集工作，通用型的數據採集儀可方便地將頻率、電壓等模擬信號轉換為數字信號加以存儲和處理，並具備標准通信介面和PC交換數據。由於數據採集儀多置於監測儀器附近，二者間通常使用線纜相連接。
表1常用監測技術方法簡表
3.3數據傳輸系統
數據傳輸系統用於完成數據採集儀—控制中心—用戶間的數據傳遞。實際上，控制中心—用戶間通常是利用國際互聯網、通過發布系統實現的，所以狹義上的數據傳輸指數據採集儀—控制中心之間（即災害體現場至控制中心）的數據傳遞。
按照災害體和控制中心空間距離的長短，可將數據傳輸分為近距離數據傳輸（一般低於2km）和遠程數據傳輸兩種類型。前者由於傳輸距離較短，一般採用線纜連接，後者則採用遠程數據傳輸裝置。
按傳輸介質，遠程數據傳輸分為有線傳輸和無線傳輸兩種方式。目前常用的有線傳輸方式有電話線連接（即在電話線兩端載入 Modem對數據進行調制、解調）、光纜連接等，無線傳輸方式有數傳電台（用於中遠距離）、GSM/GPRS或 CDMA移動通信網路、通信衛星等（圖2）。
圖2常用的數據傳輸方法
3.4信息發布系統
信息發布系統通過國際互聯網，以 Web主頁的方式向目標層人員（即用戶）提供各類監測信息。監測信息包括災害體地質條件、發育特徵、監測網布置方式、多元監測數據、監測數據隨時間推移曲線變化情況、監測信息公告及圖片、視頻等。
信息發布系統由底層資料庫和發布主頁兩部分構成。前者用於管理各類基礎信息及監測數據，為後者提供數據源，後者為用戶提供信息訪問平台。二者之間通常採用B/S等架構交換數據。
信息發布系統一旦建立完成後，一些信息內容，如災害體地質條件、發育特徵、監測網布置方式等說明性的文字便相對固定下來，在短時間內不會做大的改動，這些信息通常稱為靜態信息。而隨著時間推移，監測數據及其曲線等信息不斷產生，且呈現動態變化並需在主頁上自動更新、顯示，這些信息稱為動態信息。要實現監測數據的實時發布，需建立動態主頁來顯示動態數據。
由於監測數據是由底層資料庫管理的，故只要即時將監測數據自動寫入資料庫中，為動態主頁提供隨時更新的數據源，便可實現自動顯示，即實時發布。而這一點是易於做到的。
4巫山縣地質災害實時監測示範站簡介
重慶市巫山縣新城區是我國地質災害危害最為嚴重的地區之一，全縣約1/3的可用建設用地受到不同程度地質災害的威脅。通過論證對比，在城區27個較大滑坡（崩塌）中，選擇了近期變形相對較為明顯、危害較為嚴重的向家溝滑坡和玉皇閣崩滑體建立實時監測預警系統進行應用示範。選用GPS監測地表位移、固定式鑽孔傾斜儀和TDR技術監測深部位移、孔隙水壓力監測儀監測滑體孔隙水壓力及飽水時的水位、水溫，同時通過安裝儀器的附加功能或定期搜集的方法兼顧了地溫、降水量及庫水位等監測。截至目前，共建立GPS監測標22處（含基準標）、固定式鑽孔傾斜儀和TDR監測點（孔）各3處、孔隙水壓力監測3孔7測點。多種監測儀器在同一地理位置同組安裝，這樣不僅便於不同監測方法之間資料的相互印證對比，還可以僅使用一台採集儀及傳輸裝置採集、傳輸多種監測數據，降低監測系統建設成本；另外，同組安裝便於修建監測機房（現場站）保護監測儀器設施。以上監測方法除GPS因建設成本、人為抗力風險等原因採用定期觀測外，其餘監測方法均採用實時化監測。
4.1示範站數據採集系統
