地质灾害监测论文

评职称或毕业的时候，都会遇到论文的烦恼，为此精选了《地质灾害监测论文(精选3篇)》仅供参考，希望能够帮助到大家。摘要：矿山地质灾害不仅会直接影响到矿山地质环境，而且会对生命安全造成严重威胁，矿山地质环境监测预警非常重要。针对矿山开采可能产生的地质灾害，在介绍矿山地质灾害监测现状和常用地质灾害监测方法的基础上，对地质灾害自动化监测预警体系进行了介绍，并对其应用案例高川磷矿矿山地质灾害监测预警进行了分析，为其他矿山地质灾害监测措施设计提供了一些参考。

第一篇：地质灾害监测论文

浅析地质灾害监测中遥感技术的应用

摘要：近年来随着我国科技水平的不断提高，各种新型的科学技术也被越来越多地运用到自然科学的行业范围内。在地质灾害的监测过程中科学合理地使用遥感技术能够提升地质灾害灾情预警的准确率，同时还能结合实际情况对不同的灾害种类进行全面的监测和预防。本文对遥感技术在地质灾害监测中的应用进行综合探讨，以此给自然科学工作者一些参考建议。

关键词：遥感技术;地质灾害;监测应用

引言

目前我国部分山地和丘陵地区的地质灾害频发，由于我国疆土广阔地貌复杂，导致很多地区处于地震带上，受自然及人为活动影响，使得这些地区的地质灾害发生概率远远高于其他地区，破坏了其地形地貌景观，严重的影响了当地居民的日常生活和生命财产安全。同时地质灾害还会使当地的生态环境遭到严重破坏，一些等级较高的地质灾害会导致森林大片损毁，大面积的土地资源不能利用，浪费了大量的土地资源，对地上地下建筑物和构筑物产生破坏，因此预防地质灾害的工作也是极为必要且神圣的。

对地质灾害监测使用遥感技术能够提升地质灾害预警预报准的确率，同时还能对地质灾害的实际情况进行全面的监测，防止下一次地质灾害来临前当地没有做好预防措施的现象。这不仅能够尽可能的避免地质灾害对人和环境造成的不利影响，还能促使人们提前做好应对地质灾害的准备，把因地质灾害造成的损失降到最低。

一、常见地质灾害的种类和特点

地质灾害是由自然因素或者人为活动引发的危害人民生命和财产安全的与地质作用有关的地质现象。自然致灾因素有降水、融雪、地震等。人为致灾因素主要有工程开挖、堆载、爆破、采矿、弃土等活动。

地震灾害是由于内动力地质作用形成。自然地质结构和板块运动会造成例如泥石流，山体滑坡，地面塌陷，崩塌，水土流失等现象，重大的地质结构变形会导致地震、火山运动等严重的地质灾害现象发生。一些是由于人为对环境的破坏而导致的地质灾害，例如大量砍伐森林树木从而导致植被覆盖率降低并且山体土壤松动，从而引发山体滑坡和泥石流。或者由于大量的地下开采使得地面下方形成巨大空洞，在应力过大的时候就会产生塌陷。

这些地质灾害总结起来主要涵盖以下几个特点：

(1)造成损失巨大。一般的地质灾害会造成大量的人员伤亡和财产损失，严重一些的地质灾害不仅会对人们的居住环境造成不利影响还会对自然环境造成无可挽回的损失。在地质灾害发生前，其造成的损失是不可估量的，要在灾后的很长一段时间内做具体的数据统计才能对其进行全面的评定。

(2)破坏面积较广。山体滑坡或泥石流属于破坏面积相对较小的灾害，但是即使这样也会对当地的居民生活造成巨大的影响。一些大面积的地质灾害例如级别较高的地震会使整个村庄或城镇的建筑物瞬间化为瓦砾。

(3)同一地点的持续发生概率高。例如举世闻名的汶川地震在来临后一个月内就产生了数次余震，使得当地片瓦不留。这种持续发生的地质灾害还会产生连锁反应，例如一次地震和多次的余震会造成当地的山体滑坡，进而产生泥石流，地面塌陷或产生裂缝等现象发生，这就给地质灾害的破坏等级又提高了一个层次。

