地质灾害自动化监测预选

A. 地质灾害防治工程中监测新技术的开发应用与展望

季伟峰

（中国地质科学院探矿工艺研究所，四川成都，610081）

【摘要】地质灾害防治工程中对地质灾害体的监测十分必要。本文简要介绍了我国当前地质灾害监测的主要方法及新技术在工程实践中的应用，指出了地质灾害监测工程实践中存在的主要问题，展望了我国在本领域技术发展的趋势。

【关键词】地质灾害监测技术应用展望

自然地质环境和人为活动是引发地质灾害的两大主要原因。在最近的20多年时间里，随着我国人口的增加，经济建设的快速发展，特别是基础设施建设规模的扩大，建设与用地的矛盾十分突出。植被的破坏严重，使山体滑坡、泥石流、地面沉降等地质灾害在全国许多地区频繁发生，严重阻碍了灾害发生地的经济建设和社会发展。

1我国主要的地质灾害形式及危害

1.1地质灾害及常见形式

地质灾害是指由自然地质作用和人为活动作用形成的，对人类生存和工程建设可能构成危害的各种特有的自然环境灾害的总称。

常见的地质灾害形式主要有6种，它们是崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝和地面沉降，简称为崩、滑、流、塌、裂、沉。

1.2三峡库区的主要地质灾害

三峡水利工程建成后将产生巨大的经济效益和社会效益。但它的建设对库区的自然环境也带来一定的直接或潜在影响。三峡工程的一期蓄水、二期蓄水和新城镇的建设已经给库区带来了不少地质灾害问题。在淹没区的新城镇建设中，由于在选址时考虑地质环境因素不够，使有些新城镇从建设一开始就与地质灾害结下了“不解之缘”。主要表现形式为人为高切坡和深基坑诱发的滑坡和崩塌。湖北的巴东、秭归，重庆的巫山、奉节、云阳、万县等地在新城镇的建设中都引发了大量的地质灾害，如何趋利避害是摆在我们面前的重大课题。

1.3地质灾害的主要危害

地质灾害的危害是显而易见的。我国幅员辽阔，地质构造复杂，地貌千姿百态，山地和丘陵面积占国土总面积的2/3以上。全国34个省、直辖市、自治区以及特别行政区均存在着不同形式和不同程度的地质灾害，每年都要造成惨重的人员伤亡和财产损失。其中滑坡、泥石流和山洪等突发性地质灾害被定为国际减灾10年的主要灾种，由于这些灾害具有潜在性和突发性，一旦发生，来势凶猛，常造成断道、断航、构筑物损毁、人员伤亡和财产损失。在我国，每年丧生地质灾害的总人数达800～1000人，经济损失超过100亿元人民币。

1.4地质灾害监测的特点

（1）滑坡等变形体分布通常较为分散，成因机制复杂。开展监测工作前，需有一定前期地质环境勘察、研究工作基础；

（2）地质灾害体大多位于交通、通讯十分不便地区，电源接入也很困难；

（3）目前大多数监测以手动为主，数据汇交速度相对较慢，人工劳务成本较高；

（4）与大坝、桥梁、隧道等固定建筑物、构筑物的安全监测相比，地质灾害监测具有开放的监测边界，条件复杂，自动化监测和遥测等监测手段、监测仪器的选择、固定安装、运行等须注意仪器设备的环境适应性和抗干扰性能，保证正常使用和安全运行。

2地质灾害防治工程中监测的必要性

地质灾害防治工程的监测根据工程所处的不同阶段，可分为施工安全监测、防治效果监测和长期稳定性监测，目前一般简单地统称为监测。在以往的工作实践中经常发现，除经济原因外，在地质灾害的治理过程中存在一定的盲目性。有些地质灾害进行了治理，理由是认为它不稳定。有些没有进行治理，理由是认为它是稳定的。除一些简单粗糙的勘察资料外，几乎没有充分的证据证明一个变形体稳定与否，是否需要进行工程治理。如果对滑坡等变形体进行必要的监测，将会减少这种盲目性，收到事半功倍的效果。

2.1对于已采取工程措施的地质灾害体

对于已采取工程措施的地质灾害防治工程，在治理过程中，根据监测结果进行效果评价，指导施工，及时对设计进行修改；防治工程竣工后，随着周围环境条件的变化，约束条件也会发生变化。如锚索的腐蚀和松弛、地下水位变化、临空面加大、工程质量不高、巨大外力（如地震和大爆破）等，都有可能使一些已经治理过、暂时处于相对稳定的滑坡变形体重新失稳，如不进行持久的监测，它们具有更大的欺骗性和危险性，并非就可以高枕无忧，仍需通过必要的监测来评判它的治理效果和长期稳定性。

