基于地質災害監測系統的研究與實現分析

西安工業大學 劉鵬程 王建國

基于地質災害監測系統的研究與實現分析

西安工業大學 劉鵬程 王建國

地質災害的有效監測和預測預警關系著人民群眾的生命與財富安全，監測數據的及時獲取、災害信息的準確預警已經變得至關重要，傳統手工監測預警不具備數據監測的實時性與災害預警的準確性。本文以影響地質災害發生的因素以及地質災害監測預警模型為研究對象，提出了基于C#開發平臺的地質災害監測預警系統。本文首先完成了地質災害監測關于形成條件、影響因素及監測內容的可行性分析，詳細介紹了監測預警相關核心算法與應用模型。其次，文章著重研究了運用RTU設備(傳感器)采集災害現場數據傳至地質災害監測預警系統進行解析并分析結果，以及實時傳遞展現地質災害現場的信息。最后，不僅可以解決地質災害的漏報情況還可以使監測點產生的誤報信息得到解決，對于各個災害點在未來某個時段是否發生地質災害做出預測。

地質災害監測；預警；傳感器

1 研究背景與意義

到目前為止，地質災害突已經在世界上的各種各樣的地方發生了，其中我國就是災害發生做多數的國家。一般而言，我們對地質災害發生的處理中最常用的手段和方法就是對地質災害發生的監測和預測。由于監測技術人員在災害活動地區中是缺乏人身安全保障這就會導致監測預警的效率大大降低，不能夠實現對災害地區的實時監控、自動監控、數據傳輸以及及時預報。例如，遇到夜晚或者連續大雨時發生災害，這些情況就更不方便有關部門和專業人員實時的了解災害現場的監測結果，這樣就不能迅速的擬定災害來臨的處理和解決方案。隨著各種各樣的技術和各種各樣的理論的成熟，在災害監測方面許許多多的技術都已經得到了應用。

地質災害其實就是指的是巖土體的移動事件，導致地質災害發生的原因就是在大自然以及人為因素的影響下，破壞了地質災害監測因素的條件，致使這些地質災害的發生。地質災害的發生將會對人民群眾以及一些公共設施造成大規模的破壞。一般而言，地質災害發生的過程分為六個階段，分別是孕育、發生、發展、衰亡以及穩定的過程。地質災害發生的最終后果就是在許許多多的地方出現靠近山體的滑坡，大多數土壤松弛的地方出現泥石流、土壤水分過大的地方水土流失等等的現象。這些現象嚴重影響了人類的生命安全以及財產安全。

2 地質災害監測的需求分析

2.1 硬件需求

現實中地質災害監測的硬件系統設計是我們整個地質災害監測系統的基石，因為我們設計硬件系統的效率將會直接影響到我們設計的地質災害監測系統的性能，易用性，可擴展性。按照監測內容，至少應該含有雨量計、滲壓計、形變計、含水率等，其次為了應用預測預報警模型，硬件還必須包括短信貓和預警機，當采集的數據大于設定的預值時短信貓會給預警機發送短信以達到報警功能。

2.2 軟件需求

此次設計和開發的地質災害監測系統軟件按照開發需求需要對地質災害監測點災害現場RTU設備中各種傳感器所采集到的采集數據進行接收、按照一定的協議進行解析、做出一定需求的報表進行統計、將數據上報給有關單位和部門進行分析進而做出決斷的一個監測系統，此監測軟件所具備的功能是對災害點的動態實時監測、接收采集數據的數據管理、對監測點的測站管理、整個監測點的系統設置、災害發生時的視頻拍攝、對安保人員的短信報警、對采集到的歷史數據提取等等多項功能。

采用C/S架構的設計，設計出地質災害監測系統，在實際應用中用戶或者客戶只需要安裝本系統的客戶端就可以訪問該系統，這樣不僅能確保該系統的安全性也能給客戶或者監察員提供一個簡單明了、直觀的操作平臺。

