大数据在地质灾害的应用
❶ 大数据可以应用在哪些方面
可以应用在云计算方面。
大数据具体的应用：
1、洛杉矶警察局和加利福尼亚大学合作利用大数据预测犯罪的发生。
2、google流感趋势(Google Flu Trends)利用搜索关键词预测禽流感的散布。
3、统计学家内特.西尔弗(Nate Silver)利用大数据预测2012美国选举结果。
4、麻省理工学院利用手机定位数据和交通数据建立城市规划。
5、梅西百货的实时定价机制。根据需求和库存的情况，该公司基于SAS的系统对多达7300万种货品进行实时调价。
6、医疗行业早就遇到了海量数据和非结构化数据的挑战，而近年来很多国家都在积极推进医疗信息化发展，这使得很多医疗机构有资金来做大数据分析。
7、及时解析故障、问题和缺陷的根源，每年可能为企业节省数十亿美元。
8、为成千上万的快递车辆规划实时交通路线，躲避拥堵。
9、分析所有SKU，以利润最大化为目标来定价和清理库存。
10、根据客户的购买习惯，为其推送他可能感兴趣的优惠信息。
(1)大数据在地质灾害的应用扩展阅读：
大数据的用处：
1、与云计算的深度结合。大数据离不开云处理，云处理为大数据提供了弹性可拓展的基础设备，是产生大数据的平台之一。
自2013年开始，大数据技术已开始和云计算技术紧密结合，预计未来两者关系将更为密切。除此之外，物联网、移动互联网等新兴计算形态，也将一齐助力大数据革命，让大数据营销发挥出更大的影响力。
2、科学理论的突破。随着大数据的快速发展，就像计算机和互联网一样，大数据很有可能是新一轮的技术革命。可能会改变数据世界里的很多算法和基础理论，实现科学技术上的突破。
参考资料：
网络--大数据
❷ 在地质灾害评价与其他地质调查中的应用
一、地质灾害评价与监测
地质灾害主要指崩塌（含危岩体）、滑坡、泥石流、岩溶、地面塌陷和地裂缝等。灾害的地质评价与监测的目的是为了科学地确定地质体特征、稳定状态和发展趋势，为分析地质灾害发生的危险性，论证地质灾害防治的可行性和比选防治方案，最终确定是否要治理，采取躲避方案或实施防治工程对策提供依据。
地质灾害勘查的任务与内容包括查明地质灾害体的特征及其地质环境以及自然演化过程或人为诱发因素；分析研究地质灾害体的成因机制；勘查地质灾害体的形态、结构和主要作用因素等，并评价其稳定性；预测地质灾害体的发展趋势，评价其危险性；和进行防治工程可行性论证，提出防治工程规划方案。
1.工程建筑场地的岩溶和洞穴的调查
对于机场、公路及大型工程建筑场地，地下洞穴、人防工程严重威胁着地面建筑的安全。由于地下洞穴或人防工程的存在，引起地表塌陷，地面建筑遭受破坏的现象时有发生，这一现象已引起人们的高度重视，如我国北方的一些城市，废弃的人防工程已经成为城市建设的主要地质灾害之一。因此，在工程地质勘查中采用物探方法查明埋藏地下的土洞、人防工程等不良地质现象，对合理地进行地面建筑设计和地基加固是十分必要的。
柳州机场在施工过程中发现有数处大小不一的土洞，为确保机场跑道的安全，在跑道位置进行了探地雷达探测。探测中采用了SIR-10型地质雷达，天线频率为100 MHz。在跑道位置探查出三处洞穴异常。经开挖验证，均发现有较大洞穴。洞穴在雷达图像上的反映呈双曲线形，图5-4-1为土洞的地质雷达图像，开挖验证的实际洞穴如图5-4-2。这一探测结果，排除了机场跑道的隐患。
溶洞是可溶岩的一种常见的地质现象，溶洞的存在对可溶岩区的工程建筑有较大的危害。当岩面覆盖为易被冲蚀的渗透地层，且岩溶与上覆地层存在水力联系时，这种水力联系加速了岩溶发育。当岩溶顶部变薄不能支持上方地层负荷时，就会发生塌落。
