地质灾害监测数据分析

1. 开放式地质灾害监测系统的研究

史彦新

（中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所，河北保定，071051）

【摘要】本文介绍了一种开放式地质灾害监测系统的构建方案。首先简要叙述了开放式监测系统的概念，随后从监测系统的形成、硬件组成和软件设计3个方面进行了阐述，突出了监测系统开放、灵活的特点。

【关键词】开放式系统地质灾害监测地质灾害预警

1前言

地质灾害监测预警是一项复杂的系统工程，具有多学科交叉、应用性强、不断发展变化等诸多特点，随着高新技术和计算机网络技术的迅速发展，地质灾害监测预警技术也有了很大发展，系统化、网络化的开放式地质灾害监测系统成为地质灾害监测发展的必然趋势。

所谓开放式监测系统，即采用开放的结构模式，采用统一标准或协议的一种软件或硬件的平台。在硬件方面，只要符合统一标准的模块，都可以接入该系统；在软件方面，运用模块化编程技术，结合模糊数学、专家系统、人工神经网络、小波分析等先进理论，根据不同的监测模型，采取不同的算法，并制定统一的通讯协议，实现对各监测模块的管理、监测数据的采集、监测信息的远程传输、系统通讯等功能^[1]。

最近在地质灾害预警关键技术方法研究与示范项目中，项目组在构建地质灾害监测系统时进行了大胆的尝试，在巫山地质灾害监测预警示范站建立了基于钻孔倾斜仪深部位移监测、GPS地表变形监测、TDR滑坡位移监测、孔隙水压力监测等手段的开放式地质灾害监测系统。该监测系统可实现一天24小时连续监测，监测数据可以从现场发送到数据处理中心，及时获得监测结果，并实时发布^[2]。

2监测系统的形成

目前常用的地质灾害（滑坡）预报方法，多为对位移监测数据序列进行数学方法处理，作趋势性外推，这种处理方法受监测点选择的随机性和多种相关因素的综合影响，准确性较低，在实际应用中往往不能达到预期效果。为了提高地质灾害预测预报的准确性，必须对灾害体进行多手段、全方位的监测，对监测信息进行综合分析处理。

随着科学技术的发展及对地质灾害机理的深入研究，国内外地质灾害监测技术方法已逐渐向系统化、智能化方向发展，监测内容、方法、设备日趋多样化，不只局限于对位移的监测，且已涉及地质灾害诱发因素的监测及地温、地声、射气浓度等地质灾害间接因素类的监测。只有对灾害体进行全方位的监测，并对监测信息进行综合分析，才能极大地提高监测的有效性与准确性，为地质灾害的预警预报提供坚实的数据基础。

因此，为了全面了解灾害体的位移变化情况及其他特征值，如孔隙水压力等，在巫山监测预警示范站构建了一套开放式地质灾害监测系统，该系统对几种监测仪器进行集成，从地表位移、地下位移、孔隙水压力3个方面对灾害体进行监测，完成各监测模块的管理、监测数据的采集、传输，为综合分析处理及实时发布监测结果奠定了基础。

3监测系统的硬件组成

该监测系统在巫山监测现场安装有4种传感仪器，4个监测模块分别是：

（1）固定式钻孔倾斜仪，监测钻孔内地下形变位移；

（2)TDR滑坡位移监测仪，该仪器由自行研制，监测钻孔内形变位置与位移；

（3）孔隙水压力监测仪，该仪器由自行研制，监测钻孔内土体的孔隙水压力；

（4）高精度GPS，监测地表相对位移。

用于数据存储、仪器管理及信息传输的是我们自行研制的TDR滑坡位移监测仪。该仪器既完成本模块的监测任务，又兼当整个监测系统的数据采集装置。其采用开放式工业控制的设计思想，以Windows作为操作系统，采用RS-232进行数据通讯，对各监测模块进行管理，完成数据的采集、存储，最后利用GPRS无线传输技术，将监测信息远距离传送到数据处理中心，存入上位计算机中，在数据处理中心完成监测数据的综合分析处理，并实时发布监测结果。

该监测系统的硬件结构如图1所示。

图1开放式地质灾害监测系统硬件结构示意图

4监测系统软件设计

4.1各监测传感模块自控软件设计

各模块自控软件将控制模块的定时工作和通讯协议的建立。各模块自控软件相对独立，分头设计，根据监测对象的不同，采用不同的算法，完成监测、采集任务，同时负责本模块通讯协议的建立。

4.2制定标准的通讯协议和特定的数据格式

通讯协议是现场监测传感仪与数据采集装置及数据采集装置与数据处理中心沟通的桥梁，当数据处理中心需要查看各模块的监测数据及设定监测参数时，均需通过数据采集装置，按照通讯协议上传下达。

针对地质灾害监测的实际情况，采用了主从机通讯方式，将数据处理中心计算机作为主机，监测系统的数据采集装置作为从机，实现一发一收联机通讯。在设定协议中，制定了4个字节的控制状态字，其中第一个字节是前端站点呼叫控制字，保证每个站点上数据的独立性；第二个字节是设备号控制字，能准确地调用各个监测模块的监测数据；第三个字节是读写控制字；第四个字节是握手应答控制字，呼叫并握手成功后，主从机之间即能相互传送或接收数据。传送数据过程中，设定一个表头文件。在表头文件中，首先用1个字节表示仪器设备号，再用5个字节表示数据时间，然后用3个字节代表点号、孔号和孔深，最后用8个字节存放监测数据。另外在修改各监测传感模块的参数时，可以通过主机发送一个配置文件（*.dat）到从机，从机（数据采集装置）接到这个配置文件，就会自动地去修改仪器参数，使各监测传感模块按设定方式采集监测数据。

通讯协议简述如下：

当监测系统启动通讯程序后，接收数据处理中心的命令并按以下格式进行数据字头文件的上传。

地质灾害调查与监测技术方法论文集

当数据处理中心下传监测参数时，以配置文件的方式进行通讯，系统接收命令后，按数据字头文件格式下传给各监测传感模块。其中的第2、3项改为下次监测的启动时间，第7项改为时间间隔，各监测传感模块接到指令后，其自控软件会控制监测仪按设定方式进行工作。

5结束语

以上所述的开放式地质灾害监测系统已在巫山地质灾害监测预警示范站项目中得以实现，运行效果良好，并且随着示范站的建设，基于其开放式的结构模式，会有更多的监测模块接入到该监测系统中，使其技术更加成熟，功能更加完善。

参考文献

[1]张青，史彦新.三峡库区地质灾害监测仪器的前景展望.环境与工程地球物理国际学术会议，2004,6

[2]中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所.地质灾害预警关键技术方法研究与示范项目设计书，2002,11

2. 我国地质灾害监测预警工作现状

7.1.1 地质灾害防治与监测的法规建设

伴随我国国民经济建设的发展，各种类型的人类工程活动不断加剧，崩塌、滑坡、泥石流及其他多种地质灾害不断发生。为防治地质灾害的发生、发展，满足地方社会经济发展的需要，包括了对地质灾害监测工作进行管理在内的地方性地质灾害防治法规，自1995年开始出现。至1999年，已有18个省（区、市）颁布了21项法规条例，至2004年即已有29个省（区、市）颁布了40余项法规、条列（附录2）。