二、遥感技术的应用价值

利用遥感技术进行对地监测是一种先进并逐步推广的高科技手段。在对地质灾害监测的过程中应用遥感技术能够实现对地质灾害信息的及时反馈，通过软件控制，可以实时解算监测数据与形变，并对其做出分析和预测。遥感监测系统运行时，可以在互联网上在线查看各个监测点地表实时变化情况，对超出阈值的情况，能够及时发出预警提示，通过手机 app、短信、报警器等提醒监控中心值守人员及时启动相关预警防护措施，从而预判地质灾害的发生可能，避免或降低险情发生，保障人民群众的生命财产安全和自然环境的安全。

这样的有利条件只能反应出遥感技术的一部分价值，并不能体现其应用价值的全部，因此应该从更加广泛的层面对遥感技术进行综合分析，展开遥感技术相关的科学研究。其意义在于当地质灾害发生过后如果对灾害发生的应对手段使用不恰当、对灾害过后采取的救援措施不及时就需要考慮到提前应对地质灾害的持续性影响。地质灾害的突发性和危险性极高，因此应对灾害的救援时间也变得非常有限。基于此，利用遥感技术帮助救援队伍在施救的过程中规避风险，展开营救的重要性就得以体现。

在地质灾害破坏地表地貌过后，对于当地环境的重建过程也极其适合于利用遥感技术。可以利用遥感影像挑选适合重建的区域，来确保施工人员和居住民众的人身财产安全。当危险再次发生时，应用遥感技术对地质灾害展开监控和获取影像资料，提升相应的防范措施，从而避免重建工作因灾害的再次发生而功亏一篑。

因此遥感技术对地质灾害信息的监测和预防对于民众的意义极大，是造福民众的一种技术手段。

三、遥感技术在地质灾害监测中的应用

1、在地面塌陷监测中的应用

北斗卫星监测系统在我国一些省份的地面塌陷中得到初步认可。它利用北斗接收天线获取监测数据，通过采集器组成的无线自组织网络，将监测数据安全高效地传输到监测中心，最终实现监测的可视化管理。通过对监测区塌陷数据的整理、分析、验证，绘制出该地区地面塌陷等值线图，分析掌握塌陷区的塌陷程度和幅度，也能及时了解区内建筑物、人口、土地遭受危险程度，摸清项目区内的地面塌陷现状，并提出防治对策，及时向政府部门提出防治与修复的合理化建议，也为其他塌陷区监测的全面开展提供经验和理论支持，避免和减少由地面塌陷照成的损失，在塌陷区土地的利用方面为政府提供科学可靠的原始塌陷数据，更好的服务于当地的社会经济发展。

2、在地震预测中的应用

遥感对于地震预测的应用主要通过卫星热红外技术来预测地壳结构的异常从而预测地震的发生。由于地球要维持地表的能量均衡，地表运动会产生能量的吸收与释放，吸收的单位往往以红外线的形式辐射出去。许多研究成果表明，地质构造变异往往可以表现出地表热异常，构造活动越剧烈则热流值越高，也就是地震的前兆。历史数据表明，中等强度以上的地震发生前普遍会出现 3～15℃的增温，其增温幅度受纬度、地形和季节影响，而沿海地区震前热通量异常更为明显。

遥感技术可以通过远程监控对全国范围内大部分地区的地质灾害进行全方位監测和预判。从监测收集到的信息中挑选有用的数据进行分析，判断是否存在大规模的地质灾害隐患，进而判断可能发生地震的强度等级和影响范围，并以此形成报告来通知当地政府和居民，做好防范措施，及时的进行地灾避险或者撤离工作。

3、在突发地质灾害监测中的应用

突发性质地质灾害的主要特点是这种灾害在发生前没有人能察觉和预知，瞬时发生且危险性极高、破坏性极强，这样就使得这种地质灾害的预防难度非常大。

这种情况下应用先进的遥感技术就显得非常重要。突发性地质灾害中最为明显的就是山体崩塌和泥石流。一些极端天气出现时，例如长时间的降雨或短时间强降雨，会使得山体的植被根部遭到破坏裸露，对于一些山体土质结构本来就不是很紧实的地区变得不稳定，经过长时间的雨水冲刷更容易发生突发性的崩塌灾害或者泥石流灾害。