2.2对于未采取工程措施的地质灾害体

对于一些未经治理、而又具有潜在危害的地质灾害体，监测也是十分必要的。一些暂时没有资金进行工程整治但又对人民生命财产构成较大潜在威胁的大型滑坡变形体，以投资较小的监测工作来弥补是有效的方法和途径。通过有效的监测既可对其稳定性进行评价，监测结果又可为是否治理和如何治理提供设计依据。用监测的手段对滑坡等变形体进行有效的监控，是一项投资少、见效快的方法，目前已逐步被一些政府官员和业主所接受并推崇。他们也意识到用工程手段进行整治后应该用监测数据来验证，否则是盲目的。但目前仍有相当多的管理和设计部门只注重被动的治理和亡羊补牢，而不注重防患于未然。

3当前地质灾害监测的主要方法

以往作为监测工作的对象，主要是对一些重要的构筑物和大型建设工程的变形、位移、沉降等进行监测，如水利水电大坝、大型桥梁、重要厂房、大型地下隐蔽工程、矿山边坡和尾矿坝等。对复杂的地质灾害体进行监测，则是近些年才逐渐开始应用的，当前采用的主要监测方法有以下几种。

3.1地面绝对位移监测

绝对位移监测是最基本的常规监测方法，测量崩滑体测点的三维坐标，从而得出测点的三维变形位移量、位移方位与变形位移速率。主要使用经纬仪、水准仪、红外测距仪、激光准直仪、全站仪和GPS等，应用大地测量法来测得变形体上某点的三维坐标。

3.2地面相对位移监测

地面相对位移监测是量测崩滑体重点变形部位点与点之间相对位移变化（张开、闭合、下沉、抬升、错动等）的一种常用的变形监测方法。主要用于对裂缝、崩滑带、采空区顶底板等部位的监测、沉降观测等，是位移监测的重要内容之一。目前常用的监测仪器有振弦位移计、电阻式位移计、裂缝计、变位计、收敛计等。

3.3钻孔深部位移监测

对于滑坡等变形地质体来讲，不仅要监测其地表位移，也要监测其深部位移，这样才能对整体的位移进行判断监测。方法是先在滑坡等变形体上钻孔并穿过滑带以下至稳定段，定向下入专用测斜管，管孔间环状间隙用水泥砂浆（适于岩体钻孔）或砂、土石（适于松散堆积体钻孔）回填固结测斜管；下入钻孔倾斜仪，以孔底为零位移点，向上按一定间隔（一般为0.5m或1m）测量钻孔内各深度点相对于孔底的位移量。常用的监测仪器有钻孔倾斜仪、钻孔多点位移计等。

3.4应力监测

对于滑坡等变形体不仅要监测其位移的变化，还需要监测其内部应力的变化。因为在地质体变形（或称运动）的过程中必定伴随着变形体内部应力变化和调整，所以监测应力的变化是十分必要的。常用的仪器有锚杆应力计、锚索应力计、振弦式土压力计等。

3.5水环境监测

对于崩滑体来讲，除了自然地质条件和人为扰动外，水是对滑坡的稳定状态起直接作用的最主要因素，所以对水环境（含过程降雨及降雨强度、地表水的流量、地下水位、渗流量、渗流压、孔隙水压力、地下水温度等）进行监测十分重要。常用的监测仪器有量水堰、遥测雨量计、测钟、电测水位计、遥测水位计、渗压计、渗流计、电测温度计等。

3.6地震监测

地震监测适用于所有的崩滑监测。地震力是作用于崩滑体的特殊荷载之一，因此对崩滑体的稳定性起着重要作用。当地质灾害位于地震高发区时，应经常及时收集附近地震台站资料；必要且条件许可时，可采用地震仪等监测区内及外围发生的地震强度、发震时间等。分析震中位置、震源深度、地震烈度、评价地震作用对区内的崩滑体稳定性的影响。

3.7 人类相关活动监测

人类活动如掘洞采矿、削坡取土、爆破采石、加载及水利设施的运营等，往往造成人工型地质灾害或诱发产生地质灾害，在出现上述情况时，应予以监测并停止某项活动。对人类活动监测，应监测对崩滑体有影响的项目，监测其范围、强度、速度等。