在全国各地地方性地质灾害防治法规的基础上，2001年5月国土资源部发布了《“十五”国土资源生态建设和环境保护规划》；2001年5月国务院办公厅转发了《关于加强地质灾害防治总体规划》；001年10月国土资源部完成了《三峡库区地质灾害防治总体规划》，并于2002年1月由国务院批复，2002年2月下发湖北省和重庆市国土资源部门落实。作为地质灾害防治方面的全国性法规，2003年11月国务院颁布了《地质灾害防治条例》（附录2）。在上述全国性法规、规划的指导下，目前“全国地质环境管理办法”等一系列的规程、规范正在编制之中。这些法规、条例的出台，有力地推进了全国地质灾害监测预警体系的建设和地质环境管理、保护工作。

7.1.2 监测网络与机构建设

（1）专业监测机构建设现状与存在的问题

截至2002年9月，全国地质灾害监测机构及队伍状况如表7.1所示。由该表可知，我国现有：国家级地质环境监测中心1个，省级地质环境监测总站（院、中心）31个，地（市）级地质环境监测站220个，其中直属分站138个，代管分站131个，县级地质环境监测站49个（重庆40个，四川7个，福建2个）。上述机构中，中国地质环境监测院在职职工126人（包括三峡中心），省地级地质环境监测队伍在职人数3349人。合计全国地质环境监测专业队伍在职人数3349人。这样一支队伍初步形成了地质灾害勘查、监测和预报预警的科研体系，为地质灾害的防治、地质环境的保护和依法行政提供了组织保障。

表7.1 全国地质灾害监测机构及队伍状况

值得指出的是，目前地质灾害监测预警管理体制还不够健全。虽然省（区、市）级和地（市）级两级国土资源主管部门承担起了地质灾害监测预警职能，但多数地（市）级国土局没有专门的科室，县级以下机构很不健全，体制还没有理顺。与此同时，在水利、铁路、公路和城建等部门也还没有设立地质灾害监测预警预报指挥系统。国土资源部门原有各级地质环境监测站是在政事不分、事企不分的历史条件下建立的，部分省（区）的公益性监测工作仍由企业性质的地勘单位承担，与政府行政管理脱节，难以满足政府和社会的需要。

（2）地质灾害监测网络建设现状与存在的问题

1）突发性地质灾害监测。全国突发性地质灾害监测状况参见表7.2。截至2003年，全国完成地质灾害调查与区划的县（市）达到545个，面积200万km²，共调查出灾害隐患点7万余处，建立了群测群防点4万多处；湖南、广西、四川、宁夏、青海、新疆开展专业监测与巡测的灾害点120余处。

三峡库区20个市（区、县）已成立17个地质环境监测站，建立了秭归-巴东段（50km）地质灾害GPS监测网并投入监测运行。该网包括国家级控制网（A级）、基准网（B级）、滑坡监测（C级）三级GPS监测网，对12个单体滑坡进行监测，共建有59个GPS监测点。

黑龙江省七台河市地面塌陷监测网控制面积10km²，设地面塌陷监测点58个，为矿山地质灾害监测起到了示范作用。

2）缓变性地质灾害监测。缓变性地质灾害监测网在长江三角洲地区除上海市建立了覆盖全市的较为完善的、由基岩标、分层标、GPS观测点、地面水准点和地下水监测孔等构成的地面沉降监测网络外，江苏的苏锡常地区2002年也在个别地区建立了分层标，其他地区尚属空白。环渤海地区只有天津市在城区建立了7组分层标，而且多建于1985年以前。北京市的3组基岩标和分层标正在建设之中。西安设立了部分地裂缝监测点，宁波初步建成了地面沉降监测网。目前开始实施地面沉降和地裂缝监测的主要地区为华北平原和长江三角洲和部分大中城市。全国地面沉降监测现状参见表7.2的有关内容。

3）区域性群测群防体系尚未建成。群众对地质灾害缺乏预防知识，基层主管部门缺少专业技术人员，群专结合的地质灾害监测体系和群测群防的监测网络不健全，全国大部分县（市）还没有建立。目前仅是开展过地质灾害调查与区划的539个县（市）建立了群测群防监测网络。地质灾害监测尚未引起全社会足够的重视，资金保证程度差，缺乏完善的救灾防灾系统。因此，加大宣传和管理力度，加强立法工作，强化地质环境管理，编制地质灾害防治工作规划纲要，指导各县（市）编制本地区的地质灾害防治规划，积极有效地开展地质灾害防治工作，对防灾减灾是非常必要的。

4）监测工作经费严重不足。地方各级政府尚未建立地质灾害专项资金渠道，仅靠国家补助的部分地质灾害防治专项资金开展工作。每年的监测经费不足以维持正常的监测工作，监测工作日益萎缩，设备陈旧老化、设施破损严重，影响监测成果质量，难以满足准确快速实时监测的要求。

表7.2 全国地质灾害监测状况

7.1.3 监测预警信息系统建设

利用中国地质环境监测院提供的数据库软件，省级地质环境监测总站（院、中心）基本实现了991年以后地下水监测数据和地质灾害调查数据的入库管理，部分省（区）还建立了图形库、文档库、监测点档案库和信息管理系统等。四川省开展了地质灾害预报信息随同天气预报播出的试点工作。全国地质环境监测信息管理现状如表7.3所示。

表7.3 全国地质环境信息管理现状

在网络建设方面，只有少数省（区、市）实现了与Internet的专线连接（河北、青海、海南等）和内部局域网建设，多数省区通过拨号上网向中国地质环境监测院传输数据。目前，地质环境监测数据的分析和开发利用还很不够，地质环境监测数据基本上没有向社会和公众开放。这些情况表明，在地质灾害防治方面，信息传输与处理没有跟上时代步伐。

3. 近十年国外主要的地质灾害监测系统有那些

四信地质灾害抄监测预警系统，通过野外监测站对降雨量、表面位移、泥水位、地声、次声、孔隙水压力、视频、深部位移、土压力等要素进行实时监测，使用GPRS/LoRa/3G/4G等通信方式将数据传输到管理及监测预警云平台，为防灾减灾提供实时信息服务。。
四信地质灾害监测预警系统，广泛应用于滑坡监测预警、泥石流监测预警、地面沉降监测预警、崩塌监测预警等，有效保障地质灾害多发地区人民群众的生命与财产安全。

系统由现场采集层、无线传输通信层、预警发布中心3部份组成。
实时监测地质灾害多发区的各维度数据，为科技决策提供依据

系统可快速采集、传输、计算、分析、存储各监测点的监测数据，包括雨量、泥水位、地声、次声、孔隙水压力、土体沉降、地表裂缝、深部位移、地下水、土压力、表面位移、土壤含水量、图像视频、电源电压和环境温度等，并对数据进行纠错处理，减少数据误码率、提高数据完整率。

4. 地质灾害监测方法技术现状与发展趋势

【摘要】20世纪末期以来，监测理论和技术方法有长足发展，常规技术方法趋于成熟，设备精度、设备性能已具较高水平，并开发了部分高精度（微米级位移识别率）、自计、遥测、自动传输的监测设施。未来，将充分综合运用光学、电学、信息学、计算机和通信等技术（诸如光纤技术—BOTDR、时域反射技术—TDR、激光扫描技术、核磁共振技术、NUMIS、GPS技术、合成孔径干涉雷达技术—InSAR及互联网通讯技术等），进一步开发经济适用、有效可行的地质灾害监测新技术，提高精度、准确性和及时性，最大程度地减小地质灾害造成的损失。

【关键词】地质灾害监测技术方法新技术优化集成

20世纪80年代以来，我国地质灾害时空分布特点呈现新的变化。随着人类工程活动越来越强，人为地质灾害日趋严重，规模、数量和分布范围呈增加趋势；人口密集、经济发达地区地质灾害造成的损失越来越大。崩塌、滑坡和泥石流等突发性地质灾害发生频度和造成的损失不断加大，地面沉降、海水入侵等缓慢性地质灾害的范围逐渐增加。据相关统计资料显示，1995～2002年，地质灾害共造成9000多人失踪或死亡，突发性地质灾害共造成直接经济损失524亿元，缓慢性地质灾害造成直接经济损失590亿元，间接经济损失2700亿元。地质灾害已经成为严重制约我国经济发展的重要因素之一。