应用遥感技术对这些突发性地质灾害的易发区进行长时间的监测，观测其植被生长情况，地势情况，岩石和土壤结构情况，然后对这些返回的图像内容进行分析，得出相应的结论。在植被较少的地区，如果长时间处于降雨状态且区域地质条件并不理想那么就很有可能诱发突发性地质灾害。

应用遥感技术的固有属性对这种地质灾害地区进行图像分析和监控，能够有效的预防该种类地质灾害的发生，并提升救援行动的安全性和效率。

4、调查地质灾害背景

遥感技术在实际的使用中不仅可以提高地质灾害监测的效率，还能够结合当地的实际情况给出针对性的治理方法。对地质灾害的救援行动可以起到一定的积极作用，减少损失。通过遥感仪器的使用对孕灾环境的背景进行综合调查和探析，从而找出可能发生地质灾害地区的孕灾原因，并通过对这些原因进行整合提出较为有针对性的，科学的预防建议。通过远程监控进而大大减少了人员留守，把地质灾害所能造成的物质和人员损失降到最低，把地质灾害的危险性控制在最小。

在运用遥感技术进行监测的过程中，通过图像返回的信息数据可以对地质灾害的实际情况进行调查。例如当地的气候条件如何，当地的地表条件怎样等等。同时遥感技术还能对当地的降水量和地面坡度这些情况进行客观的调查和分析。

合理运用遥感技术对所有调查数据进行汇总分析。把得到的信息进行集中记录和保存，这样就能保证地质信息的完整性和准确性。为将来相关人员的查询调用提供了方便。

四、结束语

综上所述，遥感技术在地质灾害中的主要作用就是无人监测和影像获取，自动完成数据采集、原始数据质量控制、环境误差建模、基线解算、数据远程推送等功能。通过数据自动传输，可以实现对地表位移及塌陷一体化的自动监测，减少全天候的人员值守。因此对遥感技术的合理运用能够打破传统监测技术的局限性，通过发挥遥感技术自身的技术优势和特点，实现对地质灾害的实时有效的监测。在监测数据的有效性和准确性得到保证的基础上，对地质灾害完成全方位的动态监测。

同时遥感技术还能对地质的孕灾背景进行调查，从多角度分析可能出现地质灾害的原因，从而对这些地区提供有效的防治措施。从根本上实现对地质灾害的全面控制，保证地质灾害对地区的损坏率达到最小。

参考文献

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[2]岳军红 ，程曦 ，范双江 .遥感技术在农业灾害监测中的应用分析 [J].农村实用技术 ，2019(03)：23-24.

[3]黎立 .浅析遥感技术在地质灾害监测中的应用 [J].信息记录材料 ，2019，20(02)：86-87.

[4]翟代廷 .无人机遥感技术在地质灾害监测中的应用 [J].世界有色金属 ，2018(17)：279+281.

[5]黄小雪 ，罗麟 ，程香菊 .遥感技术在灾害监测中的应用 [J].四川环境 ，2014(06)：102-106.

李琳，1988.07-，女，汉，山东省、平阴县人，，水工环 工程师，硕士研究生，研究方向：水文地质，环境工程

作者：李琳

第二篇：矿山地质灾害监测方法与自动化监测预警系统应用

摘要：矿山地质灾害不仅会直接影响到矿山地质环境，而且会对生命安全造成严重威胁，矿山地质环境监测预警非常重要。针对矿山开采可能产生的地质灾害，在介绍矿山地质灾害监测现状和常用地质灾害监测方法的基础上，对地质灾害自动化监测预警体系进行了介绍，并对其应用案例高川磷矿矿山地质灾害监测预警进行了分析，为其他矿山地质灾害监测措施设计提供了一些参考。

关键词：矿山地质灾害；自动化监测；监测预警；GNSS监测

1.前言

我国矿产资源十分丰富，采矿业在我国历史悠久，特别是近20年来，矿业开发程度不断加大，采矿活动引起的矿山地质环境问题逐渐展现出来，主要有矿山地质灾害、含水层破坏、地形地貌景观破坏和水土污染等，其中矿山地质灾害最为普遍和突出。矿山地质灾害一旦发生，不仅会直接影响到矿山地质环境，而且会对生命安全造成严重威胁。因此，矿山地质环境监测预警的重要性也突显出来。我国地质工作者对矿山地质环境监测进行了许多的研究，制定了矿山地质环境监测技术规范，开展了矿山地质环境遥感监测和演化过程研究，提出了矿山地质环境治理模式和技术方法。本文对矿山地质灾害监测方法进行了介绍，提出了建立依托地质灾害监测预警平台的自动、高效、及时的监测系统，实现自动化全时监测和监测预警，达到地质灾害监测预警的目的。