图5-4-3为广州花都市某地的开口溶洞的探地雷达图像。该处覆盖层为细颗粒粉砂，有一定渗透性，其下为灰岩。灰岩面附近岩溶发育，在灰岩面的地质雷达图像中可见不规则强反射波。强反射波形成的区域内有一组周期短的弱反射波，其特征与上覆地层反射波特征类似，这表明灰岩中空洞已被上覆地层冲蚀的土体所充填。由于开口溶洞上方土体已遭冲蚀，因此，其反射波形态特征与周围土层的反射波形态特征不同，表明上覆地层已受到扰动。扰动土层与充填溶洞构成了开口溶洞特征。这类溶洞使上覆地层承载力明显降低，容易引起坍塌。
图5-4-1 柳州机场洞穴的雷达图像
图5-4-2 开挖验证的实际洞穴图像
唐山市坐落在断裂活动带和隐伏岩溶区，在自然和人为因素影响下曾多次发生岩溶塌陷、地面变形等地质灾害，给人民生命、财产安全和经济建设带来巨大危害。为了查明第四系覆盖层厚度并确定基岩中溶洞与断层位置。在唐山市第十中学操场，对曾经发生过岩溶塌陷并已作填石处理的地段开展了人工地震勘探。纵波反射观测采用1 m道间距，20 m偏移距，12 次水平叠加；横波反射观测参数采用1m道间距，20m偏移距，6次水平叠加。
图5-4-3 某开口溶洞的地质雷达图像
该区基岩为中厚微晶灰岩夹泥岩，埋深24.2 m。图5-4-4为该测区纵波剖面图，图中，基岩反射波在已知塌陷坑处同相轴缺失，并有错断，反映了断层破碎带的形态。其他部位基岩反射波同相轴连续，是完整基岩的反映。
图5-4-4 唐山市第十中学操场岩溶塌陷地震纵波反射剖面图
2.地裂缝的物探勘查
西安市是地裂缝的多发区，近年来由于频繁的构造运动及大量抽水等作用，地面及地下常出现地裂缝，严重地破坏了地面及地下的各种建筑设施。查明地裂缝的存在与否及地裂缝的位置、埋深、下延深度及其走向延伸，对西安地区的城市规划和建设有重要意义。
为了证实地裂缝是基底断裂构造向上延展活动的成因机制，开展了浅层高分辨率地震勘探，对展布在西安市的十条地裂缝带布置了垂直地裂缝带的地震测线，任务是探查地裂缝带下是否有隐伏的第四纪断层。
观测系统为道间距5 m，最小偏移距220 m。仪器参数为：采样间隔1 ms，记录长度512 ms或1024 ms，低截频率90 Hz。
在第四系平均厚度600 m的地层内，存在可连续追踪的地震反射层有七组，按其反射时间由小到大标记为t1～t7，与钻孔地质剖面对比，七组反射层与地质层位关系如表5-4-1。
表5-4-1 地震反射与地层关系表
地震勘查结果证明，跨越地裂缝带的24条地震剖面，均存在有第四纪断层，断层面南倾，倾角较陡，南侧的上盘下降，北侧的下盘上升，其产状和断层特性与其上部地裂缝具有的正断层式差异沉降特征是一致的，即以地裂缝为界，南侧的上盘土体相对下沉，北侧的下盘土体相对上升（图5-4-5）。
随着反射层t1～t6深度逐渐加深，各反射层所对应的断距逐渐加大，而不是所有反射层的断距都相等。这种现象在所有地震剖面上都存在，它反映了第四纪断裂是基底断裂继承性发展，地裂缝是第四纪断层在地表的出露。
由于地裂缝具有宽度小、埋深变化大和走向延伸较长等特点，因此，高密度电阻率法对地裂缝探测也有较好的效果。西安工程学院采用中间梯度法和高密度电法相结合对西安市地裂缝进行实验研究。图5-4-6是在已知地裂缝上的电探综合剖面图，由图可见，视电阻率高值带不仅反映出地裂缝的位置，而且也反映出其倾向和位错动情况。该处探槽可见地裂缝F1、F2宽度分别为1 cm和2 cm。可见，高密度电阻率法在地裂缝探测中有较高的分辨率。