为了摸清我国地质灾害的分布情况，我国系统地开展了地质灾害调查工作，先后出台了《地质灾害防治管理办法》和《地质灾害防治条例》，明确指出：防治地质灾害，实行“以人为本，防治结合，统筹规划，突出重点，分期实施，逐步到位”的方针。并于2003年4月启动了全国性地质气象预报。对已经查明的地质灾害体，特别是对生产建设、人民生命财产安全构成严重威胁的地质灾害，若能运用适当、有效、经济可行的监测措施，作出科学的监测预报，则可最大程度地减小灾害损失。

滑坡监测在不同条件、不同时期其作用不同，总的来说有以下几个方面：

（1）通过综合分析多种监测方法的监测数据，确定地质灾害稳定状态及发展趋势，及时作出预测，防止或减轻灾害损失。

（2）研究导致灾害体变形破坏的主导因素、作用机理，为防治工程设计提供依据。

（3）在防治工程施工过程中，监测、分析灾害体变形发展趋势及工程施工的扰动，保障施工安全。

（4）施工结束后，进行工程效果监测。

（5）综合利用长观监测资料，分析灾害体变形破坏机制和规律，检验在防治工程设计中所采用的理论模型及岩土体性质指标值的准确性，对已有的监测预报理论及模型进行验证改进，改善、提高监测预测预报技术方法。

1地质灾害监测技术综述

地质灾害监测的主要任务为监测地质灾害时空域演变信息（包括形变、地球物理场、化学场）、诱发因素等，最大程度获取连续的空间变形数据，应用于地质灾害的稳定性评价、预测预报和防治工程效果评估。

地质灾害监测是集地质灾害形成机理、监测仪器、时空技术和预测预报技术为一体的综合技术。地质灾害的形成机理是开展地质灾害监测工作的基础；监测仪器是开展工作的手段；更为重要的是只有充分利用时空技术，才能有效发挥地质监测的作用；预测预报是开展地质灾害监测的最终目的。

崩塌、滑坡、泥石流等突发性地质灾害，具有爆发周期短、威胁性及破坏性显著、成因复杂等特点，因此，当前地质灾害的监测技术方法的研究和应用多是围绕突发性地质灾害进行的。1.1监测方法

监测方法按监测参数的类型分为四大类：即变形、物理与化学场、地下水和诱发因素监测（见表1）。

表1主要地质灾害监测方法一览表

1.1.1 变形监测

主要包括以测量位移形变信息为主的监测方法，如地表相对位移监测、地表绝对位移监测（大地测量、GPS测量等）、深部位移监测。该类技术目前较为成熟，精度较高，常作为常规监测技术用于地质灾害监测。由于获得的是灾害体位移形变的直观信息，特别是位移形变信息，往往成为预测预报的主要依据之一。

1.1.2物理与化学场监测

监测灾害体物理场、化学场等场变化信息的监测技术方法主要有应力监测、地声监测、放射性元素（氡气、汞气）测量、地球化学方法以及地脉动测量等。目前多用于监测滑坡等地质灾害体所含放射性元素（铀、镭）衰变产物（如氡气）浓度、化学元素及其物理场的变化。地质灾害体的物理、化学场发生变化，往往同灾害体的变形破坏联系密切，相对于位移变形，具有超前性。

1.1.3地下水监测

地下水监测主要是以监测地质灾害地下水活动、富含特征、水质特征为主的监测方法。如地下水位（或地下水压力）监测、孔隙水压力监测和地下水水质监测等。大部分地质灾害的形成、发展均与灾害体内部或周围的地下水活动关系密切，同时在灾害生成的过程中，地下水的本身特征也相应发生变化。

1.1.4诱发因素监测

诱发因素类主要包括以监测地质灾害诱发因素为主的监测技术方法，如气象监测、地下水动态监测、地震监测、人类工程活动等。降水、地下水活动是地质灾害的主要诱发因素；降雨量的大小、时空分布特征是评价区域性地质灾害（特别是崩、滑、流三大地质灾害的判别）的主要判别指标之一；人类工程活动是现代地质灾害的主要诱发因素之一，因此地质灾害诱发因素监测是地质灾害监测技术的重要组成部分。

1.2监测仪器

1.2.1按从监测仪器同灾害体的相对空间关系分为接触类和非接触类

（1）接触类：是指必须安装于灾害体现场或进行现场施测的监测仪器系列。如滑坡地表或深部位移监测、物理和化学场监测等。该类仪器所获得的信息多为灾害体细部信息，信息量丰富。

（2）非接触类：是指于现场安装简易标志或直接于灾害体外围施测的监测仪器系列。该类监测方法多以获得灾害体地表的绝对变形信息为主，易采用网式施测；特别是突发性地质灾害的临灾前后，具有安全、快捷等特点。如激光微位移监测、测量机器人、遥感雷达监测等。

1.2.2按监测组织方式分为简易监测、仪表监测、控制网监测、自动遥测

（1）简易监测：采用简易的量测工具（皮尺、钢尺、卡尺）对灾害体地表的裂缝等部位进行监测。

（2）仪表监测：采用机测或电测仪表（安装、埋设传感器）对滑坡进行地表及深部的位移、应力、地声、水位、水压、含水量等信息监测。

（3）控制网监测：在滑坡变形破坏区及周边稳定地带，布设大地测量或GPS卫星定位测量控制点网，进行滑坡绝对位移三维监测。

（4）自动遥测：利用有线和无线传输技术，对仪表监测所得信息进行远距离遥控自动采集、传输，可实现全天候不间断监测。

2地质灾害监测方法技术现状

地质灾害监测技术是集多门技术学科为一体的综合技术应用，主要发展于20世纪末期。伴随着电子技术、计算机技术、信息技术和空间技术发展，国内外地质灾害调查与监测方法和相关理论得到长足发展，主要表现在：

（1）常规监测方法技术趋于成熟，设备精度、设备性能都具有很高水平。目前地质灾害的位移监测方法均可以进行毫米级监测，高精度位移监测方法可以识别0.1mm的位移变形。

（2）监测方法多样化、三维立体化。由于采用了多种有效方法结合对比校核以及从空中、地面到灾害体深部的立体化监测网络，使得综合判别能力加强，促进了地质灾害评价、预测能力的提高。

（3）其他领域的先进技术逐渐向地质灾害监测领域进行渗透。随着高新技术的发展和应用的深入，卫星遥感、航空遥感等空间技术的精度逐渐提高，一些高精度物探（如电法、核磁共振等技术）的发展，使得地质灾害的勘查技术与监测技术趋于融合，通过技术上的处理、提升，该类技术逐渐适用于区域性的地质灾害和单体灾害的监测工作。

“八五”以来，我国在地质灾害监测技术研究方面取得了丰硕的成果，并积累了丰富的经验，使我国的地质灾害监测预警水平得到很大程度的提高；但是还存在一定的局限性，主要表现在：

