基于測繪技術的地質災害監測系統設計及應用

趙青峰

（壽光市測繪有限公司，山東 壽光 262700）

我國國土面積廣大，自然條件復雜多變。不同地區人類活動性質和強度各不相同，造成地質災害的類型、強度也大不相同，主要的地質災害包括滑坡、泥石流、崩塌、沉降等等，這些地質災害活動頻繁，日漸嚴重，嚴重影響社會經濟發展。傳統的地質災害監測多采用人工方式進行監測，這種方法不能將所得到的數據進行快速、準確的傳輸和處理，并且監測成本高、預警不及時[1]。隨著國家的發展，對地質災害監測提出了更高的要求，基于此，提出基于測繪技術的地質災害監測系統設計及應用。測繪技術是指在工程實施過程中，對所建筑區域的地質、建筑物以及各種設備、材料進行勘測設計和組織管理的技術。從地質災害監測系統的實時性、智能性和易用性等要求入手，對地質災害監測系統進行設計，通過對系統的硬件設計和軟件設計，能夠實現快速獲取災害信息，并將獲取的信息及時進行傳輸，及時掌握災害發展動態和發展趨勢，為地質災害提供預警和決策支持，以下為系統設計的具體過程。

1 基于測繪技術的地質災害監測系統硬件設計

此次設計的地質災害監測系統硬件包括A/D轉換接口、ZZIN無線通信芯片、傳感器節點、電源、大容量磁盤、收發器等。其中ZZIN無線通信芯片[2]主要完成監測數據的無線收發，其特點是近距離、復雜程度低、低功耗、低成本，并且支持自組網模式，在不同節點之間可以選擇自身的優化算法，自動尋找相近的節點進行數據傳輸，而且不會影響傳輸效率。在傳輸過程中，無線數據傳輸所消耗的能量非常大，所以選用ZZIN無線通信芯片實現低功耗要求。傳感器節點的作用是負責采集地質災害的現場數據，通過網絡傳輸到數據監控中心，主要包括雨量傳感器、位移傳感器、含水率傳感器等，其低功耗、低成本，通過系統硬件設計實現地質災害監測數據的傳輸和接收，在此基礎上，對地質災害監測系統進行軟件設計。

2 基于測繪技術的地質災害監測系統軟件設計

（1）地質災害監測數據采集。在硬件系統各個功能模塊初始化后，建立無線通訊網絡，實時監測硬件系統傳來的入網請求，如果有請求消息，則判斷其位置并將其加入到網線通訊網絡中。在各個被監測區域設置若干個監測節點，對監測區域的溫度、濕度等地質災害數據進行采集，將采集的數據由傳感器進行發送。通過SST軟件對數據進行采集，并將數據發送到遠程監控中心，保證與監控中心保持實時連接狀態，隨時等待監控中心的接收或發送命令，在收到命令后，喚醒路由器節點，將發送過來的采集數據轉發到監控中心，冰潔這些數據進行存儲，方便查詢歷史數據和實時查看，為地質災害處理提供完整的數據信息。

（2）地質災害預警。在監測軟件中設置預警值，在監測時如果發現現場某一點采集的數據超過預警值時則發出報警消息，在正常進行判斷是否超出預警值時，觀測數據中會出現粗差而影響計算結果，則首先對粗差進行計算，其算法原理為，采用抗差自適應濾波器對觀測相差進行處理，此處異常的觀測噪聲，以獲得最優狀態，其計算公式為：

式中，Bc代表監測數據的觀測值，Nm代表異常的觀測噪聲，?i代表自適應濾波器初始值，此次計算不做定向分析。

在對粗差進行計算后，對地質災害數據進行計算，假設設置的預警值為Xi，則監測數據的計算公式為：

式中，Pn為接收數據值，bx為網絡傳輸參數，Rimo為判斷異常數據參數，此次計算只做參數引進，不做定向分析。

在上述計算后，如有超出預警值的數據則進行報警提醒，通過ESR短信通知該點的監測負責人員，實現地質災害預警。并將監測到的數據進行轉發到監測平臺，實現與監測平臺的通信，將所接收到的數據進行存儲并進行圖像化顯示，監測平臺的工作人員可以通過網頁界面查看本人管轄的監測數據，對其進行分析，及時發現地質災害。

3 基于測繪技術的地質災害監測系統應用分析

（1）地質災害監測系統應用。為保證本文系統設計具有實際應用意義，對地質災害監測系統進行實際應用，采取某地工程實施路段，將監測系統中的硬件軟件進行安裝，在測試過程中，將監測到的數據進行無線傳輸并保存到系統數據庫，采用人為改變被測值的方式，使檢測值超過預警值，發現在調節后，系統立即做出了報警提醒并及時發送報警的短信，在人為恢復被測值到正常狀態后，監測數據則立刻恢復到正常數據。在電腦訪問的數據中通過曲線圖像化顯示，可以直觀的看到各項監測數據的狀態記錄。

（2）實驗論證。為保證本文系統設計的有效性，將傳統監測方法與本文監測方法進行對比，主要對比兩者對于異常情況的提醒速度，結果如下所示。

圖1 測試結果對比圖

通過對圖1的分析可知，傳統的監測方法對于異常情況提醒時間較長，且監測時情況不穩定，而本文監測系統在監測時，對于異常情況在短時間內就能對異常情況進行報警提醒，通過上述實驗，基本能夠證明本文監測系統的有效性，實現了監測系統實時性、智能性和易用性等的要求。

4 結語

綜上所述，地質災害監測在社會經濟發展中占有重要位置，以往的監測方法跟不上時代所需，通過基于測繪技術的地質災害監測系統的設計，能夠實現對地質災害實時監控，并對異常數據進行報警提醒，很大程度上減少了人力、物力、財力的損失，并通過應用分析，證明了本文系統設計的有效性，希望通過本次系統設計，能夠為地質災害監測方面提供幫助。