地質(zhì)災(zāi)害來源于自然和人為地質(zhì)作用對地質(zhì)環(huán)境的災(zāi)難性破壞，主要包括崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷和地裂縫等。我國是世界上地質(zhì)災(zāi)害最嚴重的國家之一，近年來，關(guān)于滑坡、泥石流類災(zāi)害的研究是行業(yè)研究的重點。

    一、系統(tǒng)架構(gòu)分析

    區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)是一個建立在野外信息動態(tài)拾取基礎(chǔ)上的相關(guān)信息的綜合分析、處理系統(tǒng)。用于監(jiān)測區(qū)域（如流域）內(nèi)滑坡、泥石流等潛在災(zāi)變體在時空域的變形破壞信息和誘發(fā)因素信息等，實現(xiàn)對被監(jiān)測體的穩(wěn)定狀態(tài)及變化趨勢有效的把握；通過對相關(guān)信息的綜合分析，應(yīng)用于區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性評價、災(zāi)害防治工程效果評估，為防災(zāi)減災(zāi)提供支撐；系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如下圖所示。

　　二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

    區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)處理中心、現(xiàn)場主控站點和監(jiān)測單元組建的分布式系統(tǒng)平臺。數(shù)據(jù)處理中心實現(xiàn)對各主控站點管理、數(shù)據(jù)庫存儲、監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析、監(jiān)測成果報表輸出等；現(xiàn)場主控站點是現(xiàn)場儀器的管理中心，完成監(jiān)測參數(shù)的采集、預(yù)處理、暫存、發(fā)送等；監(jiān)測單元是一組相關(guān)參數(shù)監(jiān)測傳感器的集合（以滑坡監(jiān)測為例，某一監(jiān)測剖面上的深部位移計、雨量計、地表裂縫計、地下水位、孔隙水壓計等組成了該剖面的監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)――監(jiān)測單元），其監(jiān)測參數(shù)具有相關(guān)性，每個監(jiān)測單元包含的監(jiān)測傳感器的種類和數(shù)量可配置。

    依據(jù)區(qū)域規(guī)模的不同，系統(tǒng)可靈活搭建，組成一張覆蓋目標(biāo)區(qū)域的監(jiān)測網(wǎng)。一個數(shù)據(jù)處理中心可帶1～8個現(xiàn)場主控站點；一個現(xiàn)場主控站點可帶1～8個監(jiān)測單元；監(jiān)測單元是現(xiàn)場儀器布設(shè)的基本單位。

    以滑坡監(jiān)測應(yīng)用為例，數(shù)據(jù)處理中心可設(shè)在市區(qū)級監(jiān)測站，現(xiàn)場主控站點（原則上一個滑坡體設(shè)置一個，必要時根據(jù)滑坡體的規(guī)模特點也可設(shè)置多個主控站點）一般設(shè)在滑坡體上或就近，一個監(jiān)測單元就是一組相關(guān)參數(shù)監(jiān)測傳感器的集合：如地表裂縫位移計(1～8個）、深部位移計（1～8孔）、孔隙水滲壓計及雨量計等。

    三、系統(tǒng)核心特點

    1.現(xiàn)場監(jiān)測傳感器的組件化、智能化

    區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的核心是其現(xiàn)場監(jiān)測傳感器，其智能傳感器主要由智能化輸出傳感器＋無線傳輸網(wǎng)絡(luò)模塊＋智能化電源管理等核心器件組成。

    2.以變形位移監(jiān)測為主體的現(xiàn)場監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)體系

    變形量及變形趨勢監(jiān)測是行業(yè)內(nèi)公認的滑坡泥石流災(zāi)害監(jiān)測行之有效的手段。區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)以深部位移參量地表裂縫位移參量監(jiān)測為主體，兼顧了地下水、地表降水等參量監(jiān)測構(gòu)建現(xiàn)場監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)體系。傳感器網(wǎng)絡(luò)從面（區(qū)域）到線（監(jiān)測剖面）到點（重點點位核心參數(shù)）覆蓋目標(biāo)區(qū)域的地上（如降水量/強度、地表位移等）、地下（深部位移、孔隙水壓力等），構(gòu)建涉及變形因素、相關(guān)因素、誘因因素參量的立體監(jiān)測系統(tǒng)。通過對災(zāi)變體的多視角動態(tài)立體監(jiān)測，可實現(xiàn)對災(zāi)變體的狀態(tài)及變化趨勢的有效把握。

　　3.立足公用資源，實現(xiàn)野外監(jiān)測實時化、自動化

    區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計充分考慮了現(xiàn)場使用環(huán)境（野外、山區(qū)等）和行業(yè)現(xiàn)狀，在野外現(xiàn)場監(jiān)測信息的傳輸方式、手段方面充分利用公用網(wǎng)覆蓋廣、普及率高、維護成本低的優(yōu)勢，有效而經(jīng)濟地實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠距離傳輸。同時兼顧我國地域遼闊、地形復(fù)雜等特點，在公用網(wǎng)盲區(qū)借助區(qū)域通信衛(wèi)星實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集傳輸（需增配衛(wèi)星通信機）；現(xiàn)場傳感器組件與現(xiàn)場主控站點間的信息傳輸通過本地短距無線局域網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。

