基于物聯(lián)網(wǎng)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警技術(shù)研究

郭 峰，李 娜，鄭曉偉，黃文生，林 炎

（深圳市安泰數(shù)據(jù)監(jiān)測科技有限公司，廣東深圳 518000）

美國麻省理工學(xué)院于1998年首次提出物聯(lián)網(wǎng)的概念。在技術(shù)層面，人們稱之為“傳感器網(wǎng)絡(luò)”和“物聯(lián)網(wǎng)”。物聯(lián)網(wǎng)具有互聯(lián)網(wǎng)、識別通信、智能等特點。我國存在滑坡、泥石流等多種地質(zhì)災(zāi)害，其特點是分布廣、發(fā)生頻率高、危害大。一般來說，這些災(zāi)害是由地震和暴雨過程引起的，特別是滑坡和崩塌更為普遍和頻繁。物聯(lián)網(wǎng)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)主要包括分散傳感器，傳感器數(shù)據(jù)感應(yīng)控制處理器，用于傳感器數(shù)據(jù)采集的通信網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控中心數(shù)據(jù)處理和信息公開系統(tǒng)軟件。預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)由區(qū)域預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)和個體預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)兩部分組成。

1 新一代信息科技的特點

地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警是信息采集、傳輸和傳播的過程，信息的實時性和可靠性是關(guān)鍵。科學(xué)地運用一些信息技術(shù)，將在預(yù)警監(jiān)測和研究中發(fā)揮更大的作用。

根據(jù)表1，信息科技需要更快地收集數(shù)據(jù)，更科學(xué)地安排數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，甚至對大量數(shù)據(jù)進行分析和評估，以確保能及時取得基本資料。對于新一代的信息技術(shù)來說，它是由提供數(shù)據(jù)鏈路的通信技術(shù)、提供及時數(shù)據(jù)收集的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、利用大型數(shù)據(jù)處理技術(shù)組織和處理數(shù)據(jù)，然后使用云技術(shù)收集基本數(shù)據(jù)，這項技術(shù)提供的支持需要整合現(xiàn)有潛在災(zāi)害點的信息，例如，變形跡象，精簡數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，及時分析和收集基本信息。

表1 信息技術(shù)的主要特點

2 利用信息技術(shù)建立的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)

監(jiān)測和預(yù)警涉及內(nèi)容較為廣泛，基于現(xiàn)有的組織和數(shù)據(jù)管理平臺，在此基礎(chǔ)上整合實時監(jiān)測信息，智能化處理分析，實現(xiàn)預(yù)警發(fā)布。由于監(jiān)測風(fēng)險因素的增加及監(jiān)測資料的累積，整體架構(gòu)已不能滿足需要，特別是在及時收集和評估基本資料方面，需要通過新一代信息科技進一步完善和優(yōu)化。結(jié)合以上對系統(tǒng)需求的分析，建立了系統(tǒng)配置的總體方案，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總設(shè)計圖

2.1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的系統(tǒng)

傳統(tǒng)的自然災(zāi)害監(jiān)測主要是人工和半自動的，在范圍比較廣的地方，很難與一般的監(jiān)測方法取得一致。最廣泛使用的是基于物聯(lián)網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。在適當(dāng)范圍內(nèi)安裝傳感器，并根據(jù)無線電通信協(xié)議構(gòu)建本地系統(tǒng)。除了接收傳感器收集的信息外，還可以集成信息，然后連接到遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)并傳輸?shù)椒?wù)器。如圖2所示，基于災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)通常以詳細(xì)調(diào)查和綜合分析為基礎(chǔ)，并重新建立適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳎愿欁冃污E象和表面位移等因素。

圖2 監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

2.2 大容量遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

目前，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸一般包括有線和無線設(shè)施，實用傳輸方法和基本參數(shù)見表2。至于電視傳送，主要是透過流動通信渠道進行，包括CDMA 及GPRS。GPRS技術(shù)是GSM系統(tǒng)支持的業(yè)務(wù)，具有傳輸速度快、網(wǎng)絡(luò)接入方便等特點。