2.矿山地质灾害监测现状

矿山地质灾害主要类型有滑坡、崩塌、泥石流、采空塌陷、不稳定斜坡等[2]。针对不同的地质灾害类型，矿山在地质灾害监测中可采取不同的监测方法。在矿山地质环境保护和土地复垦方案中，一般设计的专业监测方法有：雨量观测、裂缝测量监测、变形測量监测、深层侧向位移监测、GPS测量监测等，测量仪器一般为全站仪、经纬仪、GPS、测距仪、裂缝计、地应力计等。在实际应用中常受到通信条件、地形、天气等限制，部分仪器专业性较强难以操作，监测间隔时间较长且不连续，加密监测频率则使得外业工作量大，导致监测经费投入较大，最终形成矿山企业的地质灾害监测工作落实情况较差和监测效果较差的局面。

随着科学技术水平的逐渐提高，监测设备也越来越智能化。周密、喻小等运用全球导航卫星系统（GNSS）技术对滑坡等地质灾害监测中取得了良好效果；杨乾坤、杜建涛等用合成孔径雷达干涉（InSAR）技术运用于地面塌陷测量和监测，对其测量精度和监测效果进行了论证。此外，陈蒙等在绿色矿山建设中的地质灾害监测数字化技术应用中采用了无人机、人工智能、大数据和云计算手段。因此越来越多的高新技术也应用到地质灾害监测和预警中来，为矿山地质灾害监测提供了更多有效的方法。

3.矿山地质灾害监测方法

矿山地质灾害监测是实现地质灾害监测预警和群测群防的有效手段，监测方法应以操作性强、效果好的措施为主。一般宏观监测方法为人工巡查观测，专业监测则是借助各种仪器按照监测设计进行监测。

3.1滑坡、崩塌和不稳定斜坡监测

滑坡、崩塌和不稳定斜坡是矿山地质灾害中最常见的地质灾害类型，许多矿业活动区域都会形成滑坡和不稳定斜坡，比如露天采场、排土场、矿山公路等。监测措施主要有：

（1）地表位移监测。地表位移监测主要是通过测量滑坡体、崩塌体和不稳定斜坡的垂直位移、水平位移和裂缝来进行监测。监测方法有：大地测量、水准测量、GNSS监测、三维激光扫描、InSAR监测、标桩或裂缝计监测等。标桩或裂缝计监测能观测裂缝发展情况和趋势，其余方法能比较直观地观测出滑坡体、崩塌体和不稳定斜坡的地表位移、变形发展情况。

（2）深部位移监测。深部位移监测方法主要有测缝法、钻孔位移计监测法和钻孔倾斜测量法。其专业性较强，一般用于大型滑坡监测中，能测量滑动面位置和滑体变形速率，判断滑坡稳定性，判定滑坡主滑方向和滑坡治理工程效果。

（3）相关因素监测。相关因素监测视地质灾害具体情况而定，主要有土壤含水量监测、岩土应力监测、雨量监测等。

3.2泥石流监测

当矿山弃渣场、排土场、尾矿库等大量松散岩土物质沿沟谷、坡面堆积时，即成为形成泥石流物源，在雨量条件达到时，极易引发泥石流。泥石流监测专业性较强，一般需安装专业设备进行监测。泥石流监测方法有：雨量监测法、视频监测法、泥位监测法、倾斜棒监测法、流速监测法等。

3.3采空塌陷监测

当矿山开采方式为地下开采时，在地下形成采空区，造成采空区上方的岩土体应力失衡失稳而引起的地面塌陷，伴生地裂缝，甚至滑坡和崩塌地质灾害。采空塌陷和地裂缝监测方法有：大地测量、水准测量、GNSS监测、InSAR监测、裂缝计监测等。

