贵州省第一测绘院 550025
摘要：简要概述了滑坡自动化监测系统的总体设计思路及实现架构。即：滑坡自动化监测系统的设计背景、设计原则、系统组成结构，并以贵州省贵阳市花溪区麦坪镇滑坡自动化监测系统为例，进一步阐明了系统的设计实现、功能模块等内容。
关键词：滑坡；系统设计；自动化监测
1.引言
我国是地质灾害发生较严重的国家之一。我国山地丘陵区约占国土面积的65%，地质条件复杂，构造活动频繁，崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等灾害隐患多、分布广、防范难度大，是世界上地质灾害最严重、受威胁人口最多的国家之一。国土资源部发布的《全国地质灾害防治“十三五”规划》中提出，截至2015年底，全国有地质灾害隐患点288525处，其中崩塌67478处，滑坡148214处，泥石流31687处，其他地质灾害合计41146处，共威胁1891万人和4431亿元财产的安全。
地质灾害种类中，滑坡占了最大比重。因此，建立一套集全天候数据智能采集、数据传输、自动计算分析、自动预警等功能为一体的监测预警系统十分有必要。
2.系统设计原则
2.1科学性与先进性
1）监控对象选取的科学性：根据地质条件、监测对象的变化规律，选择合适的传感器和监测手段，能够正确、及时反映监测对象的物理量变化情况。
2）监测系统设计的科学性：整个系统要科学的划分为不同的子系统，互相独立而又有机的构建成一个整体。数据采集、数据传输与数据分析处理、智能化预警反馈各自独立工作，通过协议与接口无缝的构建成一个完整的系统。
3）监测系统的先进性与实用性：系统使用当前先进、实用的技术手段，兼顾科研与使用，将先进的技术与成熟的产品集成在系统中。系统尽可能使用多种传感器数据，采用先进、可靠的算法进行数据分析、趋势预测，科学的建立预警值，综合的分析监测对象变化情况；一旦发现有超出限值的数据，要尽快的进行多次复测、重复计算与分析，在最短时间实现可靠地智能化预警。
2.2系统可扩展性
系统可以根据需求扩展，根据实际需要，不断扩展。可以扩展更多的传感器、更多的通讯手段、更多的数据类型、更多的分析方法、更多的报警手段等。为未来的应用建立起良好的系统架构。
2.3系统稳定性
系统要在长时间、高强度工作环境下保持良好的稳定性，尽量避免系统出现奔溃、出错的情况。
2.4系统安全性
系统具备良好的数据存储、数据备份、防杀病毒、备用电源等功能，保障系统安全稳定的运行。
3系统架构
整个监测系统由现场数据采集系统、数据通讯系统、数据控制中心、客户应用端组成：
系统拓扑图如下：
3.1现场数据采集系统
对于监测种类的选择，要结合当地现场环境的实际情况，充分了解滑坡体的地质结构、土质信息，充分考虑当天的气候特征、地形地貌特征，在能最大程度的反应滑坡体的变化状态的前提下、兼顾经济性，科学合理的选取监测指标。由于滑坡体监测仪器工作环境的恶劣性等原因，要求滑坡体安全监测仪器必须具有如下特征：
1）精确性：监测数据是为了分析滑坡体性态，评估滑坡体安全，如果仪器的精确度达不到要求，滑坡体性态的变化（表现为测值变幅）就会掩盖在测量误差之中。
2）长期稳定性：由于滑坡体变化量微弱且具有长期性，因此要准确掌握滑坡体性态，监测仪器的长期稳定性必须得到保证。
3）环境适应性：由于水工环境的恶劣性（包括温度、电磁环境恶劣、氧化、锈蚀、沉淀物、微生物等因素的存在）又加重了对仪器长期稳定性的考验，因此对于滑坡体安全监测仪器而言，其稳定性非常重要。
4）兼容性：当有实现自动化要求时，必须考虑到滑坡体安全监测仪器的兼容性，信号采集、处理、传输等有关问题。
5）经济性：在能达到理想监测效果的前提下，考虑仪器的价格因素，控制监测成本。
3.2数据传输
数据的传输方式分有线传输和无线传输两种方式，两种方式各有优缺点，应结合项目实际情况、现场条件等因素合理选取。无线传输方式目前常用的有GPRS、CDMS方式（北斗系统也自带了短报文通信功能，不过目前使用还较少）。无线传输方式不受距离、地形限制，传输距离远，通用性较好，但如果数据量很大的话（如视频监控数据），则传输成本较高；有线传输方式受地形、距离等影响，但稳定性更好，数据量很大时用有线传输的方式传输成本更低。
3.3控制中心
控制中心由管理人员、存储设备、服务器、、显示设备、功能软件等组成。现场传感器采集得到的数据，通过有线或无线传输的方式，发送到控制中心，控制中心进行数据的存储、计算、分析、发布。