表2 傳輸方式的對比

2.3 多維異構(gòu)體綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)系統(tǒng)

這可以反映在不同類型的異構(gòu)中，例如網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和控制模型。因此，需要對傳感器之間的信息和相互作用進行更仔細(xì)的分析。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，開發(fā)了災(zāi)害監(jiān)測信息編碼系統(tǒng)，以整合多源數(shù)據(jù)。無論監(jiān)測類型如何，有關(guān)數(shù)據(jù)都將作為18行的關(guān)鍵字提取，例如5201210001L0101，其中字母前的數(shù)據(jù)將被標(biāo)記為災(zāi)害風(fēng)險點。即520121001，YL01作為監(jiān)測點，01表示數(shù)據(jù)類型。在此基礎(chǔ)上建立了多維信息通信。對于多維異構(gòu)，除了數(shù)據(jù)集成外，模型的研究和計算也很容易。

2.4 基于云計算的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)

在災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警方面，數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不簡單，如何根據(jù)海平面數(shù)據(jù)進行決策研究的基本信息在以往的操作數(shù)據(jù)庫中都無法使用。云端數(shù)據(jù)采集通過建立服務(wù)器集群，以及通過并行計算進行數(shù)據(jù)協(xié)作研究，進一步研究現(xiàn)有的聯(lián)系和尋找內(nèi)部模式，可以保存災(zāi)害信息。因此，采用這些新技術(shù)快速提取核心數(shù)據(jù)具有顯著優(yōu)勢。圖3是數(shù)據(jù)提取流程圖。顯然，數(shù)據(jù)提取過程可以分為幾個部分，如數(shù)據(jù)倉庫的建立和應(yīng)用研究。數(shù)據(jù)來源是為了建立一個信息數(shù)據(jù)庫，使用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理工具，可以創(chuàng)建復(fù)雜的數(shù)據(jù)連接，從而進行數(shù)據(jù)可行性分析，并及時提取基本信息。實際操作流程為，對原始數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，執(zhí)行相關(guān)操作，如數(shù)據(jù)采集和上傳，并建立一個挖掘數(shù)據(jù)的平臺，即所謂的數(shù)據(jù)倉庫。因此，采用云量計算和OLAP 聯(lián)合分析等方法提取了相關(guān)數(shù)據(jù)特征。顯然，就數(shù)據(jù)提取而言，它是一個數(shù)據(jù)分析過程，具有一定的相關(guān)性，也就是說，它是一個數(shù)據(jù)挖掘過程，有一定的針對性，即海量數(shù)據(jù)，根據(jù)相關(guān)問題領(lǐng)域，進行組織和整合，而不是進行更多修改。因此，建立基于云計算的數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)也是基于問題域的。

圖3 數(shù)據(jù)挖掘流程

3 結(jié)束語

綜上所述，地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警是一項覆蓋面廣的系統(tǒng)工程。對于地質(zhì)災(zāi)害，除了現(xiàn)場勘察和形成機制外，還必須充分掌握網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)痊F(xiàn)代技術(shù)和方法。監(jiān)控預(yù)警預(yù)警系統(tǒng)以核心技術(shù)為核心，接入內(nèi)聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)，處理控制信息采集、遠(yuǎn)程無線傳輸、數(shù)據(jù)融合，從核心思想中抽取時間和資金。利用信息和通信技術(shù)，建立了一個監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，履行各種職能，如災(zāi)害信息檢索、數(shù)據(jù)研究和預(yù)警。根據(jù)該系統(tǒng)在特定山泥傾瀉事件中的應(yīng)用經(jīng)驗，該系統(tǒng)的運作流程的可行性較強，可為有關(guān)部門的決策提供有力的技術(shù)支援，有效提高主動應(yīng)變能力，提高應(yīng)變水平。