4.矿山地质灾害监测体系

由于监测方法的多种多样，矿山应根据矿山地质灾害评估结果，结合矿山地质环境保护与土地复垦方案，制定专业的监测方案，选择易操作、经济、高效的新方法新技术进行监测，落实矿山地质环境保护义务，完善矿山地质灾害监测机制，实现监测预警和群防群测的目的。目前，监测技术已十分成熟，基于各自动化监测设备搭建的自动化监测预报预警平台体系的优势逐渐展现出来，解决了以往传统监测方法的缺点，并实现了省、市、县三级信息互联互通的功能实时共享。

以四川省绵阳市为例，绵阳市于2018年建立了地质灾害群测群防简易自动化监测体系，其监测系统架构见图1。通过监测预警平台接收安装在地质灾害点上的监测站传输返回的数据信息，达到专家和相关技术人员设定的限值则自动预报预警，同时发布电话短信信息给所在地质灾害点的责任人，实现地质灾害迅速应急反应和群测群防的目的。绵阳市的各矿山企业均可利用该平台，购置安装与相匹配的专业监测站点，将矿山地质灾害监测融入地质灾害群测群防自动化监测体系中去，确保了监测的及时性和有效性。

5.自动化监测体系应用

绵阳市安州区高川磷矿在矿山地质环境保护与土地复垦方案中的地质灾害监测方案就是结合绵阳市地质灾害群测群防简易自动化监测体系进行的专业监测设计。

高川磷矿位于安州区高川乡，处于四川龙门山褶断带与四川盆地结合部，地势陡峻，切割深，属于构造剥蚀中山区，相对高差一般400m～600m，山体坡度在30°～45°之间，局部在60°以上。气候为亚热带湿润季风气候区，具有气候温和，雨量充沛，年均降水量在1261mm左右，最大年降雨量1700mm（2013年），降水量主要集中在每年的6月～9月。据四川省2017年绵阳市安州区地质灾害隐患排查结果显示，该地区为地质灾害易发区。2019年，在进行矿山地质环境调查后，在矿区周边发现有大竹坪滑坡（HP1）、大坪滑坡（HP2）、三岔沟火石沟泥石流（N1）、采空塌陷区（T1）四处地质灾害点，对以上四个地质灾害现状评估和预测评估，圈定了预测采空塌陷区（YT1）。高川磷矿矿山地质灾害多而复杂，地质灾害影响程度现状评估与预测评估均为严重。本矿山地质灾害监测设计为“人工巡视观测+自动雨量监测站+岩石应力计+裂缝自动监测+GNSS自动化监测”的综合监测方案，对矿山及周边的滑坡、泥石流、采空塌陷地质灾害进行监测，监测点位布设见图2。

具体地质灾害监测设计为：

①对预测塌陷区（已塌陷区和）进行定期人工巡视观测，以工业场地、道路为巡视观测重点，兼顾排水沟、拦砂坝等治理恢复工程设施，观测频率为半月一次，雨季加密观测频率；②在三岔沟上游路边的泥石流影响范围之外设立自动雨量站，实施监测并向绵阳市监测预警平台传输该地区雨量数据，达到雨量预警值时实时发送预警信息至专职监测员，及时组织进行泥石流避险；③矿山生产时，因采空区未回填，采空区上方岩石应力处于失衡状态，在井下生产区安装岩石应力计，确保生产安全。④对回填处理后的塌陷区边缘可视拉裂缝和巡查过程中可能发现的新的地表拉裂缝进行专业监测，工业广场以墙体裂缝为重点监测对象，在裂缝上安装裂缝伸缩仪和裂缝警报器。裂缝位移达到预定的阈值则自动声光报警，监测员或受威胁群众对设备的报警现场及时反应。⑤对滑坡、预测采空塌陷区采用北斗智慧云监测终端（一体化多频GNSS监测终端），共布置了2个基站和8个监测站，通过监测获取各测点的水平以及垂直变形量，实时传输至绵阳市监测预警平台，可监测地质灾害点实时变形数据，并在变形量达到阈值时自动报警和发送短信至专职监测员，还为地质灾害点稳定性判断提供了重要依据。

以上监测设备中北斗智慧云监测终端和自动雨量站均由太阳能进行供电，GPRS进行数据传输，由设备公司进行安装和运行维护；裂缝伸缩仪和岩石应力计安装简便，矿山专职监测员经简单培训后即可安装监测。由通过以上人工+自动化的监测方法，实现仪器实时监测并传输数据，人工定期巡视核实，构建地质灾害自动化监测预警体系，对高川磷矿矿山地质灾害进行监测预警起到了十分重要的作用。