（1）地质灾害监测技术、仪器设施多种多样，应用重复性高，受适用程度、精度、设施集成化程度、自动化程度和造价等因素的制约，常造成设备资源浪费，效果不明显。

（2）所取得的研究成果多侧重于某一工程或某一应用角度，在地质灾害成灾机理、诱发因素研究的基础上，对各种监测技术方法优化集成的研究程度较低。

（3）监测仪器设施的研究开发、数据分析理论同相关地质灾害目标参数定性、定量关系的研究程度不足，造成监测数据的解释、分析出现较大的误差。

因此，要提高地质灾害预警技术水平，必须在地质灾害研究同开发监测技术方法相结合的基础上，进行地质灾害监测优化集成方案的研究。

3地质灾害监测技术方法发展趋势

3.1高精度、自动化、实时化的发展趋势

光学、电学、信息学及计算机技术和通信技术的发展，给地质灾害监测仪器的研究开发带来勃勃生机；能够监测的信息种类和监测手段将越来越丰富，同时某些监测方法的监测精度、采集信息的直观性和操作简便性有所提高；充分利用现代通讯技术提高远距离监测数据信息传输的速度、准确性、安全性和自动化程度；同时提高科技含量，降低成本，为地质灾害的经济型监测打下基础。

监测预测预报信息的公众化和政府化。随着互联网技术的发展普及，以及国家政府的地质灾害管理职能的加强，灾害信息将通过互联网进行实时发布，公众可通过互联网了解地质灾害信息，学习地质灾害的防灾减灾知识；各级政府职能部门可通过所发布信息，了解灾情的发展，及时做出决策。

3.2新技术方法的开发与应用

3.2.1调查与监测技术方法的融合

随着计算机的高速发展，地球物理勘探方法的数据采集、信号处理和资料处理能力大幅度提高，可以实现高分辨率、高采样技术的应用；地球物理技术将向二维、三维采集系统发展；通过加大测试频次，实现时间序列的地质灾害监测。

3.2.2 智能传感器的发展

集多种功能于一体、低造价的地质灾害监测智能传感技术的研究与开发，将逐渐改变传统的点线式空间布设模式；由于可以采用网式布设模式，且每个单元均可以采集多种信息，最终可以实现近似连续的三维地质灾害信息采集。

3.3新技术新方法

3.3.1光纤技术（BOTDR）

光导纤维监测技术又称布里渊散射光时域光纤监测技术（BOTDR），是国际上20世纪70年代后期才迅速发展起来的一种现代化监测技术，在航空、航天领域中已显示了其有效性。在土木、交通、地质工程及地质灾害防治等领域的应用才刚刚开始，并受到各发达国家研究机构的普遍重视，发展前景十分广阔。

通过合理的光纤敷设，可以监测整个灾害体（特别是滑坡）的应变信息。

3.3.2时间域反射技术（TDR）

时间域反射测试技术（Time Domain Reflectometry）是一种电子测量技术。许多年来，一直被用于各种物体形态特征的测量和空间定位。早在20世纪30年代，美国的研究人员开始运用时间域反射测试技术检测通讯电缆的通断情况。在80年代初期，国外的研究人员将时间域反射测试技术用于监测地下煤层和岩层的变形位移等。90年代中期，美国的研究人员将时间域反射测试技术开始用于滑坡等地质灾害变形监测的研究，针对岩石和土体滑坡曾经做过许多的试验研究，国内研究人员已经开始该方法的研究工作，并已经在三峡库区投入试验应用阶段，同时开展了与之相关的定量数据分析理论研究。

所埋设电缆即是传感器，又可传输测试信号；该方法相对于深部位移钻孔倾斜仪监测具有安装简单、使用安全和经济实用等特点。

3.3.3激光扫描技术

该技术在欧美等发达国家应用较早，我国近期开始逐渐引进。主要是用于建筑工程变形监测以及实景再现，随着扫描距离的加大，逐渐向地质灾害调查和监测方向发展。

该技术通过激光束扫描目标体表面，获得含有三维空间坐标信息的点云数据，精度较高。应用于地质灾害监测，可以进行灾害体测图工作，其点云数据可以作为地质灾害建模、地质灾害监测的基础数据。

3.3.4核磁共振技术（NUMIS）

核磁共振技术是国际上较为先进的一种用来直接找水的地球物理新方法。它应用核磁感应系统，通过从小到大地改变激发电流脉冲的幅值和持续时间，探测由浅到深的含水层的赋存状态。我国于近期开始引进和研究，目前已经在三峡库区的部分滑坡体进行了应用试验，效果较好。

应用于地质灾害监测，可以确定地下是否存在地下水、含水层位置以及每一含水层的含水量和平均孔隙度，进而可以获知如滑坡面的位置、深度、分布范围等信息，从而对滑坡体进行稳定性评价，并对滑坡体的治理提出科学依据。

3.3.5合成孔径干涉雷达技术（InSAR）

运用合成孔径雷达干涉及其差分技术（InSAR及D-InSAR）进行地面微位移监测，是20世纪90年代逐渐发展起来的新方法。该技术主要用于地形测量（建立数字化高程）、地面形变监测（如地震形变、地面沉降、活动构造、滑坡和冰川运动监测）及火山活动等方面。

同传统地质灾害监测方法相比，具有如下特点：

（1）覆盖范围大；

（2）不需要建立监测网；

（3）空间分辨率高，可以获得某一地区连续的地表形变信息；

（4）可以监测或识别出潜在或未知的地面形变信息；

（5）全天候，不受云层及昼夜影响。

但由于系统本身因素以及地面植被、湿度及大气条件变化的影响，精度及其适用性还不能满足高精度地质灾害监测。

为了克服该技术在地面形变监测方面的不足，并提高其精度，国内外技术人员先后引入了永久散射点（PS）的技术和GPS定位技术，使InSAR技术在城市及岩石出露较好地区地面形变监测精度大大提高，在一定的条件下精度可达到毫米级。永久散射（PS）技术通过选取一定时期内表现出稳定干涉行为的孤立点，克服了许多妨碍传统雷达干涉技术的分辨率、空间及时间上基线限制等问题。

随着卫星雷达系统资源的改进和发展，以及相应数据处理软件的提高，该技术在地质灾害监测领域的应用将趋于成熟。

3.4地质灾害监测技术的优化集成

3.4.1问题的提出

（1）监测方法的适应性。对于各种监测方法所使用的监测仪器设施，均有各自的应用方向和使用技术要求；针对不同地质灾害灾种、类型，其使用技术要求（包括测点布设模式、安装使用技术要求等）不同。

（2）地质灾害不同的发展阶段。对于崩塌、滑坡等突发性地质灾害，不同发展阶段所适用的监测方法和仪器设施各异，监测数据采集周期频度不同。

（3）监测参数与监测部位。实践证明，一方面，不同的监测参数（地表位移、深部位移、应力、地下水动态、地声等）在不同类型的灾害体监测中具有不同程度的表现优势；另一方面，同一灾害体不同部位的监测参数随时间变化趋势特点并不相同，即存在反映灾害体关键部位特征的监测点，又存在仅反映局部单元（不具有明显的代表性，甚至是孤立的）特征的监测点。因此，监测要素（监测参数、监测部位）的优化选择，是整个监测设计工作的基础。

（4）自动化程度。决定于设备的集成度、控制模式、数据标准化程度和信息发布方式。

（5）经济效益。决定于地质灾害的规模、危害程度、监测技术组合、设备选型等因素。

3.4.2设计原则

地质灾害监测技术优化集成方案遵循以下原则：

（1）监测技术优化原则：针对某一类型地质灾害，确定优势监测要素，进行监测内容、监测方法优化组合，使监测工作高效、实用。

（2）经济最优原则：首先，不过于追求高、精、尖的监测技术，而应选择发展最为成熟、应用程度较高的监测技术；其次，对于危害程度较大的大型地质灾害体，可选择专业化程度较高的监测技术方法，由专业人员进行操作、维护，对于危害程度低，规模小的灾害体，可选择操作简单、结果直观的宏观监测技术，由群测群防级人员进行操作。