3.8宏观地质调查监测

采用常规地质调查法，定期对崩滑体出现的宏观变形痕迹（如裂缝发生及发展、地面沉降、塌陷、坍塌、膨胀、隆起、建筑物变形等）和与变形有关的异常现象（如地声、地下水异常等）进行调查记录。该法具有直观性强、适应性强、可信程度高的特点，为崩滑监测的主要手段，也是群测群防的主要内容。适用于所有崩滑体，具有准确的预报功能。

4监测新技术的研究与工程实践

4.1国外监测新技术的研究与应用

发达国家在岩土工程及地质灾害监测领域不但有传统的监测方法和仪器，近年来已将高新技术应用于地质灾害预测、预警工程。美国的PDI公司、Geokon公司、意大利Sisgeo公司、瑞士Leica公司、瑞典Geotech公司、德国Zeiss公司、日本尼康公司等在监测方法的创新和新技术的应用方面都处于领先地位。红外技术、激光技术、微波技术、光纤技术、格区式光栅技术、机电一体化、自动化技术、卫星通讯技术、计算机及人工智能等高新技术在监测技术方法和仪器的开发研究中得到了广泛的应用。可以这样讲，作为岩土工程监测一个分支的地质灾害监测及监测仪器，已经不是传统意义上的大地测量仪器，而是实现了传统方法和仪器与现代高新技术的完美结合，把监测仪器的技术水平推到了一个崭新的阶段，并正在向更高层次发展。国外具有代表性的产品有 Leica公司的TCR1800全站仪、TCR2003测量机器人、Geomos系统、DNA电子水准仪、GPS,Zeiss公司的DiNi12系列电子水准仪、North America公司的钻孔多点位移计、Sicon公司的岩土工程监测系列仪器等。

4.2国内监测新技术的研究与应用

国内水电系统和国土资源部都开展了这方面的研究，如水利科学院、中科院有关院所、国土资源部技术方法研究所等。我所伴随着三峡工程的建设，在国土资源部的大力资助下，也开发了多种岩土工程及地质灾害防治监测仪器，如钻孔倾斜仪系列、应力测量系列、地面位移测量系列等监测仪器、多参数遥测系统等，还承担了科技部“崩滑地质灾害自动化监测系统”项目的研究，为测量仪器国产化做了大量的工作，产品在三峡库区和国家的重大工程中得到了较好的应用。我所近几年研究的成果并形成的产品主要有以下8项：

（1）DMY型激光隧道断面张敛测量系统；

（2）BYT型光纤崩滑体推力监测系统；

（3）DZQX新型多功能钻孔倾斜仪；

（4）崩塌无线自动化监测预报系统；

（5）PSD型微位移变形测量系统；

（6）MS型锚索（锚杆）测力系统；

（7）DHS型地层含水率仪；

（8）岩心定向与取心技术研究。

4.3工程监测实践

在研究开发的同时，我所用自己研究的成果积极参与国家重大基本建设工程的监测工作和三峡库区地质灾害防治的工程监测，取得了较好的经济效益和社会效益。最近几年承担的重大监测工程有：

（1）宝成复线清江大断面双线长隧道变形量测；

（2）成昆铁路电气化改造西昌南马鞍堡隧道变形量测；

（3）北京地铁复八线变形量测；

（4）上海地铁一号线人民广场站变形量测；

（5）青岛地铁试验段变形量测；

（6）成（都）—南（充）高速公路高陡边坡变形及量测；

（7）内（江）—宜（宾）高速公路高边坡变形量测；

（8）丹（东）—沈（阳）高速公路丹本（溪）段全线隧道验收工程；

（9）318国道二郎山—康定段 K2794+860～980滑坡的地面位移、深部位移及应力监测；

（10）奉节县、云阳县地质灾害监测工程。

5监测技术发展展望

（1）地质灾害的发生将更加频繁，危害程度更大，监测工作将受到更多的重视，监测成果应用将产生更大的社会效益。

（2）在我们的上级主管部门——中国地质调查局的支持下，我们的监测仪器研究及运行系统软件开发将会得到更多资助，并使我们的监测手段更加完备，登上一个新的台阶，具有更强的市场竞争能力。