地质雷达方法对地裂缝的探测也十分有效（图5-4-7）。地层受剪切和张力作用产生裂缝，造成地层某一位置错断。垂直裂缝走向布置地质雷达测量，地裂缝在雷达剖面上表现为同相轴错断，其错断程度与裂缝发育程度有关，若裂痕沿横向发育，裂缝内物质电磁波的吸收，也往往造成此部位反射波同相轴局部缺失，其缺失的范围与裂缝发育范围有关。
图5-4-5 跨越地表地裂缝的反射地震剖面
图5-4-6 地裂缝上的综合勘测剖面图
3.滑坡的监测与调查
在滑坡动态监测中，根据岩土的动力学特征的动态变化与地球物理场变化的相关性研究，可监测滑坡的形成与发展的动态过程，为灾害的预测与防治提供参考资料。
滑坡是由岩石的突然崩塌或岩（土）体滑动造成，地质环境各异，成因各不相同。目前用于调查滑坡范围及随时间变化过程研究的地球物理方法较多，如用重力测量圈定滑坡范围，自然电位监测滑坡动态，地温测量监测与滑坡有关的地下水流动态。放射性、电法、地震、地质雷达测量也是滑坡调查中常用的方法。
图5-4-7 地裂缝上的地质雷达剖面图
此外，目前正在进行研究的有：利用岩石破碎时的声发射与电磁脉冲辐射，采用声波测量与电磁波测量监测滑坡动态；利用微动观测监测滑坡体震动频谱，确定滑坡滑动方向与滑动面蠕变等方法。
图5-4-8 为电法和地震研究滑坡的实例，滑坡体靠近高加索，由砂质粘土组成，下部为泥岩风化壳。电测深结果将斜坡断面分三层，上层为滑体（ρ1=13～29Ω· m），中层为风化泥岩，属滑动面（ρ2=2～4Ω·m），下层是未风化泥岩组成滑床（ρ3=2～12Ω·m）。地震测量结果将滑坡分上、下两层与滑体和滑动带相对应（vP=340～360 m/s），下层与未风化泥岩顶部相符（vP=1360～1400 m/s），速度界面只有一个。在滑坡上部电法和地震的上界面十分吻合，而在滑坡底部速度界面高出电性界面，原因是未风化泥岩上部裂隙度增大造成，这种软弱带有可能产生新的滑坡。
图5-4-8 根据地球物理研究结果综合绘制的电性界面断面图
前苏联成功的采用氡气测量判断坡度的稳定性，圈闭滑坡体并监测滑坡发展的过程。图5-4-9示出莫斯科列宁山滑坡地区氡气测量结果，由图可见，滑动地块中氡的浓度通常高于周围的稳定地段。因此，在不同时间系统进行氡气测量将可监测滑坡从稳定地块向活动地块发展的过程，以及趋向稳定的转变。
4.煤田陷落柱的调查
陷落柱是煤田开采中危害极大的地质灾害之一，它通常是由于基底厚层灰岩中古溶洞的塌陷加上煤层盖层塌落形成的。目前对陷落柱的调查中通常采用的地球物理方法有放射性、电法及人工地震等。
图5-4-9 俄罗斯莫斯科列宁山一个滑坡上氡气测量的结果
放射性方法调查陷落柱的根据是地下水在循环过程中由浅部氧化带溶解的微量铀，到达深部还原带并沉淀在陷落柱的空隙带中，使得铀的含量高于周围的岩石。铀衰变为镭后在还原条件下易溶于水，含镭的地下水沿孔隙向上运移到达氧化带又沉淀在土壤表面形成镭晕，同时铀、镭衰变后形成氡气异常，氡气又衰变为210Po核素，因此，通过氡气测量或210Po测量，可以间接调查陷落柱。通过氡气测量或210Po测量，可以间接调查陷落柱。一般来讲，210Po法在陷落柱上方的剖面曲线特征为马鞍形，即陷落柱边缘上异常曲线出现高峰值，而在陷落柱的中间210Po值较低，但仍然高出正常值。