在已建立CORS站的地区，可将现场GPS接收机接入CORS系统。CORS目前在技术上分为VRS（虚拟参考站）、FTK、主辅站技术，天宝和南方用的是VRS技术，徕卡是主辅站技术。虚拟参考站技术的原理是，将现场GPS接收机的单点定位或dgps确定的位置坐标（概略坐标），通过无线移动数据链路（GPRS、GSM、CDMA）传输给控制中心，控制中心根据得到的定位信息，由计算机自动的选择最佳的一组固定基站，进行误差改正，将差分信息发送给流动站（效果相当于在流动站附近产生一个虚拟站，虚拟站和流动站之间构成短基线），流动站接受rtcm差分信息进行差分解算，就能得到高精度的定位信息。
3.4数据发布预警平台
该软件具有强大的测点管理、监测数据管理、远程通讯、备份管理、巡查信息管理、安全管理、工程文档浏览等功能，输出数据功能强大且操作尤为方便，大量采用图形界面和向导技术，用户操作简便。具体功能如下：
1）可实时监测各测点传感器，可自定采集时间，并对原始数据进行滤波、计算等处理，数据以数字或相应曲线、图等形式实时显示、记录和打印。
2）监测数据能够保存在多种数据库内，并可进行历史数据查询，生成选定时间段内的传感器最大值、最小值、平均值，还可以直接生成EXCEL、pdf等形式报表。
3）软件界面清晰直观，工具条与按钮操作。以主界面和各子界面形式显示，各界面间切换灵活，界面图案可按客户要求绘制改动。
4）数据可以各种图形方式显示，包括表面位移、内部变形、降雨量等的时间历程曲线图、X/Y坐标图、模拟图、直方图等形式。
5）具有数据超限报警设置显示功能，现场即时上传报警信息时，主机会出现明显的报警画面和报警信息，同时还可提供微信报警、邮件报警、手机短信报警等方式。
6）能对系统中的每一用户进行口令和操作权限的管理，能对不同的用户分配不同的系统访问、操作权限级别。用户登录后的操作将写入系统日志，保障运行系统的安全性。
7）系统满足开放性标准的要求，方便系统功能的添加、删除、维护、修改、扩展。并满足数据库容量的扩充、系统软件功能的增强等方面的要求。
8）采用先进软件开发，功能强大、灵活方便、界面美观，信息化管理，智能化监测，还可根据实际需要进行软件升级，符合今后的发展方向。
4.监测平台实例
以贵州省贵阳市花溪区麦坪镇滑坡监测自动化监测系统为例，项目现场安装了GPS接收机、拉线式裂缝计、雨量计、视频摄像机等设备，通过有线网络传输的方式将采集数据发送到控制中心，由控制中心进行计算分析，将监测信息发布到云平台。
4.1工程分布图
监测数据浏览功能，可以任意选择某一个时段的监测数据进行查看，不仅可以查看采集得到的原始数据，也能查看点位的变形量、变形速率、累计变形量等监测常用计算指标。从上述数据可以看出，至2017年5月25日12：12分，GPS监测点X方向累计位移为-10.51mm，Y方向累计位移为13.07mm，Z方向位移为1.67mm。
设置三级预警，预警值由变形速率和累计变形量两项指标共同控制。
4.7 预警方式
当监测数据达到报警值时，可以根据情况，采取不同的预警反馈机制。常用的有短信预警、邮件预警，也可结合使用当下流行的微信，采用微信简报预警方式。
5小结
近年来，我国关于滑坡自动化监测的研究取得了较大的发展，监测系统也日渐完善、成熟，但总体来说仍处于起步阶段，存在的问题还很多，还有很多问题值得思考研究。通过对理论的不断探索，传感器硬件设备的不断改进，空间定位技术、无线传输技术的发展，数据计算分析方法的不断优化，监测云平台功能的不断完善改进，相信在今后，我们能在滑坡监测领域做出新的成绩。
参考文献：
[1]廖椿庭（中国地质科学院地质力学研究所地质）. 【灾害的监测及监测系统.
[2]高庆华，马宗晋.再论减轻自然灾害系统工程【J.自然灾害学报，1995，（2）.
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[4]李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理.
论文作者:张琳海
论文发表刊物:《基层建设》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/25
标签：滑坡论文; 数据论文; 系统论文; 方式论文; 控制中心论文; 监测系统论文; 现场论文; 《基层建设》2017年第12期论文;