6.结论

綜上所述，矿山地质灾害自动化监测预警体系实现了监测指标异常时自动预警，有效地解决了地质灾害监测专业人员的不足和偏远山区受地形气候限制的难题，提高了矿山地质灾害监测频率、效率及效果，降低了矿山地质灾害监测成本，为矿山在地质灾害易发区进行开采提供了基础数据，减少和降低了地质灾害损失，具有良好的社会效益和经济效益。

参考文献：

[1]范立民.论矿山地质环境监测体系[J].陕西地质， 2017， 35（01）： 61-64.

[2]邢小敏.矿山地质灾害主要类型及防治措施分析[J].世界有色金属， 2019（15）： 126-127.

[3]周密. GNSS技术在地质灾害监测与预警系统中的应用[J].测绘标准化， 2019， 35（03）： 58-60.

[4]喻小，赵其华，张埕豪，等. GNSS实时监测在滑坡预警中的应用——以陕西省周至G108路段滑坡为例[J].人民长江， 2019， 50（10）： 126-130+142.

[5]杨乾坤.双轨D-InSAR技术监测矿区地面沉降的应用[J].北京测绘， 2020， 34（01）： 100-103.

[6]杜建涛，闫丽，赵超英.蔚县矿区地面沉陷InSAR多维形变监测[J].煤田地质与勘探， 2020， 48（01）： 168-173.

[7]陈蒙，林锦富，段昌盛.绿色矿山建设中的地质灾害监测数字化技术应用[J].地质灾害与环境保护， 2018， 29（04）： 54-57.

[8]吴君平，叶小兵，王士友，杨黎萌.矿山地质灾害调查及防污措施分析[J].西部资源， 2019（01）： 101-102.

[9]罗娟，赖德军，袁宏.西部山区地质灾害实时监测系统研究[J].四川地质学报， 2011， 31（01）： 81-83.

作者：高文 王华 侯凌志

第三篇：地质灾害物联网监测系统研制及贵州实践

摘 要：为提升地质灾害监测能力，提出一种基于物联网地质灾害监测方法，并开发其硬件、软件系统。该系统由感知层、网络层和应用层组成，感知层采用无线传感网络技术将地质灾害监测(以地表位移、地表倾斜角、降雨量为例)传感器进行组网通信，实现对监测区域的全方位感知与控制;网络层由GSM和北斗卫星通信网络构建，实现监测数据的双向传输;应用层基于B/S架构，实现监测数据管理、提供友好人机界面以及预警信息发布。基于该系统，建立贵州省赫章县乌木铺岩质高边坡地质灾害监测示范站，近4年的运行结果表明：监测数据准确，信息传输稳定，整体性能良好。该系统已在贵州、四川两省进行推广应用。

关键词：物联网;地质灾害监测;北斗卫星;无线传感网络

文献标志码：A

0 引 言

突发性滑坡、崩塌、泥石流是我国最严重的地质灾害类型，因其发生时间短、隐蔽性强、破坏性大，极易造成重大人员伤亡和巨大经济损失。据国土资源部全国地质灾害灾情数据统计，2015年共发生地质灾害8 224起，造成287人失蹤或死亡，直接经济损失24.9亿元，这一数字相比2005～2014年平均数，分别减少68%、63%、46%[1]。

近年来，日本非常重视滑坡泥石流的室内外观测试验和预测及预报模型研究，其在泥石流、滑坡监测预警系统研制及开发方面处于国际领先地位[2-3]。美国地质调查局(USGS)开展了LHP计划(landslide hazards program，滑坡灾害计划)，旨在开发近距离和远程的动态滑坡环境监测技术，以提升公共安全[4-5]。在区域滑坡泥石流监测方面，我国的香港特别行政区建立了比较完善的地质灾害监测网络[6]。我国在地质灾害监测方面也开展了富有成效的研究工作，在重庆巫山和四川雅安等地区开展了示范研究工作[7]。与国外相比，我国在地质灾害监测预警方面起步较晚，国产化设备在数据精度、长期稳定性、可靠性等方面还存在较大差距，基于信息化的智能传感水平较低。