（3）自动化监测和遥测是地质灾害监测的发展方向，但目前实施还有很多困难。

（4）地质灾害具有一定区域性，是一项公益性的事业，更需要政府的引导和支持。

6结语

通过几年的监测工程实践，目睹了不少由于忽视地质灾害的工程安全监测和失效工程而导致生命和财产的损失，也看到不少通过监测成功预报灾害而避免灾害发生的实例。在实行工程质量终生追究制的今天，对地质灾害及相关岩土工程的安全进行长期监测显得尤为重要和迫切。

监测工程是地质灾害防治工程体系的重要组成部分，不能重治轻防，应做到治理、防范、监测并重，有时甚至重于工程治理手段。

在一定时期内对滑坡变形体实施监测工程，可以节省大量的投资。

地质灾害防治工程应建立在科学监测的基础上，以监测指导设计、施工、工程效果评价，以科学的态度面对它，应从过去的凭经验和粗糙的勘察上升到定量阶段，只有这样，才能对滑坡变形体进行深入的认识和科学评价。

监测工作不是可有可无的，它是工程诊断的需要，是从事地质灾害研究和预测必不可少的一项工作。

防范重于救灾，监测胜于治理。

参考文献

[1]殷跃平等.地质工程设计支持系统与链子崖锚固设计.北京：地质出版社，1995

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[4]唐邦兴主编.山洪泥石流滑坡灾害及防治.北京：科学出版社，1994

[5]国家技术监督局，建设部.工程测量规范.北京：中国计划出版社，2003

[6]国家技术监督局，建设部.工程岩体试验方法标准.北京：中国计划出版社，2001

[7]王永年，殷世华主编.岩土工程安全监测手册.北京：中国水利电力出版社，1999

[8]季伟峰主编.工程地质与地质工程.北京：地质出版社，1999.

B. 实施地质灾害监测预警体系建设规划的保障措施

（1）建立健全地质灾害监测的法规、制度和规范体系

建立和完善地质灾害监测管理办法、监测设施保护规定、监测资料共享、监测资料汇交制度。大力宣传《地质灾害防治条例》、《全国生态环境建设规划》、《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国水法》和《中华人民共和国水土保持法》；积极推进《地质环境监测法》、《地质环境保护条例》和《矿山环境保护条例》等的立法进程。

修改完善地下水环境监测技术规范；做好矿山地质环境监测技术要求、地质灾害监测技术要求、地质灾害预报预警技术要求、地面沉降、地裂缝监测规范、地质环境监测数据采集、录入等一系列规程规范和技术标准的编制或修订工作。使地质灾害监测工作走上法制化、规范化的道路。

（2）建立健全地质灾害监测机构、理顺体制关系

建立由中央到地方专门领导机构和专业组织实体，形成覆盖全国的专业与群众相结合的地质灾害监测实体网络（图）。国务院国土资源主管部门负责全国地质灾害防治的组织、协调、指导和监督工作，其他部门按照各自职责负责相关部门的防治工作。县级以上人民政府灾害防治小组应会同水利、交通、城建和气象等部门加强配合对地质灾害险情的实时动态监测，形成既有各专业独立性，又有统一领导的监测预警体系。

建立健全国家、省（市、区）、市（地、州）和县（市）四级地质环境监测机构，明确各级监测机构作为国土资源管理部门的公益性事业单位。按照“站网管理，业务联系，技术指导，资料汇交，成果集成”的原则，理顺各级关系，加强内部机构建设，使其真正承担起各类地质环境监测和地质灾害群测群防的技术指导工作。

（3）健全监测经费保障体系

监测经费实行分级分责任承担。国家、省、地和县等不同级别的监测网点建设、维护、运行和基本建设经费，应纳入各级政府的财政预算，建立地质环境专项经费；由采矿、开采地下水、工程建设等人为因素诱发的地质灾害、环境地质问题等的专门监测网点建设、维护和监测的日常运行以及试验研究经费，应由责任人承担；各类建设项目，建设单位应承担《建设用地地质灾害危险性评估》中所要求的地质环境监测研究经费。

（4）把科技进步放在突出位置，大力推广先进实用的监测设备

重视高素质人才的培养，引进先进的技术设备，加快地质环境监测的自动化进程，推广规范化的技术规程，建设和完善地质环境信息网络，改进监测成果的发布形式，提高监测工作为社会公众服务为政府决策服务的能力。