固定式鑽孔傾斜儀、TDR、孔隙水壓力監測儀三種監測儀器均具備配套的數據採集裝置，其中TDR監測技術使用工業控制機作為數據採集裝置，恰好可以作為另兩種監測儀器的上位機，通過多串口擴展，將固定式鑽孔傾斜儀和孔隙水壓力監測儀連接至工控機，定時下載、存儲數據，並在預定時間統一傳輸至控制中心，同時在工控機上存放數據備份，防止數據丟失。示範站數據採集系統結構圖如圖3所示。
圖3示範站數據採集系統結構圖
4.2GPRS遠程無線傳輸系統
示範站控制中心設在巫山縣國土資源局，距向家溝滑坡直線距離2.74km，距玉皇閣崩滑體約0.6km，其間採用GPRS網路進行數據的遠程無線傳輸。
GPRS(General Packet Radio Service，通用分組無線業務）是中國移動通信在GSM網路上發展起來的2.5G數據承載業務，具有傳輸速度快、永遠在線、按量計費等優點。GPRS使用TCP/IP協議，因此可方便地將數據寫入指定（具固定IP地址）的伺服器中。
GPRS數據傳輸硬體為商用型GPRS-MODEM，控制軟體自主編寫，用於控制數據傳輸時間、目標地址及傳輸過程的錯誤處理，由伺服器端和客戶端兩部分構成。伺服器端用於設置網路配置、資料庫連接方式及數據文件、日誌文件和配置文件的存放路徑。客戶端安裝於現場站數據採集儀（工控機）上，控制網路連接、上傳時間、數據編碼、數據備份及傳輸錯誤處理。客戶端軟體和所有的數據採集軟體設置為不間斷工作狀態，在按控制參數工作的同時，接受控制中心的配置指令即時對控制參數進行調整。
4.3示範站信息發布系統
示範站信息發布系統硬體由1台小型伺服器和2台 PC終端的100M區域網構成。通過2M帶寬的ADSL接入Internet。底層資料庫和WEB主頁同時安裝於伺服器上。伺服器操作系統為Mi-croSoft Windows Server 2000，資料庫系統採用 MicroSoft SQL Server 2000。WEB主頁用 ASP.NET和Visual C﹟編寫，和資料庫之間採用B/S架構。在病毒防護和網路安全方面，採用商業軟體瑞星RAV 2004和天網防火牆系統。
（1）資料庫系統
資料庫系統是信息發布系統的基礎，按管理內容分為基礎信息管理、數據管理、輔助信息管理三部分。基礎信息管理的內容包括監測站（包括中心站和現場站）、監測鑽孔、監測點、發布信息、發布圖片等；數據管理內容包括固定式鑽孔傾斜儀、GPS、TDR監測系統、BOTDR監測系統、孔隙水壓力監測儀、環境溫度、降水量、庫水位等；輔助信息管理內容包括分級用戶、下載信息、訪問統計次數等，資料庫系統構成如圖4所示。
（2）數據伺服處理程序
數據伺服處理程序用於轉換、計算現場站傳來的數據，並即時將處理後的結果寫入資料庫中。處理程序採用Visual BASIC語言編寫，通過計時器控制的定時功能觸發寫庫過程，並在完成寫庫過程後刪除原數據以防止重寫。不難看出，數據伺服程序是傳輸系統和發布系統之間的連接，它使兩個彼此獨立的系統有機地結合起來。
（3）示範站信息發布主頁
信息發布主頁為遠程用戶提供所需的全部信息，包括示範站的概況、實時的監測曲線、最新的監測數據等。從發布信息內容、訪問方式及管理維護的角度出發，主頁設計成導航區、發布區、管理區和下載區，為遠程用戶、管理員提供交互。
圖4示範站資料庫系統構成框圖
導航區為遠程用戶提供必要的導航信息，包括公告信息、圖片及相關的專業網站鏈接，展示示範站建設工作的進展、取得的階段性成果及有關的預警內容。
