基于WebGIS的地質災害自動化監測平臺建設與應用

龍萬學 王 靜

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司 貴陽 550001)

我國西部地區山地廣為分布，地質地貌條件復雜多樣，是我國地質災害多發區之一，地質災害主要包括滑坡、泥石流、崩塌和巖溶等類型[1]。西部地區工程建設實施過程中，不可避免地會產生挖方、填方邊坡，同時，西部地區喀斯特地貌廣泛分布[2]。在降雨、地下水及施工等誘發因素影響下，極易產生地質災害，影響人民群眾生命財產安全。如何有效地對建設和運營中的工程地質災害進行管理和防治是西部地區工程建設及運營面臨的重大課題之一[3-6]。

1 平臺總體設計

1.1 平臺目標

1) 建立集地質災害基本信息管理、地質災害點多維立體監測與分析、多單位多人員協同管理平臺，利用該平臺實現多單位、多專業人員對地質災害點基本信息及多維立體地質災害點監測信息的管理與分析。

2) 利用現有WebGIS技術，實現地質災害信息在互聯網上圖形化交互。

3) 建立地質災害預警系統，對地質災害監測數據實時動態分析，為地質災害防控及其規律研究提供有效支持。

1.2 平臺框架

平臺建設的目的在于更加有效地管理地質災害信息，高效地提供地質災害監測技術服務，方便管理部門、業主、監測單位等相關人員使用。平臺采用B/S(瀏覽器/服務器)服務模式，為地質災害監測提供安全、便捷、高效的技術服務。平臺主要由現場監測設備傳感器、采集與傳輸設備、避雷、供電、服務器終端等組成。平臺框架見圖1。

圖1 平臺框架

2 平臺主要功能

平臺采用Visual Studio為開發工具，以SQL Sever2010為數據庫，結合微信開放API，自主研發基于WebGIS的地質災害自動化監測平臺。平臺主要功能包括地質災害點信息管理、設備在線情況管理、地圖操作、多源感知數據的管理與分析、地質災害預警和系統權限角色管理等。平臺功能構成見圖2。項目概覽見圖3。

圖2 平臺功能構成

圖3 項目概覽

2.1 地質災害信息管理

平臺以項目為導向，針對具體項目對相應的地質災害點按權限進行管理。地質災害信息管理主要包括邊坡、滑坡、崩塌、泥石流和巖溶等類型的基本信息、地質信息、位置信息等錄入、修改與查看。地圖展示，通過GIS技術手段，將監測點基本信息、位置信息及預警等級信息，以圖形化展示方式疊加到地圖上，直觀地反映監測點的區位及預警情況。地質災害監測地圖展示見圖4。

圖4 地質災害監測地圖展示

2.2 多源監測數據管理與分析

地質災害監測內容包括變形監測、支擋結構監測、影響因素監測、前兆異常監測四類。變形監測有表面位移監測和深部位移監測2種監測類型。表面位移監測通過監測地質災害點表面關鍵點位移變化情況，了解地質災害點的整體變形趨勢。深部位移監測可準確地獲取巖土體滑動面、滑體變形方位，為地質災害治理及治理效果評價提供依據。錨索應力監測可通過錨索應力的變化情況，判斷地質災害點的穩定性。分布式光纖測試技術可較好地進行抗滑樁受力特性的測試分析，評價支擋結構物的工作性能及健康狀態，為支擋結構物內力測試及治理效果提供可靠的技術手段。降雨量、地下水位等影響因素監測，可為研究地質災害發生與降雨量及地下水位關系提供基礎數據，進行綜合分析。

平臺集成了GNSS、全自動監測機器人、拉線位移監測、沉降監測、深部位移監測、錨索應力監測、降雨量監測和地下水位監測等多種監測手段的自動化采集傳輸、數據管理和智能分析功能，實現了對地質災害監測數據實時動態分析預警，為地質災害防控提供了有力支撐。深部位移監測數據分析見圖5，降雨-深部位移綜合分析見圖6。

圖5 深部位移監測數據分析

圖6 降雨-深部位移綜合分析

2.3 地質災害預警

地質災害預警系統由自動分析預警和消息推送兩部分組成。平臺將預警等級由小到大分為藍、黃、橙、紅4級。地質災害預警值控制規則分為三級，分別為通用級控制規則、項目級控制規則和工點級控制規則，每一級按照監測類型又分為多種類型，如位移預警控制值、應力預警控制值等。系統采用預警值控制規則優先級為：工點級控制規則>項目級控制規則>通用型控制規則。消息推送分為兩級，首先當達到預警閾值后，先推送給一級用戶，由一級用戶審核后，再決定是否向對應項目的二級用戶推送。

2.4 系統管理

系統管理主要包括系統參數管理、個人信息管理、用戶管理、角色管理、項目用戶管理、推送管理等。主要用于實現系統運行參數配置，項目用戶權限功能個性化定制，預警消息推送設置功能。

3 地質災害自動化監測優勢

地質災害自動化監測具有如下優勢。

1) 實時采集，監測頻率高，數據采集不受氣候等外部情況影響，地質災害點一旦發生異常即可感知。

2) 同時采集位移、應力、降雨量、地下水等數據，數據豐富，便于進一步分析。

3) 工作人員在室內即可通過管理系統對傳感器的進行控制，傳感器根據設置的參數進行采集，數據自動上傳至服務器。

4) 管理部門、建設單位，施工方、監測單位等各方均可通過管理系統進行監測數據的查看與分析，協同作業，提高工作效率。

4 工程應用

地質災害自動化監測平臺系統，目前已在三荔高速、晴興高速、紫望高速、崇遵高速、余凱高速、貴遵擴容工程、蓉遵高速、S303省道等多條公路100余個邊坡、滑坡開展安全監測和應急搶險監測。

三荔高速公路地處云貴高原東南端破碎地段，區域地層巖性主要為薄～中厚層泥灰巖、灰巖、炭質頁巖及少量砂泥巖；褶皺、斷層發育，區域地質構造復雜，公路沿線開挖容易形成路塹邊坡及填方路基邊坡。

邊坡總長2.624 km，其中高邊坡10段，最大高度88.4 m。2019年4月，全部自動化監測設備安裝調試工作完成，三都至荔波高速公路全線12處重點邊坡全面接入安全監測平臺。

遵義市正安縣小雅鎮S303省道棗樹坪滑坡位于省道上方，區域覆蓋層為塊石土、粉質黏土，基巖為泥巖，順向坡。2019年5月27日，通過InSAR衛星數據分析，發現S303省道棗樹坪坡體蠕變，經現場調查，坡體內公路沉降開裂，路基擋墻臌脹開裂，InSAR數據解譯圖見圖7。

圖7 InSAR數據解譯圖

2020年7月11日，安裝在現場的自動化監測設備發出預警信息，相關專家赴現場研判，發現路基裂縫、擋墻臌脹有所增加，滑坡處于蠕動變形狀態。現場監測數據見圖8。目前，相關部門已啟動滑坡應急搶險治理工作。

圖8 現場實時監測數據

5 結語

1) 采用Visual C#編程技術，以SQL Sever2010為數據庫，實現了基于WebGIS的地質災害信息管理、多源監測數據的分析。

2) 采用地表位移監測、深部位移監測和分布式光纖監測等多種監測手段，實現了邊坡的綜合防控，提高了防災減災及治災能力，為高速公路的施工、運營提供安全保障。

3) 平臺系統大大提高了監測數據采集頻率，全方位獲取地質災害相關數據，通過設置預警閾值，實現自動報警，同時可滿足多單位、多人員協同作業需求，提高工作效率，有效地支撐地質災害防治工作。