（5）加强国际交流与合作

加强国际交流与合作，学习和借鉴国外先进技术和经验，提高我国地质环境监测水平和国际影响

总结地质灾害预报预警成功的经验，进一步尝试和推进与其他公益网的合作，实现信息资源共享互为补充和促进，不断拓展监测领域，提高为政府、为社会服务的水平。

（6）加强宣传教育，提高全社会地质灾害防治和地质环境保护意识

利用电视、广播和报纸等多种宣传媒体，结合“世界地球日”、“土地日”、“水日”等社会活动大力宣传我国人口、环境与资源的基本国策，宣传生态环境建设、地质灾害防治、地质环境保护的重要性和迫切性，提高全社会对保护地质环境的重视程度，普及地质环境保护和地质灾害防治知识，提高全民的防灾减灾意识。

C. 为什么要做地质灾害自动化预警

因为人及人控的机器都有一些疏忽，
地质灾害自动化预警是为了防患于未然

D. 实施地质灾害监测预警体系建设规划的投资估算

地质灾害监测预警规划主要费用项目包括：建立国家级地面沉降监测网，地质灾害监测重点工程，地质灾害监测预警研究试验区，重大突发性地质灾害单体监测工程等。到2010年，投资估算经费为37.4亿元人民币。

E. 地质灾害监测有哪些注意事项

《地质灾害防治条例》主要确立了如下三项原则：
一是预防为主、避版让与治理相结合，全权面规划、突出重点的原则；
二是自然因素造成的地质灾害，由各级人民政府负责治理；人为因素引发的地质灾害，谁引发、谁治理的原则；
三是地质灾害防治的“统一管理，分工协作”的原则；国务院国土资源主管部门负责全国地质灾害防治的组织、协调、指导和监管工作。国务院其他有关部门按照各自职责负责有关的地质灾害防治工作。
随着地质灾害信息化建设，地质灾害监测及预警体系（威海晶合）也逐渐建立起来。国务院在关于加强地质灾害防治工作的决定中，提出“到2020年要全面建成地质灾害调查评价体系、监测预警体系、防治体系和应急体系”的地质灾害防治目标。

F. 地质灾害监测的方法有哪些

滑坡、崩塌、泥石流灾害虽然突发性强，来势凶猛，但是这些灾害发生前有明显的前专兆。对滑坡、崩塌体和建筑的属裂缝经常进行简易的测量，是避免人员伤亡的最有效的方法。目前老百姓常用的简易监测方法主要有埋桩法、埋钉法、上漆法、贴片法等。
（1）埋桩法。埋桩法适合对于滑坡体上的裂缝两侧埋桩，用钢卷尺测量桩之间的距离，可以了解滑坡变形滑动过程。
（2）埋钉法。埋钉法在建筑物裂缝两侧各钉一颗钉子，通过测量两侧两颗钉子之间的距离变化来判断滑坡的变形滑动。这种方法对于临灾前兆的判断是非常有效的。
（3）上漆法。在建筑物的两侧用油漆各画上一道标记，与埋钉法原理是相同的，通过测量两侧标记之间的距离来判断裂缝是否在扩大。
（4）贴片法。在横跨建筑物裂缝处贴水泥砂浆片或纸片，如果纸被拉断，说明滑坡发生了明显变形，须严加防范。与上面三种方法相比，这中方法是定性的，但是，可以非常直接地判断滑坡的突然变化情况。

G. 什么是地质灾害监测预警

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，主要包括崩塌内、滑坡、泥石流、地面塌陷和地裂容缝等。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。

H. 地质灾害监测能起到预防作用吗

国务院在关于加强地质灾害防治工作的决定中，提出“到2020年要全面建成地质灾害调回查评价体系、答监测预警体系、防治体系和应急体系”的地质灾害防治目标。地质灾害监测（威海晶合）可以起到预防作用。采用互联网、物联网、微震声发射等技术手段可以在线实时不间断监测地震、位移等地质灾害，并在出现故障和事故时自动报警。有效预防滑坡、泥石流等事故。