近年兴起的无线传感器网络技术延伸了传感器的感知触角，可以实现对目标状态信息的非接触传递、实时监测、协作处理、本地化决策，大大提高了信息采集的实时性、可靠性和灵活性。而在此基础上发展起来的物联网技术，使“物-物相联”成为可能[8-9]。为此，本课题组提出了基于物联网架构的地质灾害监测方法。本文在总结贵州省地质灾害监测预警与决策支持平台项目“监测数据采集与传输”子课题的部分研究成果的基础上，完善了系统架构，论述了系统总体架构和各部分设计方法，验证了系统应用的效果。

1 系统架构

地质灾害监测预警系统需要解决3个关键问题，即“测什么、怎么传、如何用”。系统总体结构如图1所示，物联网地质灾害监测系统由感知层、网络层、应用层3部分构成。其中，感知层解决“测什么”和“如何测”的问题，由位移、倾斜角、雨量等监测传感单元组成的传感网络，其功能是实时采集有关地表裂缝位移、地表倾斜角、局地降雨量等信息，并将其转换为电信号，通过数字化处理即可得到对应的物理量;网络层解决“怎么传”的问题，其将感知层采集的数据传输至应用层，传输通道可以是GSM网络或北斗卫星网络;应用层解决“如何用”的问题，其对监测区域的地表裂缝位移、地表倾斜角、局地降雨量等监测信息进行数据处理(含无效数据剔除、存储等)，为灾害决策平台提供数据支持，并通过相应的预警程序发布预警信息。

2 感知层设计

2.1 传感器单元

2)雨量传感

雨量传感器采用双阀容栅式雨量计(分辨率0.01 mm，量程0.1～7 mm/min)，其检测原理如图3所示，其将降雨量转换成数字脉冲输出，可以直接由微控制器进行计数，每个计数值对应0.01 mm雨量，从而提高了系统的抗干扰能力，对于野外应用十分有利。

3)地表裂缝位移传感

考虑到现场监测的精度和实用性，位移传感单元采用拉绳式位移传感器(型号MPS-S-V，分辨率1 mm)，将地表裂缝位移信号转换为电压的变化，由微控制器内部ADC进行模数转换，从而得到位移值。考虑到长大裂缝监测的需求，本系统重点研究了位移传感器的技术改造问题。如图4所示，标准传感器的有效行程一般在1 m左右，系统选择15 m长钢丝绳作为延长介质，与传感器拉伸端相连。AC为传感器自身可拉伸段，CD为延长钢丝绳，BC为外置弹簧。此外，需要克服由于钢丝绳自重带来的位移测量误差，如选取质量较轻、弹性较好的钢丝绳(通过大量对比试验，选择了直径为0.5 mm的钢丝绳);或外置弹簧辅助(BC段)，使钢丝绳在监测过程中保持水平。

2.2 WSN网络

WSN组网通信采用高性能近距离无线通信芯片CC2530来组建，其集成了8051内核，自带12位ADC和丰富的GPIO。位移信号采用CC2530内部的12位ADC进行采集，倾斜角信号采用CC2530的GPIO模拟SPI时序进行数据采集，雨量信息采用CC2530的计数器进行计数。同时，CC2530负责将量化以后的数字信号进行处理，如数字滤波、干扰值剔除、信息甄别等，并将传感器节点和基站间通过使用ZStack协议组建ZigBee星型无线网络，实现对地质灾害现场特征的智能感知(如图5所示)。

3 网络层设计

3.1 传输方式

基于地质灾害监测现场实际，特别是贵州、四川等西部省份，位于山区的地灾监测点通信条件极差，移动通信网络存在信号漂移，甚至是通信盲区;因此，本系统前端无线感知网络收集到数据信息后，将通过GSM网络或北斗卫星网络进行传输。考虑到北斗通信建设及运行费用均远远高于GSM方式，本系统在移动通信网络信号覆盖的地区采用GSM方式，在无移动通信网络信号的地区采用自主北斗卫星网络进行监测信息传输。

3.2 GSM通信

监测数据的通信传输主要通过GSM通信模块(工作频段900 MHz/1 800 MHz)实现。GSM系统提供给用户的短消息(shot message)业务是一种数字通信业务，基于无线通信控制信道进行相关传输，经本地的短消息服务中心完成存储和收发功能。各个监测节点和监测主机可通过GSM通信模块以短消息方式发送各种AT控制命令来进行数据通信。本系统采用我國自主研发的通信模块M72-D，与本课题组前期研发采用的意大利GC864通信模块相比[10]，它具有低成本、低功耗、高效率等优势。