河北大油村煤矿陷落柱调查以210Po测量为主，配合电测深、甚低频电磁法、伽马测量等地球物理方法，取得较好结果。矿区第四纪地层厚80～120 m，其中河卵石厚30～50 m，下部为二叠纪砂岩、粉砂岩、泥岩互层及煤层，矿区已发现两个陷落柱，其中DX-1已由巷道控制，DX-2刚开始揭露。210Po测量结果如图5-4-10所示，210Po脉冲数为60的异常值圈定的结果与已知陷落柱的范围相符，并圈出新的异常区DX-2的范围。
5.采空区的调查
采空区是由人类活动引起的地质灾害之一，它对地面建筑和人身安全带来严重隐患。为了研究对采空区的有效探测方法技术，近年来，煤炭科学研究总院和其他一些科研部门对此进行了大量的研究工作。研究成果表明，采用地震勘探、高密度电法、瞬变电磁、地质雷达、钻孔弹性波CT、α卡法测量法等物探方法对探测采空区都具有一定的效果。由于每一种物探方法的应用都受到探测深度、地形地貌和岩土特征的影响，因此，各种方法都有其适应范围，在实际应用中，应根据具体的地质情况和方法的有效性实验后选择适用的物探方法。
图5-4-10 大油村煤矿210Po异常平面图
高密度电阻率法和地质雷达对埋藏较浅的采空区具有较好的探测效果。石—太高速公路山西平定境内遇有矾土采空区，由于工程治理的需要，在施工前需查明采空区的空间分布和规模。探测区段上部为第四系覆盖层，以粘土为主，电阻率为20～30Ω·m，厚度为0～10 m不等。底部为石炭系地层，以粉砂岩和泥岩为主，电阻率为50～100Ω·m，厚度较大。采空区由于坍塌、充填物松散、潮湿或充水，电阻率与围岩相比差异较大，呈低阻特征。其中3号采空区由于采用旁柱式开采，截面积较大，其坍塌也更严重，埋深大约为20 m。
由于地形地表条件复杂，在高密度探测中采用了非正规测网，在120 m×100 m2，的范围内共布设12条测线。点距2 m，极距a=（1～16）·x。图5 4 11为3号采空区Ⅱ、Ⅲ测线的高密度测量结果图。由图可见，除地表局部地形和电性不均匀体形成的向上开口的“V”字型干扰异常外，在其深部（39点下方）有一低阻闭合圈异常，范围较大，相应埋深也较大，与正常背景电阻率相差仅10Ω· m，在相邻测线上连续出现类似异常，深度变化不大，该低阻异常由采空区形成，异常下方为采空区位置。
图5-4-11 3号采空区Ⅰ、Ⅲ测线的高密度测量结果
地震勘探是采空区探测中应用广泛的方法之一。由于采空区的存在，采空区周围的应力平衡受到破坏，产生局部的应力集中，采空区围岩在上覆岩层压力作用下，经过一段时间后发生变形、破碎、位移和塌落，这使得采空区地震波的特征与未开采区围岩地震波的特征相比发生较大的差异。图5-4-12为徐州某煤矿煤层采空区实测地震剖面图。
图5-4-12 徐州某煤矿煤层采空区实测地震剖面图
图中可见，在采空区上地震剖面通常有如下特征：反射波速度明显降低；反射波（组）突然中断，跨过采空区后又重新出现；反射波的波形发生紊乱。
α卡法探测采空区是通过测量地表氡射气含量大小，区分出地质异常及其异常性质。实验研究表明，地表氡射气含量与地下构造有着密切关系，岩层的裂隙、断层破碎带、岩石风化带和松散带是氡气向地表运移的良好通道，这为氡射气探测地质问题提供了地球物理条件。在老窖采空区大都存在着一定程度的塌陷冒落和裂隙，采空区上方至地表将会形成裂隙发育带和松散带，成为氡气上移的通道，通道上方将出现α粒子强度的明显异常，依此可推断采空区的位置及范围。图5-4-13为徐州某煤矿煤层采空区区段土氡射气探测剖面图，强异常出现在采空区上方。
图5-4-13 徐州某煤层采空区区段土氡探测剖面图
6.地震预报中的地球物理方法