I. 全国地质灾害监测预警体系建设规划的必要性、指导思想、基本原则和目标

7.2.1 必要性

《中国21世纪议程》提出了我国可持续发展的战略目标。在我国经济和社会快速发展的过程中，人类活动的强度和范围达到前所未有的程度，其对包括地质环境在内的人类生态环境的干扰与破坏也日益增强，在许多地区引发的不同程度的自然地质灾害造成了危害和损失成倍增加的现象，矿产资源和地下水资源等的开发利用以及各种工程活动诱发的地面沉降、崩塌、滑坡、泥石流等人为地质灾害也较为普遍，对城市、公共基础设施和广大人民群众的生命财产安全构成严重威胁。特别是地面沉降多发生在我国经济最发达、人口密度最大、公共基础设施最密集的东部地区，成为这些地区乃至国家可持续发展的重要制约因素。因此，保护生态环境、进行生态环境建设和防灾减灾，已经成为国家长期的目标和任务。为此，加强地质灾害监测，进行全国地质灾害监测与预警体系建设的规划，在监测基础上，实现对地质灾害的治理与对地质环境的保护，不仅是防灾减灾的需要，而且也是国家经济社会可持续发展、保护生态环境和进行生态环境建设的最基本的保障，是一项重要的基础性和公益性的国家地质工作。现就从我国社会经济的发展的几个重要方面，对地质环境与地质灾害监测的必要性，进行简要论述：

（1）保障国家重大工程建设安全与西部大开发战略的需求

全国有20余条铁路干线和所有山区公路不同程度地受到滑坡、崩塌、泥石流的危害或威胁。大型水库岸边，河流傍岸，尤其是峡谷段，常因发生滑坡、崩塌、泥石流而阻塞航道，并引起洪灾。中东部沿海平原和盆地地面沉降、地裂缝和地面塌陷等地质灾害严重威胁和破坏基础工程设施。加强这些基础工程设施和沿大江大河危险地段的地质环境监测，采取科学的分析方法进行预测预报，是一项长期的工作。

西部大开发战略把加快水利、交通、能源和通讯等基础设施建设放在首位，其中包括：长江三峡工程、南水北调工程、大江大河上中游干（支）流控制性水利枢纽工程、内河航运通道、青藏铁路、西电东送工程、西气东输工程等。这些重大工程地域跨度大，多处在或穿越地质灾害易发区，为保障上述工程安全施工和运营，必须加强地质环境监测工作。

（2）城市化发展对地质灾害监测的需求

目前，我国有城市668座。预计2020年左右，我国城镇化水平将提高到45%～50%，我国城市数将达到1000～1100座。城市是人类活动最集中，环境地质问题最突出的地区。为了保障城市化进程，指导城市规划，预防由于不合理的工程活动引发的地面沉降、地裂缝、崩塌、滑坡等地质灾害和其他环境地质问题，必须加强对城市地下水环境和地质灾害的监测。

（3）矿产资源开发对地质灾害监测的需求

我国矿产资源开发带来了很多环境地质问题，产生大量的地质灾害隐患。每年矿石开采量57亿～60亿t，矿山企业每年产生固体废弃物133.8亿t、产生尾矿26.5亿t，处置率仅为6.95%。矿山固体废弃物任意堆放形成了严重的滑坡、泥石流等地质灾害隐患，地下采矿活动诱发的滑坡、地面塌陷等地质灾害十分突出。矿山地质环境监测十分薄弱，矿山地质灾害防治工作任重道远。为了保障矿产资源的安全开发和矿山地质环境的有效治理，必须加强矿山地质环境监测。

7.2.2 指导思想

应坚持以人为本，全面、协调、可持续的科学发展观和人口、资源、环境协调发展的一系列方针政策。紧密结合经济社会发展规划的总体目标和要求，充分认识地质灾害监测预警体系建设的重要性和紧迫性。动员社会各方面的力量，从我国地质灾害发生发育的实际出发，尊重自然规律和经济规律，正确处理长远与当前、整体与局部的关系，依靠科技进步，运用新思路、新理论、新技术、新方法，实现对地质灾害的有效监控和预报预警，为我国地质灾害防治、地质环境保护和资源环境的可持续利用提供有力支撑。

7.2.3 基本原则

（1）与国家国民经济社会发展进程相适应的原则

建立和完善与全面建设小康社会相适应的、符合可持续发展要求的地质灾害监测预警体系，为国家和地方宏观调控和指导国土资源开发与整治提供依据。

（2）突出“以人为本”

坚持按客观规律办事，从实际出发，讲求实效，山区、平原和不同灾种的监测重点各有侧重的原则。在以突发性地质灾害为重点的地区，应以最大限度地减少人员伤亡、保障社会稳定和人民生命财产安全作为主要目的；缓变性地质灾害应以专业监测为主要手段进行监测与规划。