    4.監(jiān)測數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析（數(shù)據(jù)深處理）

    對動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析（如深部位移速率與地下水的關(guān)系、深部位移與地表位移的關(guān)系、地下孔隙水壓與地表降水的關(guān)系等），以數(shù)據(jù)表、趨勢圖描述被監(jiān)測對象的狀態(tài)及變化趨勢。

    四、系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用目標(biāo)

    區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)以目標(biāo)區(qū)域的變形監(jiān)測（地表形變監(jiān)測、深部位移監(jiān)測）為突破、兼顧相關(guān)因素（如地下水等）及誘因因數(shù)（如降水等）的監(jiān)測為內(nèi)容，開展監(jiān)測、預(yù)警技術(shù)和方法的研究，以巖土工程安全監(jiān)測和崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測儀器的開發(fā)與系統(tǒng)集成為重點，構(gòu)建區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)為目標(biāo)。

    1.以變形位移監(jiān)測為主的現(xiàn)場監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)體系的完善優(yōu)化

    區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用了高精度GPS靜態(tài)連續(xù)測量單元和智能化視頻圖像拾取單元等，完善滑坡泥石流監(jiān)測現(xiàn)場傳感器網(wǎng)絡(luò)體系。實現(xiàn)從面（區(qū)域）到線（監(jiān)測剖面）到點（重點點位核心參數(shù)）的全覆蓋。

    2.現(xiàn)場監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)傳感器組件聯(lián)動響應(yīng)機制

 通過傳感器組件的智能化設(shè)計，實現(xiàn)相關(guān)組件的聯(lián)動響應(yīng)機制。如當(dāng)位移突然增速時，現(xiàn)場主控單元會立即啟動現(xiàn)場視頻圖像拾取單元，將現(xiàn)場關(guān)鍵點位、重要截面的視頻圖像信息及時傳送到監(jiān)控中心，為人工輔助決策提供支撐。

    3.降雨過程中坡面水文分析建模

    降雨是滑坡泥石流災(zāi)害形成的重要誘因，研究地層含水率與降雨過程的時空關(guān)系。主要包括：降雨過程與坡面徑流、入滲過程、非飽和地下水流動、飽和地下水流動之間的相互關(guān)系；降雨過程與地層含水率的時空關(guān)系；地層含水率與巖土力學(xué)參數(shù)變化的時空變化關(guān)系。

    4.災(zāi)變預(yù)警模型庫

    區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)是在通過對模型研究和數(shù)據(jù)資料分析，確定預(yù)測指標(biāo)體系，建立區(qū)域和單體滑坡泥石流預(yù)測預(yù)警模型；結(jié)合大量實時動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)和各臨界判據(jù)，在模型研究的基礎(chǔ)上，利用國家現(xiàn)有地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)系統(tǒng)和三維地理信息系統(tǒng)平臺，研發(fā)區(qū)域滑坡泥石流的綜合監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。

區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖

系統(tǒng)各主要組成部分功能表

　　五、系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢

    近年來，隨著對地質(zhì)災(zāi)害研究的深入，在滑坡泥石流災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)方面借助GPS測量技術(shù)、視頻圖像處理技術(shù)及現(xiàn)場物理量、災(zāi)變誘因參量的實時監(jiān)測拾取等手段，對可能發(fā)生災(zāi)變的區(qū)域、重點地區(qū)形成從天上到地下，面到點的立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；以氣象、環(huán)境、大地構(gòu)造和區(qū)域地質(zhì)資料為依托，現(xiàn)場實時監(jiān)測數(shù)據(jù)為判據(jù)，實施災(zāi)害預(yù)測預(yù)報是系統(tǒng)發(fā)展的未來趨勢。

    1.高精度、自動化、實時化的發(fā)展趨勢

    近年來，地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)朝向數(shù)字化、自動化和網(wǎng)絡(luò)功能方向發(fā)展。即將災(zāi)害發(fā)生前的特征信息通過傳感器轉(zhuǎn)化為數(shù)字化信息，自動采集或匯集，數(shù)字化傳輸，數(shù)據(jù)庫存儲并提供使用，通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式共享。

    2.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、寬帶移動通信技術(shù)與滑坡泥石流監(jiān)測預(yù)警技術(shù)相結(jié)合

    無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)延伸了傳感器的感知觸角，實現(xiàn)對目標(biāo)狀態(tài)信息的非接觸傳遞、實時監(jiān)測、協(xié)作處理、本地化決策。系統(tǒng)借助寬帶移動通信技術(shù)支持，以現(xiàn)場傳感器網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，結(jié)合地質(zhì)環(huán)境背景、氣候條件等建立監(jiān)測預(yù)警信息系統(tǒng)。實時動態(tài)獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時捕捉重大滑坡泥石流的前兆信息，結(jié)合滑坡泥石流的預(yù)測模型，為防災(zāi)減災(zāi)提供技術(shù)支撐。

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