地震频繁发生的地区一般是地壳的薄弱带和活动带。深大断裂是幔源物质上侵和地球脱气的主要通道，是地震活动的发源地。地震活动又派生出新的构造运动，构造运动产生的裂隙带是气体上移的通道。利用地表自由逸出的气体溶解于水中及吸附于土壤中气体的浓度变化来监测预报地震，是当前国内外广泛采用的地震预报方法。研究证实，地震前后由于地应力的变化，可引起地下水中化学成分的变化，特别是水中气体成分对地应力的反应十分灵敏。因此，水中气体成分的变化可作为地震发生过程的重要标志，其中汞是对地震前兆响应最为灵敏的有效指标。
1985年11月21日，北京西郊妙峰山发生4.1级地震，震中距北京火车站汞监测井40 km；同年11月30日河北巨鹿发生5.1级地震，震中距汞监测井125 km。据北京火车站观测井的水汞含量观测，水中汞浓度有明显变化，正常情况下，水中汞的平均值为14 ng/L。妙峰山地震临震前汞浓度达到629.3 ng/L，为平均值的42倍（图5-4-14）。
图5-4-14 京西妙峰山、巨鹿地震前后北京火车站观测井水中汞量变化曲线
由于大地震的发生大多与断层活动有关，而活动断层是地表与地壳深部联系的通道，在活动断层附近，通过土壤中氡和水中氡测量，可以从地表直接获得深部构造活动的信息。在山东菏泽，1987年发生7.0级地震，据刘西林和华爱军1984年进行的8条剖面氡测量结果，认为1987年的7.0级地震和1983年的5.9级地震是北西向定陶—成武断裂和北东向的解元集—小留集断裂的共轭断裂发震，并确定了其产状和活动程度。
二、在考古研究中的应用
地球物理方法在考古中发挥着重要的作用。通过地面高精度磁测对古遗址分布区内与回填土的磁性差异的探测，可了解遗址的位置、边界形态及铁磁性器物的赋存特征；通过电阻率法、激发极化法、自然电场法、地质雷达等手段了解不同岩土层及各种金属器物和介质的电性差异；通过地震反射波和地震面波方法探测古墓与周围介质的弹性差异，探索陵墓地宫的结构和深度的边界及埋深；利用放射性勘测技术及天然气态放射性元素氡浓度变化的测量，来了解某些陵墓区或古建筑遗址地下结构的分布。物探方法用于考古工作，可实现对古文化的无损探测，提高了考古发掘的准确度。例如中科院地球物理所采用地震面波、高精度磁测、大地电场岩性探测和地球化学测汞对三峡库区故陵楚墓的探测，准确地确定出故陵楚墓的位置和分布形态，证实了所推测的古墓的存在，为三峡库区文物抢救保护解决了重要的难题。
1.高精度磁测在考古中的应用
地面高精度磁测是对古墓、古文化的分布探测中最主要的地球物理方法之一。古遗存或古人类化石本身及所处地层的磁性、磁化率、磁化率各向异性、剩余磁化强度等与周围环境存在的磁性差异是磁测考古的基础。经有关学者研究得出如下结论：被火烧过的泥土制品、土壤、石头等可获得较强的磁性；有机质的腐烂使土壤获得较高的磁性；人为翻动过的土壤或夯土、与周围天然的沉积物之间有明显的磁性差异；表5-4-2给出了不同考古材料的磁性参数。
表5-4-2 不同考古材料的磁性参数（据中国地质大学阎桂林）
考古对象的空间规模一般较小，形态复杂，埋深不一。考古对象与周围物质间虽有一定的磁性差别，但磁性还是较弱，再加上人文干扰，所以，考古对象产生的磁异常，其特点是范围小，强度低，梯度变化大，形态多样，有时干扰严重。因而，在考古调查中必须采用高精度的质子磁力仪或光泵磁力仪。
地面磁测时测网的比例尺一般为1∶100～1∶200。仪器探头距地面高度可为1 m至0.1 m。除观测磁场强度ΔT外，还可观测磁场的垂直梯度变化ΔTZ。河南新郑某古墓的调查是磁法考古探测的成功实例之一。