（3）群、专结合的原则

建立以县、乡、村为基础，全民参与、群专结合的群策群防体系，是多年来地质灾害防治工作中总结出来的宝贵经验，也是避免人员伤亡，把灾害损失降到最低限度的重要保证。

（4）统筹规划、分步实施、分级管理

密切结合生产力布局和人口分布状况，对全国地质灾害监测预警体系建设工作进行统筹规划，制定切实可行的分阶段实施方案，明确各级政府和企（事）业单位在地质灾害监测中的责任和义务，建立统一管理和分级（国家、省、市、县）管理相结合，处理好全部与局部、长远与当前的关系，优先实施重点地区和重要经济区（带）的监测预警体系建设。

（5）监测网建设与保护并重

摈弃重建设、轻保护的观念，严禁边建设、边破坏，通过法律、经济等手段，明确保护责任，落实保护费用，切实保护监测仪器、设备、设施的建设成果。

（6）站网建设与能力建设并举

在不断完善地质灾害监测网基础硬件设施建设的同时，加强机构建设、法规制度建设、技术规范建设、信息系统建设、人力资源建设和研究能力建设。

（7）专业服务功能与公众服务功能并重

地质灾害监测信息既要为国家决策和专业调查评价提供支持，也要为社会公众提供地质灾害现状信息和防灾减灾信息。

（8）依靠科技创新、提高监测工作质量

加强科学研究，改进监测设施，依靠科技进步，全面提升监测能力和服务水平。

（9）建立多渠道筹资机制

各级地质灾害监测机构的监测经费要纳入同级政府财政预算。多渠道筹集监测资金，设立各级地质灾害监测专项经费，确保监测工作的顺利实施。

7.2.4 目标

地质灾害监测预警体系建设的目的是最大限度地减少人民群众的生命财产损失，以保障经济、社会的可持续发展；为国家及地方宏观调控和指导国土资源开发与整治提供依据；从地质环境可持续开发利用角度提出地区发展战略建议；为改善人居环境，保障交通大动脉安全畅通，水电工程正常运行等提供保障；为地区社会经济发展提供决策参考。在基本掌握全国地质灾害分布状况与危害程度的基础上，建立并逐步完善全国地质灾害的监测预警网络体系。

（1）总体目标

从现在起到2020年，在逐步查明我国地质灾害分布状况与危害程度的基础上，建成覆盖全国的较完善的突发性地质灾害群测群防网络体系；建成以省（区、市）及部分县（市）地质环境监测站为骨干的突发性地质灾害应急反应体系；建成我国较完善的地质灾害专业监测骨干网络，重点地区及重要经济区（带）达到监测数据的实时采集、分析、预警预报的水平。使地质灾害防治工作以被动救灾为主的局面得到根本性扭转，人为有效控制地质灾害，使损失逐年攀升的趋势得到有效控制。

（2）阶段目标

1）到2010年，地质灾害监测预警体系建设的目标如下：①群测群防监测网络覆盖到全国突发性地质灾害易发区的1400个县（市），形成县、乡、村三级监测体系。②初步建成由各级政府和有关部门参与的全国地质灾害专业监测骨干网络。③初步建成重要交通干线和水利工程区的专业监测预警系统。充分推广高新技术在地质灾害监测中的应用，利用计算机技术、3S技术等先进手段，提高监测预报的自动化水平。④在进一步完善群、专结合，群测群防监测网络的同时，完成分布在全国各省（区、市）重大突发性地质灾害隐患点的监测预警预报示范系统。⑤建成较完善的地质灾害监测信息网络系统，重点地区及重要经济区（带）的专业监测要初步达到监测数据的实时采集、自动分析、自动预警预报的水平。⑥初步建成重点地区及重要经济区（带）地面沉降等缓变性地质灾害监测网络系统。力争使我国地质灾害监测预警预报的仪器、设备达到国际水平。

2）到2020年，在地质灾害监测管理法规、规章的支持下，要使国土资源部门对地质灾害监测监督管理的职能全面到位，并逐步纳入科学化、规范化和法制化的轨道；使地质灾害监测体系的科学理论与技术方法达到国际先进水平，建成覆盖全国的较完善的地质灾害重点防治区突发性地质灾害群专结合的监测预警预报网络；建成全国地面沉降、地裂缝等缓变性地质灾害的实时监控体系；建成完善的地质灾害监测信息网络，实现地质灾害监测数据的自动化采集、传输、存储和信息的实时发布。建成比较完善的地质灾害防灾预警指挥系统。

J. 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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