3.4.3最终目标

根据不同种类地质灾害和不同类型地质灾害的物质组成、动力成因类型、变形破坏特征、外形特征、发育阶段等因素，研究适用于不同类型地质灾害的监测要素（监测参数、监测点位的集合）、监测方法、监测点网的时空布置模式、监测技术要求，建立典型地质灾害监测的优化集成方案。

5. 我国地质灾害调查现状与存在问题的分析

6.1.1 历史与现状

（1）1991年原地质矿产部组织开展的以省为单位的全国地质灾害现状概查

1991年原地质矿产部组织实施了以省为单位的全国地质灾害现状概查，主要以收集资料和各省（区、市）上报的资料为主，较全面地对全国地质灾害类型与现状进行了总结。调查内容包括地质灾害的类型、发生的重点区域、对国家和人民生命财产造成的损失以及地质灾害发育特征和分布规律等。根据收集整理的成果和万余个典型地质灾害点资料，汇编并出版了《中国地质灾害》，编制出版了《中国分省地质灾害图集》。

（2）1992～2003年期间，原地质矿产部部署1∶50万环境地质调查

1992～2003年，原国家计委和原地质矿产部组织开展了省（区、市）级（1∶50万）地质灾害调查与编图，圈定滑坡等地质灾害危险区；1996年为减灾防灾、提升国土整体的调查研究程度和水平，把此项工作扩展为以地质灾害为主的环境地质调查，这是我国第一轮较全面地在全国开展的地质灾害的调查。调查的主要目的是在概略查明各省（区、市）地质环境条件的基础上，重点调查人类工程活动与地质环境的相互作用和影响，初步查明开发利用自然环境遇到的和引发的各种主要地质灾害、特殊不良地质环境条件和环境地质问题的发育特征和分布规律，作出现状评价和发展趋势预测，提出防治对策建议，为国家制定减灾、防灾、国土开发与整治、经济建设和社会发展规划，以及地质环境监督管理，提供宏观决策依据；保护地质环境，减少灾害损失，促进经济建设与地质环境的协调发展。

（3）1999年国土资源部启动县（市）地质灾害调查工作

从1999年开始，作为国土资源大调查计划的组成部分，国土资源部启动以县（市）为单元的地质灾害调查工作。这项工作强调遵循“以人为本”的原则，专业人员与地方结合，大力推行群测群防体系。基本做法是采取专业调查和发动群众查险、报险相结合的办法，不强调按比例尺布线与布点。根据已掌握的情况和群众报险线索，以乡镇、村庄、重要交通干线和工程设施为重点，逐步进行现场调查并注意发现地质灾害隐患点、危险点。对隐患点、危险点综合分析后，划出地质灾害易发区和防治区，初步建立起群测群防预警体系，包括：建立减灾防灾领导责任制；建立临灾避险群防体系；编制地质灾害防灾预案；建立汛期地质灾害险情速报制度等。

1999年在进行10个县的地质灾害调查试点的同时，启动了三峡库区（包括宜昌市、巫山县等在内的）19个县（市）的地质灾害调查，为大规模的地质灾害防治工作提供了示范。截至2004年底，全国已经完成616个县（市）的地质灾害调查工作，为地方各级政府和国土资源管理部门组织地质灾害“群测群防”和防治管理，为县、乡级地方政府行使减灾职能，提供了重要依据。

县（市）地质灾害调查，是新一轮的地质灾害调查，它注重减灾防灾实效，是普及地质灾害防治知识，建设具有中国特色的地质灾害防灾预警体系的重要工作，已成为我国地质灾害调查工作的新模式。

（4）大江大河流域的地质灾害调查

如长江流域环境地质调查，黄河流域环境地质调查等。“七五”期间，开展了1∶20万三峡工程库区环境地质调查，1∶20万攀西、六盘水、岷江流域、沱江流域环境地质调查，1∶10万嘉陵江、大渡河等部分干流环境地质调查，1∶10万小江流域地质灾害调查，对滑坡、崩塌和泥石流等地质灾害的分布规律及其形成特征进行了系统的调查工作。

（5）重点经济地区较大比例尺的地质灾害调查工作

各省（区、市）根据自身的具体特点，有针对性地开展了较大比例尺的地质灾害调查工作。

1）城市地质灾害调查。上海市从20世纪60年代初就开始了以防治地面沉降为重点的城市地质工作，系统地进行了地面沉降调查和长期监测。江苏省从20世纪70年代起，先后围绕南京、南通、常州、苏州、无锡等10个中心城市，开展1∶5万水文地质、工程地质和环境地质综合勘查工作，分析研究了各中心城市地面沉降、地裂缝、地面塌陷的起因、现状、发生发展特征与规律。

2）矿山地质灾害调查。20世纪80年代以来，在华东地区开展了不同比例尺的矿山地质调查工作，如兖滕—两淮能源开发区环境地质论证、两淮煤田煤炭开采环境地质调查等工作。辽宁、黑龙江等省先后在矿业城市开展了矿山地质灾害调查。

3）其他类型地质灾害调查。长江三角洲地区地下水资源与地质灾害调查评价；鞍山西部隐伏岩溶塌陷地质灾害勘查；黑龙江中俄界河1∶5万塌岸地质灾害调查。

（6）重大工程区地质灾害勘查

三峡库区开展了大比例尺的地质灾害勘查与治理工作。

6.1.2 调查成果的应用

（1）为规划和防灾预案的编制提供依据

地质灾害调查成果，成为全国各省（区、市）编制地质灾害防治规划和汛期地质灾害防灾预案的重要依据。

（2）为重大工程部署和城市安全提供基础资料

地质灾害调查成果为重大工程，如水库移民选址，铁路、公路和输电、输气管线的选线，大江大河安全，城市规划，基础设施建设，提供了基础资料。

（3）为地质灾害监测和防治提供依据

县（市）地质灾害调查工作，基本查清了地质灾害多发县（市）、乡、村所在地地质灾害隐患点的分布，建立了地质灾害群测群防体系，建立了地质灾害调查信息系统，为合理地部署地质灾害监测网提供依据。

（4）为提高公众防灾意识作出贡献

通过地质灾害调查，特别是县（市）地质灾害调查，提高了公众，特别是地质灾害高发区公众的防灾意识，提高了对地质灾害认识的普及率。

6.1.3 存在问题的分析

地质灾害调查工作，为我国地质环境保护、国土资源规划开发提供了基础资料。但是，随着国民经济的高速发展和城市化比率的不断提高，三峡工程、西电东送、南水北调工程等需要提供大量基础性、先导性的地质调查数据，我国的地质灾害调查工作已越来越不适应社会发展和国家重大基础设施建设的需要。存在的主要问题有以下几方面：

（1）调查的对象和内容与国民经济建设、社会发展结合不够

以往的地质灾害调查，偏重传统的自然属性研究，与人类工程活动及经济建设结合不够，服务领域较窄，在土地利用、城市规划、重大工程建设、生态环境保护等方面的服务工作相对薄弱。

（2）调查工作不规范，调查的精度和广度存在较大局限

过去开展的区域性地质灾害调查，一般为中小比例尺，调查精度不能满足社会经济发展的需要。

1∶50万全国地质灾害调查，开始于“八五”，至2003年基本完成，历时12年，技术落后，各省调查程度不一，灾害规模分级标准不统一，绝大部分省份没有建立相应的调查数据库，给全国的数据汇总和综合分析带来困难。