该测区位于一战国至汉代古墓葬区内，黄土覆盖，土质均匀，地形平坦。墓葬区已经初步钻探普查，磁力调查是作为详查和核实。采用两台MP 4 型质子磁力仪，一台用于地磁日变观测。仪器探头距地面高0.5 m。测网比例尺1∶200，线距2 m，点测1 m。观测结果见图5-4-15。由ΔT平面等值线图可见，在已知墓葬A、B、C及大型陪葬坑上显示出一定强度和轮廓明显的磁异常。有些异常还勾绘出墓葬的形态及细节。如A异常清楚显示该墓有一较长的南北向墓道，墓室南侧有两个小耳室。A墓引起的磁异常为20 nT左右。据其形态，考古工作者判定为汉代“甲”字型砖墓。B异常形态表明该墓为典型的“刀”字型砖墓。图中黑粗线轮廓是根据磁异常推断的结果。C异常较弱，对其墓的形态轮廓显示不清楚，这表明该墓为一土坑墓，非砖结构。E、D异常反映的是两个新发现的墓葬，没有原始资料。陪葬坑的磁异常南、北部分有较大的区别，它表明坑内较多的陶器物品主要堆放在坑的南半部。该区这些异常推断的遗存埋深为地下1～2m。实际钻探资料证实了磁测结果的分析。
图5-4-15 河南新郑战国至汉代某古墓的磁异常等值线图
2.电法在考古中的应用
电法也是考古工作中常采用的地球物理方法。一般古墓多埋藏于第四系松散地层中，古墓上下及周围应有厚度不等的青膏泥（粘土）填充，构成一个以厚层粘土包裹着的“古墓体”，此外，墓室有可能有地下水渗入。这就使得古墓与周围地层存在一定的磁性与电性差异，为采用电法探测古墓提供了地球物理条件。
图5-4-16是河南省某古墓地面磁测剖面平面图。图中各测线在22～26点和30～36点形成了两个近EW向的条带状正异常（ΔZmax=53 nT），其间有一下降近20 nT的鞍部，其南、北、东三面均为负异常。结合地面情况推断两条正异常的鞍部为古墓位置，而南、北、东三面负异常为高差近20 m的人工开挖陡壁引起。
图5-4-17是0号 剖面等视电阻率断面图。由图可见，0线在三角点往西有ρs小于8Ω·m的极小值区，其他测线也有同样反映。极小值出现在AB/2=40～100 m之间，以AB/2=65 m为中心部位。图5-4-18是AB/2=65 m的等ρs平面图。由该图反映出ρs小于8Ω·m的极小值范围为坐标原点往西11.2 m，坐标原点往南9.8 m。该范围内ρs值均在7.2～7.65Ω· m内，且范围外 ρs变化梯度较大。由此推断 ρs小于8Ω·m的范围为主墓葬的位置。本区电测深曲线类型以H型为主，按电性可分为三层：第一层为覆盖层，第二层为“古墓体”，第三层为“古墓体”底板。由电测深曲线解释得主墓顶部埋深为6.9 m，底板埋深为21 m。经挖掘验证，基本与物探探测结果相符。
图5-4-16 河南省某古墓磁测剖面平面图
图5-4-17 0线等ρs断面图
图5-4-18 等ρs平面图
3.地质雷达在古遗址探测中的应用
由于古遗址体与周围介质在相对介电常数上存在有差异，为地质雷达方法探测古遗址提供了地球物理条件。对于埋深较浅的古遗址，采用地质雷达方法具有较好的探测效果。湖北大冶铜录山古铜矿遗址是我国西周末期与春秋战国时期的采矿遗址，该铜矿目前仍在开采，为了协调矿山开采与古铜矿遗址保护之间的关系，应用地质雷达探测了铜矿遗址的规模及其分布，取得了令人满意的探测结果。