發布區用於提供示範站概況、實時監測曲線及數據查詢。
示範站概況包括示範區自然地理條件、地質條件、示範站工作的整體部署，監測儀器設施（GPS、固定式鑽孔傾斜儀、TDR、BOTDR、孔隙水壓力監測儀等）的性能指標，監測現場站（含中心站）、監測鑽孔、監測點的基礎信息等內容。
實時監測用於顯示各種監測曲線，是發布主頁最核心的內容。從訪問方便的角度出發，實時監測採取了「選擇災體—選擇監測剖面—選擇監測點—選擇監測時段—顯示監測曲線」逐級打開、層層剝落的展示方式，並全部做成圖形方式鏈接，以增強訪問的直觀性。監測曲線的坐標設計成自適應型，圖形的大小在系統的配置文件中設置，並標明數據的最新更新時間。曲線是以圖片的形式顯示的，用戶可以方便地將其下載到自己的PC中保存。
從安全考慮，數據查詢進行了加密，用戶需用授權的用戶名和密碼登錄後方可查看。查詢採取了「選擇監測方法—選擇監測點—選擇監測起始時間—顯示數據表」組合式篩選的方式。輸入界定參數並提交後系統從底層資料庫中找到所有符合條件的記錄，按日期排序後列表顯示。用戶可以全部或部分選取查詢結果，粘貼至個人PC作為WORD文檔保存。
管理區專為系統管理員設計，用於管理員遠程管理文本、圖片、數據等信息，進行信息的添加、修改、刪除、上傳下載等操作。分為信息管理、圖片管理、數據管理、下載管理4個相互獨立的模塊，具有模糊查找等高級功能。
下載區為授權用戶提供工作圖片、視頻、監測報告、軟體等較大文件的下載功能，補充主頁在文件交換方面的不足。
主頁面布局如圖5所示。欲了解發布系統的更多內容，請登錄Http://www.wss.org.cn。
5示範站實時監測系統運行評價
由於本文著重論述實時監測技術的可行性和可靠性，因此不對監測成果和滑坡穩定性動態做更多分析。從以上論述明顯可以看出，在地質災害監測中，構建實時監測系統從技術上是可行性的。本節主要針對巫山縣實時監測預警示範站運行過程中出現的各種問題，從故障統計、故障原因分析等方面，對示範站採集系統、傳輸系統、發布系統的可靠性進行簡單評價，並提出意向性的改善建議。
圖5示範站信息發布主頁面
根據巫山縣地質災害監測預警示範站建設工作日誌，監測系統故障主要發生在傳輸子系統，故障表現形式為數據不傳輸或不正確傳輸，主要原因為GPRS網路信號不穩定造成傳輸隨機中斷所致；其次，撥號連接失敗後的重復嘗試連接導致伺服器80埠長期無效重復佔用，當超過伺服器最大連接數後導致網路無法正確訪問；再次，監測地區不規律的停電常常使保障體系失效，從而丟失數據。此外，示範站伺服器系統遭受過病毒破壞和惡意攻擊，兩次造成網路系統崩潰。可見，實時監測系統在基礎通信條件和保障體系完備的條件下，是能夠穩定可靠運行的。在建設過程中通過安裝長時後備電源系統、功能完善的病毒防火牆和網路防火牆，可有效降低保障體系風險，進一步提高系統運行的穩定性。
6結語
巫山縣地質災害實時監測預警示範站自2003年陸續建設運行以來，在技術人員的維護下，系統運行正常，取得了數十萬個監測數據，發布公告信息及圖片近百條（幅），編寫監測分析簡報數期，實現了監測信息遠程實時訪問，取得了良好的示範效果。實踐證明，將實時監測技術應用於地質災害防治中是完全可行的，也是比較可靠的。可以預見，實時監測技術將是地質災害監測的必然發展趨勢。
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