县（市）地质灾害调查，遵循“以人为本”的原则，注重对地质灾害隐患点的调查，淡化了对地质环境的调查。同时，县（市）调查从全国角度来看，比较分散，很难形成全面的认识和评价。

区域性地质灾害调查工作精度较低，比例尺小，缺乏重点地域的重点调查研究成果。

（3）调查的技术方法、标准的局限

在技术方面，没有形成系统的标准和评价体系，工作程度偏低，工作中获得的大量原始信息资料，相当部分未能建立数据库，信息的社会化和开发利用程度低。

（4）调查的时效性的局限

在科学认识上，没有按照地质灾害发生的客观规律，结合人类社会经济发展的要求，有计划地开展地质灾害调查工作。

地质灾害调查落后于地质灾害发展的速度，由于原有的工作方法、思路和成果的表达方式陈旧，调查成果的信息化、网络化、社会化程度低，大多未与当地社会经济发展现状和发展方向相结合，或未考虑如何为社会经济发展服务，从而影响成果向社会生产力的转化，难以满足政府和社会的实用性、实效性需求。

地质灾害的调查评价滞后于生态环境保护、城市规划、土地综合利用、地质环境的合理开发利用、地质灾害防治的需要。

（5）没有建立地质灾害调查制度

没有建立地质灾害调查制度，对地质灾害调查的责任、周期、比例尺、内容等方面没有明确的规定。

6.1.4 开展地质灾害调查需求的分析

（1）我国地质灾害分布广泛，危害严重，地质灾害动态变化，需要开展地质灾害调查

我国是世界上地质灾害最为严重的国家之一。全国仅大大小小的崩塌、滑坡灾害危险点就有百万处以上，每年还会出现几万至十几万处新的危险点。近年来因崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地质灾害，平均每年有1000多人死亡，经济损失高达数十亿元，已经成为我国大部分地区经济社会发展的一大制约因素，引起了党和政府、社会公众的极大关注。经过十几年的努力，地质灾害调查工作取得了显著成绩。但由于以往基础工作薄弱，对潜在的地质灾害隐患情况底数不清，无法进行有效的灾害预报预警，从而使防灾工作处于被动状态，因此，开展适当比例尺的全国地质灾害调查和大比例尺的地质灾害多发区的地质灾害调查是十分必要的。

由于人类活动和自然条件的演变，地质灾害也是动态变化的，为认清地质灾害的分布规律，确保国家减灾方案的科学性和准确性，要求反复开展地质灾害调查。

（2）贯彻“以人为本”、“全面、协调、可持续”发展的需要

《中国21世纪议程》提出了可持续发展的战略目标，要实现可持续发展，避免人员伤亡，基础就是建立在对我国地质环境和地质灾害的全面认识上。国土整治与开发、重大工程和国民经济社会发展布局，工业化进程的加快和城市化水平的迅速提高，为确保生产、生存、生活的安全，必须开展系统的地质灾害调查工作。

（3）地质灾害监测预警和减灾工程的需要

为达到防灾减灾、保护资源环境、促进经济社会可持续发展，国家将采取一系列的地质灾害监测预警和减灾工程行动。为科学、有效地开展地质灾害监测，实施减灾工程计划，必须开展相应精度的地质灾害调查。

（4）国家编制修订地质灾害防治规划及其他规划的需求

《地质灾害防治条例》第十一条规定，国务院国土资源主管部门会同国务院建设、水利、铁道、交通等部门，依据全国地质灾害调查结果，编制全国地质灾害防治规划……县级以上地方人民政府国土资源主管部门会同同级建设、水利、交通等部门，依据本行政区域的地质灾害调查结果和上一级地质灾害防治规划，编制本行政区域的地质灾害防治规划……地质灾害调查是国家编制修订地质灾害防治规划的依据，同时也是指导各部门（行业）协调行动的依据。

6. 为什么要进行地质灾害监测

地质灾害是当前世界最严重的自然灾害之一。每年因为地质灾害造成的人员伤亡和财产损失都是所有灾害中最严重的。进行地质灾害监测，预先进行人群疏散，是减少人员伤亡和财产损失的唯一有效方法。

7. 地质灾害的遥感监测与研究

地质灾害的种类很多,火山、地震、滑坡、泥石流、地面沉降、水土流失、沙漠化、盐碱化等。遥感资料尤其卫星图像能大面积、周期性具体而微地把地面实况记录下来,为地质灾害的定时定位监测、预报研究提供极为宝贵的资料。对地质灾害的实时监测更是地学遥感发展的一个新方向。

我国是地震较多的国家。地震灾害主要是由断裂的新构造活动引起,多波段多时相遥感资料对大断裂的新构造活动研究很有效。从遥感资料可以获得:①查明区域断裂格架基础上,把易诱发地震的活动断裂交切点、端点、拐点,这些都是地壳应力最集中的地段,为孕震及发震构造研究提供非常有用的基础资料。②对已经发生震灾地区的遥感图像(如唐山地区),为震灾调查与评估、地震地质研究提供其他技术方法无可取代的资料。③利用遥感某些特殊影像特征,进行地震预报与分析,如强祖基等(1991)用多时相NOAA卫星热红外图像对1990年中国与独联体边界斋桑泊两次强震研究(参阅第十一章有关部分)。④为研究板块活动及地震预报,美国在圣安德列斯断裂两盘各安装一台红宝石激光器,利用1972年发射的激光测地卫星反射回来的信号,长期、定位地监测断裂两盘精确位移。

滑坡泥石流是交通、水利建设重要自然灾害,对我国西北地区交通及长江中上游航行和水利工程危害大、损失重。长江三峡工程的环境地质工作就包括库区沿江地段滑坡的调查。R.Guillande等人(1991)对安第斯山滑坡灾害研究时,把构造、地震、地表径流以及用数字图像编制出边坡坡度大于30°的坡度图,作为诱发滑坡的因子来研究滑坡。铁道部遥感工作者通过具体调查,提出用遥感图像来判定泥石流沟的八条直接解译标志与统计判别的标准,并据此判定成昆线和普雄工务段的某沟为泥石流沟,采取措施,使1986年7月6日暴雨引发的泥石流的破坏损失减小到最低。

8. 地质灾害监测记录怎么写

有规定的表格和检验项目，一般就是掌子面围岩描述 节理 裂隙走向 渗水情况几种吧

9. 地质灾害数据监测系统分析软件有哪些

青岛海徕天创公司的4Dmos—pointcloud变形监测软件，预测各种地表活动，滑坡、塌陷等，可以咨询

10. 实时监测技术在地质灾害防治中的应用——以巫山县地质灾害实时监测预警示范站为例

高幼龙¹张俊义¹薛星桥¹谢晓阳²

(¹中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所，河北保定，071051;²西北化工研究院，陕西临潼，710600）

【摘要】本文在地调项目工作实践的基础上，系统地总结了地质灾害实时监测的含义、特点和系统构成。详细介绍了巫山县地质灾害实时监测预警示范站的构建，针对实际运行状况，评价了实时监测技术的可行性和可靠性。

【关键词】地质灾害实时监测远程传输示范站

1 引言

随着现代科学技术的发展和边缘学科的相互渗透，自动控制、网络传输等越来越多的技术被不断应用于地质灾害的监测当中，极大地提高了监测的自动化水平，在一定程度上缓解了生产力匮乏和地质灾害急剧增加之间的矛盾。国际上，美国、日本、意大利等发达国家在一定的区域范围内建立了基于降水量、渗透压、斜坡变形等参数的地质灾害实时监测系统，借助国际互联网实现了监测数据的集中处理与实时发布。与之相比，我国地质灾害监测的实时化、网络化水平依然较低，监测信息为公众服务的功能未能得到明显体现，预警的信息渠道不畅，对重大临灾的地质灾害缺乏快速反应能力。因此，在我国进行地质灾害实时监测预警研究，对重大灾害体实施实时化监测预警，具有十分现实的意义。