古铜矿遗址（称老窿区）都形成于接触破碎带中相当于矿体的氧化次生富集带中，鉴于当时开采的对象为高品位铜，因此老窿区发育地段首先要具备一定数量高品位铜矿可开采，二是当时用人力与较原始的工具挖掘，开采矿石的层位应该比较松软，老窿区对应的是接触破碎带经强烈风化区，古矿坑内都有回填土充填，回填土与原状土的差异明显。因此调查中老窿区的探地雷达图像应有如下特征：①由于地层风化是逐渐加深，因此原状土风化层应为一组均匀密集的窄反射波，同时地层风化进程是同步的，因此这些反射波的同相轴平整且可横向追踪；②老窿区现由回填土充填，而回填土与原状土差异增大，并且老窿区应处在矿石高品位地段，虽然铜已被开采，但铁矿石仍保留，因此反射信号强度大；③原状大理岩或矽卡岩由于物性相对均匀，因此反射界面相对较少，基本无明显的反射信号。
图5-4-19 老窿区的探地雷达图像
图5-4-20 地质雷达与勘探结果对照图
图5-4-19为老窿区的地质雷达图像。由图可见原状土为密集的窄反射波，而老窿区中的回填土为强反射波，横向变化大且同相轴难以追踪，原状土与回填土两者差异明显。根据雷达剖面图像我们构筑了3个高程的老窿投影与勘探解释进行对照。图5-4-20为Ⅲ号遗址老窿投影的地质雷达与勘探结果对照图。（a）是勘探结果，（b）是地质雷达解释结果。由图可见标高+53 m与+48 m老窿投影的地质雷达解释结果与勘探结果基本一致，但标高+43 m的老窿区投影与雷达解释结果有较大差异，这是因为在无钻孔区地质人员往往采用外推法解释。而这种解释在不规则的老窿区会产生较大的误差。
杭州雷峰塔始建于公元972年，于1924年倒塌，为了重建雷峰塔，浙江省考古所进行考古挖掘工作，为了确定雷峰塔是否存在有地宫，祝炜平等人开展了地质雷达方法探测工作，根据探测结果，明确了雷峰塔地宫的存在，提供了地宫的大致位置，为雷峰塔地宫的考古挖掘起到了指导作用。雷峰塔地宫探测中使用的地质雷达是瑞典玛拉公司生产的RAMAC/GPR地质雷达，选用的工作天线的中心频率为250 MHZ，在遗址上布置了四条呈“丰”字形地质雷达测线，测线间距为1.5 m，测点间距为0.03～0.05 m，采用剖面法测量。
图5-4-21为雷峰塔塔基内的一条地质雷达探测剖面图，横坐标为1.0～2.8 m，纵坐标1.3～2.6 m处雷达波同相轴错断，横坐标1.5～2.4 m，纵坐标2.6 m处有一双曲线型拱起的反射波同相轴，塔基中心位置的雷达波图像与周围介质的雷达波图像的差异明显，因此，双曲线型拱起异常应为地宫引起。地宫存在的范围，测线1.0～2.8 m，埋藏深度1.3～3.1 m。考古挖掘表明，地质雷达探测的结果是准确的，水平位置1.0～2.8 m，纵向深度1.3～2.6 m处雷达波异常反射由夯土层引起，地宫大小为0.9×0.9 m，高0.5 m。图5-4-22为地宫挖掘后绘制的地质剖面图。
图5-4-21 塔基内一条雷达探测剖面图
图5-4-22 地宫挖掘后绘制的地质剖面图
❸ 地质灾害的遥感技术在地质灾害中的应用
（一 ) 地质灾害分级
地质灾害按照人员伤亡、经济损失的大小,分为特大型、大型、中型和小型四个等级。具体标准如下 :
1. 特大型 :
因灾死亡和失踪30人以上或者直接经济损失1000万元以上的；
2. 大型 :
因灾死亡和失踪 10 人以上 30 人以下或者直接经济损失500万元以上 1000 万元以下的；
3. 中型 :
因灾死亡和失踪3人以上10人以下或者直接经济损失100万元以上 500 万元以下的 ;
4. 小型：
因灾死亡和失踪 3 人以下或者直接经济损失100万元以下的。
( 二)速报原则
情况准确,上报迅速,县为基础,续报完整。
( 三)速报程序