3.3 北斗通信

由于地面无线通信网络存在通信盲区，且容易遭受地震、地质灾害等外界因素的破坏与影响，基于地面无线通信基站的灾害监测系统在上述条件下将无法保证实时运行。而北斗卫星系统除了定位功能外，还具备短报文通信功能，能实现全疆域无缝覆盖，不受地面灾害和环境条件的限制，具有一次传送多达120个汉字的短报文通信功能，通信间隔1 s。北斗卫星导航定位系统由空间卫星、地面控制中心和用户终端3部分组成[11]。本系统北斗通信终端采用北斗/GPS一体式用户机，该终端融合了北斗和GPS两种卫星定位模式，具有北斗报文通信功能，并具备良好的野外环境适应能力。具体实施系统架构如图6所示。

4 应用层设计

4.1 功能分析

通过对应用层功能需求进行分析，提出了B/S应用程序的软件架构。该架构主要包含数据读取模块、数据展示模块、管理员设置模块、报警模块、成图模块、地图定位模块、数据库结构模块和用户认证模块，如图7所示。

4.2 开发环境搭建

采用Eclipse集成开发工具完成，其中配合Java SDK(JDK)、Tomcat网站服务器软件和Myeclipse插件完成开发环境搭建工作，并利用Eclipse建立原始工程，然后建立各种JSP以及Html文档，最后将这些网站资源统一部署到Tomcat服务器。

4.3 远程交互设计

目前，常规地质灾害监测设备一般只具备单向传输功能，即传感设备定期(定时)向监测中心主动上报监测信息，系统实时性差，特别是当灾情发生变化时采集频率无法调整。为此，系统进行了远程交互设计，通过在应用层设置远程操控指令来实现，包括：远程修改数据采集间隔、立即返回当前监测值、驱动系统进入低功耗模式等。同时，可依据当前天气情况(主要为降雨强度)自动调整数据采样与发送频率，实现监测数据的自适应获取。

5 系统供电

实验得出：系统(含传感器、通信模块、微处理器电路)工作电压为5 V时，平均工作电流120 mA，即负载为0.6 W/5 V。考虑到野外工作的特殊环境，设计了太阳能+蓄电池供电方案。同时，为了实现高效供电目标，采用了LT3652构建智能充电管理单元。LT3652集成了最大功率点跟踪技术，能够自动实现太阳能最大功率点跟踪，提高了能量利用率。

采用30 W单晶硅太阳能电池板(茂迪牌)，开路电压21.6 V，额定输出电压17.64 V，蓄电池(川西牌铅酸蓄电池)标称电压12 V。以连续工作15个阴雨天计算，蓄电池容量为70 Ah[12]。

6 实际应用

本系统作为“贵州省地质灾害监测预警与决策支持平台”的成果之一，在贵州省赫章县乌木铺K93岩质高边坡进行了示范应用，依据赫章县乌木铺岩质高边坡的变形破坏特征，共布置有4套监测仪器(如表1和图8所示)。

7 结束语

1)本文建立的基于物联网的地质灾害监测系统架构能够较好地实现灾害信息的准确获取和实时传输。地表裂缝位移采集分辨率1 mm、量程1 m、可监测裂缝宽度15 m，地表倾斜角分辨率0.025°、量程±90°，局地降雨量分辨率0.01 mm、量程0.1～7 mm/min;通信方式为GSM(工作频段900 MHz/1 800 MHz)和北斗卫星(通信间隔1 s)远程通信并存。

2)本文提出的远程交互设计思想，使得地质灾害监测能够实时跟踪灾害体的发展，实现了应用层与传感层之间的实时交互控制，这也是物物相连的核心所在。

3)经过近4年的野外工作表明，研制的地质灾害物联网监测系统监测数据准确，信息传输稳定，系统性能良好，该系统所建立的技术架构还可扩展到水利水电设施以及环境灾害监测预警等领域，具有推广应用价值。

参考文献

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(编辑：莫婕)

作者：王洪辉 李鄢 庹先国 孟令宇 YANG Jiaxin