信息技術在地質災害監測預警中應用

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摘要：針對監測預警系統，文章以構建其的核心技術為切入點，通過歸納信息技術特點，依次給出了基于物聯網等技術，處理監測信息收集、遠距離無線傳輸、數據集成，乃至核心信息及時挖掘的思路以及方式。在此前提下，建立了基于信息技術的系統，且選擇了某一滑坡實行運用，結果顯示這一技術方式有效，系統具備較好的穩定性，可為相關部門決策提供有力技術支持。總之通過本文的探究，旨在能為業內人士提供借鑒。

關鍵詞：地質災害；物聯網；信息技術；大數據；云計算；數據挖掘

0引言

中國屬于一個多山的國家，很多地質災害伴隨項目建設以及資源開發，正變得更加突出，根據有關統計，每一年導致的損失大概有三百億元，而且呈現增長的趨勢。尤其是地質條件相對復雜的區域，通過多次地震之后，地質災害變得更為嚴重。在2010年的時候，基于強降雨的作用，汶川震區的很多地方，出現了嚴重的泥石流災害，導致了很大的傷亡以及經濟損失。又如在2013年的時候，云南省某縣出現了滑坡災害，導致了幾十人遇難。顯而易見，地質災害變得更加顯著，很大程度上，都影響了經濟建設以及生命財產。對此，地方投入了很多資金，不過被多種因素所影響，可以執行項目治理的隱患點并不多，更多的是，應該制定合理的、可行的監測預警方式。現如今，合理引入監測技術，針對地質災害，掌握其演變規律以及產生機理，第一時間實施可行措施，已實現對很多處滑坡進行了預警，防止了傷亡以及經濟損失。尤其是這幾年以來，信息技術正朝著自動化趨勢發展，以物聯網等為代表的信息技術，正大力滲入至很多領域，比如環境。所以，基于該種災害產生機理以及預警根據研究，能夠進一步借助新一代新技術在有關方面所具備的優點，比如信息收集以及傳遞，建立實時預警系統，切實增強應對災害的能力。對此，針對新一代信息技術，文章基于歸納其核心特點，充分借助其物聯網等優點，構建了監測預警系統。與此同時，將某一滑坡當作研究例子，開展了系統檢驗，對于災害監測信息，初步達到了與之有關的多項功能，比如及時獲取、實時預警等。

1物聯網概念與地質災害類型及其影響

1.1物聯網概念

之所以提出物聯網這一概念，旨在使實體之間能夠進一步彼此溝通，傳輸信息。它的定義并不復雜，也就是：將全部物品通過信息傳感設施，比如傳感器，和互聯網進行連接，開展信息交換以及通訊，以達到綜合功能，其中包括信息查詢、定義以及分析等[1]。

1.2主要類型及其影響

在國內地質災害有著很多種，比如滑坡以及泥石流，存在著很多的特點，即分布較廣、出現較為頻繁，能夠帶來很大的危害。一般情況下，致使這些災害的因素有：地震以及強降雨過程，尤其是滑坡以及崩坍，它們的分布較為廣泛，發生的頻率較高，根據有關的統計，記錄編目的隱患點高達23萬處，對數千萬人造成了威脅，分布于國內很多省以及自治區。

2新一代信息技術特征

何謂地質災害監測預警，也就是信息的收集、傳遞以及發布等的過程，信息的實時性和可靠性為關鍵所在。對于處理問題的處理，應該科學借助一些信息技術。從定義上來看，何謂信息技術，通常指借助信息科學的原理以及方式，達到延伸信息功能的技術，通常情況下，將計算機以及通信當作核心的方式，來達到數據的提取、整理以及使用等。伴隨眾多技術的不斷進步，信息的類別出現了顯著的改變，不局限于數字和文字，還包括圖像以及視頻等，顯著推動了信息技術的進步。以物聯網等為代表的信息技術，關鍵運用于處理以下問題，也就是數據交換以及集成等，能夠短時間內獲得以及評價核心信息，同時所獲取的新知識以及規律，能夠很好地支持決策分析過程。顯而易見，即便它的發展時間較為短暫，不過因為在很多方面有著顯著的優勢，比如信息收集與整合，會在監測預警研究方面，起到更為關鍵的推動作用。根據表1所含信息可見，信息技術是處理怎樣更迅速地收集數據，怎樣更科學地組織數據結構，乃至當面對很多數據時，怎樣開展分析以及評價，以及時掌握核心信息，也就是高效處理能力。圖1所示為信息技術的構成關系圖。顯而易見，對于新一代信息技術，它的構成是借助通信技術確保數據的傳遞渠道，憑借物聯網技術，進而達到數據的及時獲取，采用大數據技術，從而來處理數據組織以及改進，再借助云計算達到核心數據的獲取。也就是建立1個中心保障，三個技術支持的處理數據收集、組織以及研究的關系網絡。若把它比作章魚，可把八只觸角當作物聯網組織，據此能夠獲得實時信號[2]。就它的神經元系統而言，能夠合理組織這些數據，與此同時，根據生活經驗短時間內提取核心信息，也就是所謂的數據挖掘過程。最終，它的大腦會結合核心數據，及時進行決策以及反饋，也就是所謂的實現云計算過程。同理，針對所存在的災害隱患點，集成它的有關信息，比如變形跡象，合理改進數據結構，達到及時分析以及采集核心信息，均需該項技術的支撐。