笔者在参加地质调查计划项目《地质灾害预警关键技术方法研究与示范》的过程中，对实时监测技术进行了较为深入的研究，并在我国重庆市巫山县新城区建立了地质灾害实时监测预警示范站，经过1.5个水文年的示范运行，验证了实时监测的可行性和可靠性。在对示范成果初步总结的基础上形成此文，以期实时监测技术得以快速成熟及推广应用，为我国地质灾害防治事业作出贡献。

2实时监测的含义和特点

实时监测（Real-Time Monitor,RTM）指通过各种监测、采集、传输、发布技术，让目标层人员在第一时间内了解、掌握有关灾害体的变形动态和发展趋势，进而作出决策的多种技术的集合。其最主要的特点为实时性，即远程的目标层人员可在第一时间获取灾害体的全部变形信息，而获取的过程是自动的，无需技术人员值守干预。显而易见，实时的特性可以最大限度地解放劳动力，降低监测人员风险和运营成本。

同传统监测技术相比，实时监测的数据采集方式是连续的、跟踪式的，数据的采集周期很短，通常在数小时之内，甚至更短。这对于跟踪灾害体变形过程，进行反演分析具有十分重要的意义。其庞大的数据量通常也会对配套的软硬件系统提出更高的要求。

不难理解，实时监测也是自动化监测。所使用的监测仪器均需自动化作业方可实现无人值守。监测仪器自动化分为两种，一种是监测仪器本身具备定时采样和存储功能，另一种是通过第三方的自动采集仪控制采样。不管使用何种方式或基于何种原理，其数据采集是能够自动或触发实现的。

监测数据远程传输是实时监测的另一主要特点。通常情况下，监测控制中心设立在远离灾体、经济相对发达的城镇区，需要借助公众通信网络或其他介质将各种类型的监测数据“搬运”过来，进行相应的转换计算，生成目标层人员所需要的成果。这个“搬运”过程即监测数据的远程传输。传输分为两种方式，一种是有线传输方式，如架设通信线缆或光缆，在电话线两端加载 Modem等；另一种是无线传输方式，如借助 GSM/GPRS或 CDMA网络、UHF数传电台或通信卫星等。

由于实时监测是数据自动采集、传输、发布等多个技术的集合，其中的任何一个环节失败均可导致系统无法正常工作，因此，实时监测是存在风险性的。其风险构成除电力（如断电停电）等保障体系统风险和监测仪器（如传感器、采集仪故障）、传输系统（如占线、网络资源不足、数据安全）、发布系统（如网路阻塞、病毒入侵、系统崩溃）等技术风险外，还包括人为抗力风险，如监测仪器设施的人为破坏、网络系统的恶意攻击等。对于风险的营救除最大程度地降低保障体系风险和技术风险外，需要通过立法、宣传等有效措施降低人为抗力风险，并设技术人员对监测系统进行即时维护，保障系统正常运行。

3实时监测系统构成

实时监测系统由监测仪器设施、数据采集系统、数据传输系统和网络发布系统四个子系统构成。各子系统均可独立运行，以单链的方式协同工作。其工作原理如图1所示。

图1实时监测系统工作原理示意图

3.1监测仪器设施

监测仪器及设施是获取灾害体变形参数最前端、最主要的组成部分，固定安装于灾害体表层或深部，并能够表征灾害体对应部位的变形、变化。监测仪器的类型取决于所采用的监测方法。在地质灾害监测中，常用的监测方法包括灾害体地表及深部位移、应力、地下水动态、地温、降水量等（表1）。监测仪器的精度、数量及布设位置是在地质灾害勘查及综合分析的基础上，从控制灾害体主体变形的需要设计确定的。监测仪器通常和相应的监测设施，如监测标（墩）、保护装置等相互配合，完成灾害体相关参数的获取。

3.2数据采集系统

顾名思义，数据采集系统用于收集、储存各类监测数据，是通过单片机或工业控制技术实现的。目前，多数监测仪器均有配套的数据采集及存储装置，可按设定的数据采集间隔定时自动化工作，并对原始数据进行转换计算。数据采集装置通常具有 RS-232或其他标准通信接口，可以方便地将数据下载至 PC中作进一步分析处理。对于不具备配套数据采集装置或仅具备便携式读数装置的监测仪器，则可以通过第三方的数据采集仪实现自动采集工作，通用型的数据采集仪可方便地将频率、电压等模拟信号转换为数字信号加以存储和处理，并具备标准通信接口和PC交换数据。由于数据采集仪多置于监测仪器附近，二者间通常使用线缆相连接。

表1常用监测技术方法简表

3.3数据传输系统

数据传输系统用于完成数据采集仪—控制中心—用户间的数据传递。实际上，控制中心—用户间通常是利用国际互联网、通过发布系统实现的，所以狭义上的数据传输指数据采集仪—控制中心之间（即灾害体现场至控制中心）的数据传递。

按照灾害体和控制中心空间距离的长短，可将数据传输分为近距离数据传输（一般低于2km）和远程数据传输两种类型。前者由于传输距离较短，一般采用线缆连接，后者则采用远程数据传输装置。

按传输介质，远程数据传输分为有线传输和无线传输两种方式。目前常用的有线传输方式有电话线连接（即在电话线两端加载 Modem对数据进行调制、解调）、光缆连接等，无线传输方式有数传电台（用于中远距离）、GSM/GPRS或 CDMA移动通信网络、通信卫星等（图2）。

图2常用的数据传输方法

3.4信息发布系统

信息发布系统通过国际互联网，以 Web主页的方式向目标层人员（即用户）提供各类监测信息。监测信息包括灾害体地质条件、发育特征、监测网布置方式、多元监测数据、监测数据随时间推移曲线变化情况、监测信息公告及图片、视频等。

信息发布系统由底层数据库和发布主页两部分构成。前者用于管理各类基础信息及监测数据，为后者提供数据源，后者为用户提供信息访问平台。二者之间通常采用B/S等架构交换数据。

信息发布系统一旦建立完成后，一些信息内容，如灾害体地质条件、发育特征、监测网布置方式等说明性的文字便相对固定下来，在短时间内不会做大的改动，这些信息通常称为静态信息。而随着时间推移，监测数据及其曲线等信息不断产生，且呈现动态变化并需在主页上自动更新、显示，这些信息称为动态信息。要实现监测数据的实时发布，需建立动态主页来显示动态数据。

由于监测数据是由底层数据库管理的，故只要即时将监测数据自动写入数据库中，为动态主页提供随时更新的数据源，便可实现自动显示，即实时发布。而这一点是易于做到的。

4巫山县地质灾害实时监测示范站简介

重庆市巫山县新城区是我国地质灾害危害最为严重的地区之一，全县约1/3的可用建设用地受到不同程度地质灾害的威胁。通过论证对比，在城区27个较大滑坡（崩塌）中，选择了近期变形相对较为明显、危害较为严重的向家沟滑坡和玉皇阁崩滑体建立实时监测预警系统进行应用示范。选用GPS监测地表位移、固定式钻孔倾斜仪和TDR技术监测深部位移、孔隙水压力监测仪监测滑体孔隙水压力及饱水时的水位、水温，同时通过安装仪器的附加功能或定期搜集的方法兼顾了地温、降水量及库水位等监测。截至目前，共建立GPS监测标22处（含基准标）、固定式钻孔倾斜仪和TDR监测点（孔）各3处、孔隙水压力监测3孔7测点。多种监测仪器在同一地理位置同组安装，这样不仅便于不同监测方法之间资料的相互印证对比，还可以仅使用一台采集仪及传输装置采集、传输多种监测数据，降低监测系统建设成本；另外，同组安装便于修建监测机房（现场站）保护监测仪器设施。以上监测方法除GPS因建设成本、人为抗力风险等原因采用定期观测外，其余监测方法均采用实时化监测。