1. 发生特大型地质灾害后,灾害所在县(市)国土资源主管部门应于6小时内速报市 (地)级国土资源主管部门,同时越级速报省级国土资源主管部门和国土资源部,并根据灾情进展,随时续报,直至调查结束；
特大型地质灾害由国土资源部或委托省(区、市)国土资源主管部门及时组织调查和作出应急处理。委托省(区、市)国土资源主管部门进行调查处理的,最终形成的应急调查报告应尽快上报国土资源部。
2. 发生大型地质灾害后,灾害所在县(市)国土资源主管部门应于 12 小时内速报市 ( 地〉级国土资源主管部门,同时越级速报省级国土资源主管部门和国土资源部,并根据灾情进展,随时续报,直至调查结束。大型地质灾害由省级国土资源主管部门及时组织调查和作出应急处理,并将最终形成的应急调查报告上报国土资源部。
3. 发生中型地质灾害后,灾害所在县(市)国土资源主管部门应于24小时内速报市(地)级国土资源主管部门,同时越级速报省级国土资源主管部门。中型地质灾害由市(地)级国土资源主管部门及时组织调查和作出应急处理,并将应急调查报告上报省级国土资源主管部门。
4. 发生小型地质灾害后,灾害所在县(市)国土资源主管部门应及时向市 ( 地〉级国土资源主管部门报告,并负责组织调查和作出应急处理；
(四)速报内容
1.速报报告:负责报告的部门应根据已掌握的灾情信息,尽可能详细说明地质灾害发生的地点、时间、伤亡和失踪的人数、地质灾害类型、灾害体的规模、可能的诱发因素、地质成因和发展趋势等,同时提出主管部门采取的对策和措施。
2.应急调查报告:地质灾害应急调查结束后,有关部门应及时提交地质灾害应急调查报告。报告内容包括:
（1） 抢险救灾工作；
（2）基本灾情；
（3）地质灾害类型和规模；
（4）地质灾害成灾原因,包括地质条件和诱发因素(人为因素和自然因素)；
（5）发展趋势；
（6） 已经采取的防范对策、措施；
（7）今后的防治工作建议。 对于发现的直接受地质灾害威胁人数超过1000人或者潜在经济损失超过1亿元的特大型地质灾害隐患点,地方各级国土资源主管部门接报后,要在2日内将险情和采取的应急防治措施上报国土资源部,并根据地质灾害隐患变化情况,随时做好续报工作。
❹ 认识大数据对减轻地震灾害有什么意义
1、经过汶川大地震，使我们对生命有了新的认识——这句话的问题在于没有主语。版可以改成“经过汶权川大地震，我们对生命有了新的认识”或“汶川大地震使我们对生命有了新的认识”欢腾的人群以前所未有的热情来拥抱和迎接圣火——人拥抱圣火是会烧伤的~呵呵个人意见哈，是改成“欢腾的人群以前所未有的热情来迎接圣火”或“欢腾的人群以前所未有的热情迎接圣火，以拥抱迎接火炬手”
❺ 大数据用于自然灾害的预警在哪些方向
自然灾害是指由于自然异常变化造成的人员伤亡、财产损失、社会失稳、资内源破坏等现象或容一系列事件。它的形成必须具备两个条件：一是要有自然异变作为诱因，二是要有受到损害的人、财产、资源作为承受灾害的客体。
自然灾害主要包括气象灾害（台风、暴雨、干旱、洪涝、风暴潮、海啸等）和地质灾害（地震、滑坡、泥石流、地面沉降等）。
❻ 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。
主页面布局如图5所示。欲了解发布系统的更多内容，请登录Http://www.wss.org.cn。
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。
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