3借助信息技術建立地質災害監測預警系統

監測預警所涵蓋的內容較多，不過可行的數據組織以及管理平臺為基礎。據此，集成實時監測信息，智能達到處理以及分析，達到預警以及發布。另外，伴隨監測隱患點變多，再加上監測信息的持續積累，一般的系統架構已難以符合需要，尤其是核心信息的及時挖掘以及評價，均需借助新一代信息技術，進一步來健全以及優化。結合以上系統需求分析，建立系統總設置圖，詳情見圖2。顯而易見，該系統的核心功能組成包含多個部分，接下來，詳細介紹每一個系統的構建。

3.1基于物聯網技術的系統

過去的災害監測，一般主要是人工以及半自動監測，不過當范圍相對大時，一般的監測方式就難以符合。在很多智能化監測體系之中，基于物聯網的WSN運用最為普及。適當范圍之內設置傳感器，根據無線通信協議，構建局域網絡系統，除了可以接收傳感器所收集的信息，也可以開展信息融合處理，再和遠程傳輸網絡進行相連，傳遞到服務器[3]。圖3所示基于該項技術的災害監測系統，一般是在詳細調查以及全面分析的前提下，設置適當的傳感器節點，對它的變形跡象以及誘發因素進行監測，比如地表位移，再借助匯聚節點，來處理這些監測信息，最終基于構建WSN，同傳輸網絡的連接，達到多源收集的數據，以統一方式開展批量傳遞。

3.2大容量數據遠程無線傳輸網絡系統

現如今對于數據遠程傳輸，一般包含有線以及無線方式，實際傳輸技術和它的核心參數（見表2）。就遠程無線傳輸而言，主要推行的是根據移動通信的傳輸手段，其中涉及到CDMA與GPRS等。對于GPRS技術來講，它為GSM系統支持的業務，具備著諸多的優勢，比如快速傳輸、便于接進網絡、所需成本不高等。針對這一子系統的建設，一般是借助GPRS網絡，根據網絡協議，通過固定IP地址的手段，構建終端和服務器的連接，達到監測信息遠程傳遞功能。伴隨通信技術的持續進步，移動通信技術已達到了商業推廣，可以很好符合用戶的要求，也就是信息遠程傳遞的穩定性以及有效性。另外，就北斗衛星通信而言，它在災害監測預警方面，也獲得了不錯的運用成績。不過因為衛星傳輸現如今還有著約束性，也影響了其深入延伸運用范圍。所以當建立該系統時，還是優先考慮移動通信技術，不過對于部分相對偏遠的山區，在現場信號相對糟糕時，需要設置北斗衛星通信模塊來補充，以便能夠把監測信息更好傳遞到監測中心。

3.3多維異監測數據綜合集成系統

結合以上分析，得知在傳輸網絡構建方面，有著無法統一的現象，屬于多維異構網絡系統。可以體現于多種異構，比如組網以及管理方式異構。所以需要多加分析信息結合問題，以及傳感器間的協同。在異構網絡環境之下，為達到多源數據集成，構建了災害監測信息編碼體系[4]。無論是哪一種監測類型，所對應的數據，均通過18位字符串當作關鍵字，開展有關數據檢索，例如520121010001YL0101，其中字母之前的數據，屬于災害隱患點編號，也就是520121010001，而YL01屬于監測點編號，01屬于數據類型編號。在此基礎上，也就構建了多維信息的關聯，針對多維異構，除了達到了數據集成，也易于對模型進行研究以及計算。

3.4基于云計算的數據挖掘系統

對于災害監測預警來講，它所包含的數據有很多種，數據結構并不簡單，怎樣基于海量的數據，從中提取用于決策研究的核心信息，以往的操作型數據庫是無法達到的。根據云計算數據挖掘，能夠借助設置服務器集群，進而來保存災害信息，同時能夠借助并行計算等手段，達到數據聯合研究，進一步挖掘其中所存在的聯系，找到內在的規律。所以，引入這些新技術來處理核心數據快速挖掘，存在著突出的優勢，圖4所示為數據挖掘流程圖。顯而易見，關于數據挖掘流程，可以將其分成多個部分，比如數據倉庫構建與運用研究。何謂數據源，也就是所構建的信息數據庫，采取有關的數據處理手段，能夠構建冗雜數據關聯，進而達到數據的可行分析，以及核心信息的及時挖掘。實際的操作過程是：對最初數據進行預處理，完成其有關的操作，比如采集與上載，構建數據挖掘平臺，也就是所謂的數據倉庫。據此，借助云計算以及方式，例如OLAP聯合分析，開展數據的關聯特點挖掘。顯而易見，就數據挖掘來講，它屬于一種數據分析過程，存在著一定的針對性，也就是海量的數據，是根據相關的問題域，來開展組織以及集成，同時不具備更改性。所以，建立基于云計算的數據挖掘系統，也是先從問題域出發。