3 地質災害監測的總體設計及功能設計

3.1 系統總體設計

此次開發的地質災害監測系統設計時的架構是三層架構，用過戶界面層，業務邏輯處理層和數據連接層，將其進行分離，每個層次都相應的處理自己的事情，各司其職。系統的三層架構可以使開發的項目的結構非常的清楚，而且在一定程度上我們能夠迅速的改動業務邏輯層以及添加或者刪除以及編輯一些監測點的新的設備類型等。即實現了”高內聚，低耦合”的思想。

3.2 系統物理架構設計

此次開發和設計的監測系統在設計模式上采用C/S模式，對于這種設計模式他有如下的特點：

C/S這種開發模式就是我們的都熟知的客戶端服務端架構， C/ S模式中可以讓我們開發者能夠盡自己最大化的優勢來利用災害現場所開發出RTU硬件，將其所采集與發送數據和協議分別發送給服務端和客戶端。這樣做的好處就是大大降低了系統的開銷，這樣做的好處就是能夠大大減小系統自身所承受的壓力，在我們國內當前應用的大部分設計軟件都是這樣的C/S架構。C/S架構可以將PC端的處理能力最大化，用戶可以在客戶端進行操作，然后將其操作的指令提交給服務端，服務端再進行處理。在C/S架構中最大的特點就是其客戶端的響應的速度非常快。

3.3 數據庫設計

數據庫設計是整個系統的重要組成部分，要能準確的表達用戶需求，并將其轉換成有效的數據模型，并進行存儲和管理。本次地質災害監測是一個需要進行實時操作的系統，因此這也就伴隨著需要大量數據的接收以及對其處理后的存儲。在設計和建立此次項目的數據庫時應該考慮進行一定的緩存或者寫一些存儲結構，這樣就有利用于數據的查詢等等的操作，使其更加快速的完成請求。

此次開發的災害系統中的主要邏輯結構表有：Equipments表（存放設備信息表）、StationConfig表（監測點配置表）、Data_ Rain表（雨量數據表）、Data_Crack(形變數據表）、Data_HanS-huiLv（含水率數據表）、Data_GroundWater(地下水位數據表)等等這些都是存儲了采集到的相應影響地質災害監測的因素的數據，對這些數據進行分類，建立不同的數據表進行存儲，這樣既方便數據的管理同時也方便數據的查詢等操作。

4 系統的數據處理

4.1 數據的全局顯示

此次開發的地質災害監測系統將災害點采集到的數據按照特定的協議進行解析并且分析這些數據的規律以及將解析到的數據顯示在地質災害監測系統的客戶端中。在地質災害監測的主界面中能清楚的看到各個監測點采集到的數據對于不同類型的數據，不同監測點的數據都會對應的顯示出來，而且為了更好的用戶體驗，操作者可以在左側導航欄選擇要查看的監測點，此時會顯示該監測點下所有站的信息，如果需要對監測點進行圖像抓拍，此時雙擊監測點的站好會對該監測點現場抓拍一張災害圖片，并且能夠傳輸回來供安檢人員以及有關部門進行查看。

4.2 數據分析

在地質災害監測系統中可以對采集到的雨量數據、形變數據、土壤含水率數據、地下水位數據做出統計分析。可以對所選擇的監測點的不同的站進行日月年分析，分析包括曲線分析和實時的數據，比如日分析的實時數據就包括0到24點的數據，月分析就包含該數據類型天天采集量的累計數據之和，年分析包含該類型數據月月的累計數據和，當用戶在操作界面上點擊右上角的導出功能按鈕，此時可以將分析數據的表格導出供有關部門查看。

[1]趙佳,孫佳麗．地質災害信息系統空間數據庫的建立[J]．北京地質,2002,14(3):36-39．

[2]曹修定．滑坡的遠程實時監測控制與數據傳輸[J]．中國地質災害與防治學報,2002, 13(1)．

[3]Donald E ．Knuth．計算機程序設計的藝術(第2 卷)[M]．北京:國防工業出版社,2002．