4.1示范站数据采集系统

固定式钻孔倾斜仪、TDR、孔隙水压力监测仪三种监测仪器均具备配套的数据采集装置，其中TDR监测技术使用工业控制机作为数据采集装置，恰好可以作为另两种监测仪器的上位机，通过多串口扩展，将固定式钻孔倾斜仪和孔隙水压力监测仪连接至工控机，定时下载、存储数据，并在预定时间统一传输至控制中心，同时在工控机上存放数据备份，防止数据丢失。示范站数据采集系统结构图如图3所示。

图3示范站数据采集系统结构图

4.2GPRS远程无线传输系统

示范站控制中心设在巫山县国土资源局，距向家沟滑坡直线距离2.74km，距玉皇阁崩滑体约0.6km，其间采用GPRS网络进行数据的远程无线传输。

GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线业务）是中国移动通信在GSM网络上发展起来的2.5G数据承载业务，具有传输速度快、永远在线、按量计费等优点。GPRS使用TCP/IP协议，因此可方便地将数据写入指定（具固定IP地址）的服务器中。

GPRS数据传输硬件为商用型GPRS-MODEM，控制软件自主编写，用于控制数据传输时间、目标地址及传输过程的错误处理，由服务器端和客户端两部分构成。服务器端用于设置网络配置、数据库连接方式及数据文件、日志文件和配置文件的存放路径。客户端安装于现场站数据采集仪（工控机）上，控制网络连接、上传时间、数据编码、数据备份及传输错误处理。客户端软件和所有的数据采集软件设置为不间断工作状态，在按控制参数工作的同时，接受控制中心的配置指令即时对控制参数进行调整。

4.3示范站信息发布系统

示范站信息发布系统硬件由1台小型服务器和2台 PC终端的100M局域网构成。通过2M带宽的ADSL接入Internet。底层数据库和WEB主页同时安装于服务器上。服务器操作系统为Mi-croSoft Windows Server 2000，数据库系统采用 MicroSoft SQL Server 2000。WEB主页用 ASP.NET和Visual C﹟编写，和数据库之间采用B/S架构。在病毒防护和网络安全方面，采用商业软件瑞星RAV 2004和天网防火墙系统。

（1）数据库系统

数据库系统是信息发布系统的基础，按管理内容分为基础信息管理、数据管理、辅助信息管理三部分。基础信息管理的内容包括监测站（包括中心站和现场站）、监测钻孔、监测点、发布信息、发布图片等；数据管理内容包括固定式钻孔倾斜仪、GPS、TDR监测系统、BOTDR监测系统、孔隙水压力监测仪、环境温度、降水量、库水位等；辅助信息管理内容包括分级用户、下载信息、访问统计次数等，数据库系统构成如图4所示。

（2）数据伺服处理程序

数据伺服处理程序用于转换、计算现场站传来的数据，并即时将处理后的结果写入数据库中。处理程序采用Visual BASIC语言编写，通过计时器控制的定时功能触发写库过程，并在完成写库过程后删除原数据以防止重写。不难看出，数据伺服程序是传输系统和发布系统之间的连接，它使两个彼此独立的系统有机地结合起来。

（3）示范站信息发布主页

信息发布主页为远程用户提供所需的全部信息，包括示范站的概况、实时的监测曲线、最新的监测数据等。从发布信息内容、访问方式及管理维护的角度出发，主页设计成导航区、发布区、管理区和下载区，为远程用户、管理员提供交互。

图4示范站数据库系统构成框图

导航区为远程用户提供必要的导航信息，包括公告信息、图片及相关的专业网站链接，展示示范站建设工作的进展、取得的阶段性成果及有关的预警内容。

发布区用于提供示范站概况、实时监测曲线及数据查询。

示范站概况包括示范区自然地理条件、地质条件、示范站工作的整体部署，监测仪器设施（GPS、固定式钻孔倾斜仪、TDR、BOTDR、孔隙水压力监测仪等）的性能指标，监测现场站（含中心站）、监测钻孔、监测点的基础信息等内容。

实时监测用于显示各种监测曲线，是发布主页最核心的内容。从访问方便的角度出发，实时监测采取了“选择灾体—选择监测剖面—选择监测点—选择监测时段—显示监测曲线”逐级打开、层层剥落的展示方式，并全部做成图形方式链接，以增强访问的直观性。监测曲线的坐标设计成自适应型，图形的大小在系统的配置文件中设置，并标明数据的最新更新时间。曲线是以图片的形式显示的，用户可以方便地将其下载到自己的PC中保存。

从安全考虑，数据查询进行了加密，用户需用授权的用户名和密码登录后方可查看。查询采取了“选择监测方法—选择监测点—选择监测起始时间—显示数据表”组合式筛选的方式。输入界定参数并提交后系统从底层数据库中找到所有符合条件的记录，按日期排序后列表显示。用户可以全部或部分选取查询结果，粘贴至个人PC作为WORD文档保存。

管理区专为系统管理员设计，用于管理员远程管理文本、图片、数据等信息，进行信息的添加、修改、删除、上传下载等操作。分为信息管理、图片管理、数据管理、下载管理4个相互独立的模块，具有模糊查找等高级功能。

下载区为授权用户提供工作图片、视频、监测报告、软件等较大文件的下载功能，补充主页在文件交换方面的不足。

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5示范站实时监测系统运行评价

由于本文着重论述实时监测技术的可行性和可靠性，因此不对监测成果和滑坡稳定性动态做更多分析。从以上论述明显可以看出，在地质灾害监测中，构建实时监测系统从技术上是可行性的。本节主要针对巫山县实时监测预警示范站运行过程中出现的各种问题，从故障统计、故障原因分析等方面，对示范站采集系统、传输系统、发布系统的可靠性进行简单评价，并提出意向性的改善建议。

图5示范站信息发布主页面

根据巫山县地质灾害监测预警示范站建设工作日志，监测系统故障主要发生在传输子系统，故障表现形式为数据不传输或不正确传输，主要原因为GPRS网络信号不稳定造成传输随机中断所致；其次，拨号连接失败后的重复尝试连接导致服务器80端口长期无效重复占用，当超过服务器最大连接数后导致网络无法正确访问；再次，监测地区不规律的停电常常使保障体系失效，从而丢失数据。此外，示范站服务器系统遭受过病毒破坏和恶意攻击，两次造成网络系统崩溃。可见，实时监测系统在基础通信条件和保障体系完备的条件下，是能够稳定可靠运行的。在建设过程中通过安装长时后备电源系统、功能完善的病毒防火墙和网络防火墙，可有效降低保障体系风险，进一步提高系统运行的稳定性。

6结语

巫山县地质灾害实时监测预警示范站自2003年陆续建设运行以来，在技术人员的维护下，系统运行正常，取得了数十万个监测数据，发布公告信息及图片近百条（幅），编写监测分析简报数期，实现了监测信息远程实时访问，取得了良好的示范效果。实践证明，将实时监测技术应用于地质灾害防治中是完全可行的，也是比较可靠的。可以预见，实时监测技术将是地质灾害监测的必然发展趋势。

参考文献

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