4應用案例

某滑坡所處地理位置，它的經度是106°48分38.6秒，維度是27度05分45.6秒。滑坡整體上屬于舌形，滑向南東，長度達到0.57千米，寬度達到0.33千米，滑面的深度大概有15米，規模在2.51*106立方米上下，屬于一種大型土體滑坡（圖5）。這一滑坡是降雨誘發的，它的后緣是弧形狀。根據調查，在出現特大暴雨之后，它漸漸發生突出變形，處在滑坡體上的房屋被損壞。這幾年以來，在出現雨季的時候，都會致使變形加劇，顯示滑坡體現如今正處在蠕滑環節。按照具體調查狀況，對該滑坡開展監測設置，且借助物聯網技術，構建了滑坡監測網絡圖。顯而易見，這一監測選擇了四類傳感器節點，比如固定式傾斜儀。所有傳感器節點采取ZigBee技術（實際上就是一種無線網絡協議）開展組網，所有節點所提取的信號，均借助這一無線網絡，智能傳遞到匯聚節點，再通過其借助GPRS網絡進一步來實現遠距離傳輸，直到監測中心[5]。利用匯聚節點達到無線傳輸，能夠很好確保信息傳遞的可靠性以及實時性，防止了在多點傳輸中，出現信息丟失或者延遲的現象，并且也有助于集成數據，乃至后期的處理研究。基于實現數據集成，對于海量信息的實時解決，不但需以上技術，科學的程序算法也是相當關鍵的。對此，通過服務器來實現運算工作，且把有價值的結果，保存在數據庫之中，系統運行界面只調用結果開展顯示，進而促使系統工作效率得到提升。從系統界面來分析，不但能夠體現預警等級，也能夠有效觀察所有監測點的改變現象，達到動態監控滑坡的目標。當然，這一監測預警系統在開發中，還結合了別的技術，因為并非文章重點，所以忽略進行介紹。該滑坡的預警示范，除了能夠檢驗這一預警方式是否有效，也能夠很好檢驗系統工作的穩定性與安全性，持續地歸納實踐經驗，深入改進監測組網方式、分析算法等，促使系統工作更為精準。以具體的運行狀況來分析，系統在很多方面都體現出了很好的穩定性，比如信號收集、數據集成等，監測曲線可以第一時間體現變形特點，所顯示的預警級別，存在較好的可靠度，可以為相關部門決策提供有力支持[6]。不過，就現如今的檢驗結果來講，也有著一定的問題，主要涉及到：第一，對于數據遠距離無線傳輸來講，它還有著延遲的情況，尤其是碰上極端天氣，比如暴雨。然而，這時又正處于災害易發期，能夠基于構建監測專線專網處理，進而確保傳輸通暢無阻，不過所需費用較多。第二，現如今的監測預警系統，后臺算法并不復雜，實際上還相對簡單，只通過衡量監測數據有沒有大于閾值，還未盡可能借助數據挖掘算法，從海量的監測數據之中，及時提取可以切實體現滑坡變形趨勢的核心信息。第三，伴隨監測災害數量變多，一定程度上會影響到系統工作效率。對此，考慮后續應當強化并行計算能力，且針對監測預警系統，對服務器實行更新以及優化。

5結論

綜上所述，對于地質災害監測預警來講，它屬于一項系統性工程，所涵蓋的知識面較廣，針對地質災害，除了應該開展現場調查以及形成機理研究，也應該充分掌握有關的現代技術以及方式，比如網絡傳輸。文章在分析歸納信息技術核心特點的前提下，對于監測預警系統，以其核心技術為切入點，給出了多項技術手段，例如物聯網與大數據，處理監測信息收集、遠距離無線傳輸、數據集成，乃至核心信息及時提取的實際思路以及方式。據此，基于物聯網信息技術，建立了監測預警系統，達到了多項功能，其中包括查詢災害信息，數據研究以及智能預警等。通過對某一滑坡的運用檢驗，顯示這一系統功能差不多可行，可以為相關部門決策提供有力的技術支持，切實增強了主動應對災害的能力，提高了應對水平。

參考文獻：

[1]張吉寧，薄勇，劉洋洲，等.基于物聯網技術的地質災害監測預警系統設計[J].粘接，2022，48（10）：86-89，97.

[2]岳東霞，肖洋.基于干涉測量和物聯網技術的甘肅南部地質災害監測預警.甘肅省，蘭州大學，2021-06-22.

[3]黃健，巨能攀，何朝陽.基于新一代信息技術的地質災害監測預警系統建設[J].工程地質學報，2021，23（01）：140-147.

[4]杜金星，夏燕秋，馬金輝.基于物聯網技術的白龍江流域地質災害監測預警系統的設計與實現[J].蘭州大學學報（自然科學版），2020，50（05）：757-764.

[5]徐永強，馬娟.基于物聯網技術的地質災害動態監測預警體系及其架構[J].中國地質災害與防治學報，2019，24（03）：90-93，99.

[6]毛旭.基于物聯網技術的地質災害監測預警解決方案[J].物聯網技術，2018，3（04）：9-10.

作者:李鵬 單位:湖南聯智監測科技有限公司