滑坡地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)探討

楊倩

摘 要 滑坡地質(zhì)災(zāi)害對人們的財產(chǎn)和生命安全有著很大的危害，因此，設(shè)計和實現(xiàn)滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警與實時監(jiān)測系統(tǒng)是非常重要的?；诖?，本文首先對系統(tǒng)的總體架構(gòu)、數(shù)據(jù)存儲、用戶子系統(tǒng)等進行設(shè)計，其次，從數(shù)據(jù)中心與監(jiān)測站數(shù)據(jù)實時通信、多線程監(jiān)測數(shù)據(jù)處理、一機多天線的定時切換等方面論述了滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警與實時監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞 滑坡地質(zhì)災(zāi)害；實時監(jiān)測；預(yù)警系統(tǒng)

前言

我國的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的比較頻繁，每年由于地質(zhì)災(zāi)害所造成的經(jīng)濟損失和人員傷亡非常大。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，我國每年平均發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害大約為10907起，其中死亡人數(shù)約為349人、失蹤人數(shù)約為51人、受傷人數(shù)約為218人，造成的直接經(jīng)濟損失約為54.1億元。而滑坡地質(zhì)災(zāi)害大約占其總數(shù)的74.5%，因此，相關(guān)部門要重視滑坡地質(zhì)災(zāi)害，對其進行有效且及時的監(jiān)測和預(yù)警。

1 滑坡地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計

1.1 總體架構(gòu)設(shè)計

在設(shè)計系統(tǒng)的總體架構(gòu)過程中，需要從系統(tǒng)的幾個子系統(tǒng)方面進行：①基準(zhǔn)站子系統(tǒng)的設(shè)計。該子系統(tǒng)主要由可調(diào)節(jié)對中盤、饋線、CORS天線、避雷針、UPS電源、避雷針以及電源和饋線避雷器等組成。主要實現(xiàn)對CNSS衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行實時跟蹤、存儲、傳輸、采集，從而為CNSS監(jiān)測站的差分改正提供相應(yīng)數(shù)據(jù)支持，同時也為監(jiān)測站提供變形分析參照基準(zhǔn)。②監(jiān)測站子系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)由可調(diào)節(jié)盤、測量大地電線和接收機、UPS電源、太陽能板、避雷針、饋線、位移和降雨傳感器以及電源和饋線避雷器等組成。實現(xiàn)的功能有：實時跟蹤和監(jiān)測CNSS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，并且對信息中心子系統(tǒng)傳輸?shù)牟罘謹(jǐn)?shù)據(jù)進行實時接收，將結(jié)果再傳回信息中心，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)RTK功能；實時采集內(nèi)部位移和雨量傳感器的數(shù)據(jù)，并對滑坡體進行可視化實時監(jiān)測。③信息中心子系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)主要由預(yù)警與監(jiān)測軟件、USP電源、顯示器、防火墻、路由器以及塔式服務(wù)器等組成。實現(xiàn)的功能有：實時監(jiān)測并且記錄監(jiān)測站和基準(zhǔn)站的目前的工作狀態(tài)；存儲和接收監(jiān)測站和基準(zhǔn)站傳達的信息，并為監(jiān)測站提供相應(yīng)的差分改正的數(shù)據(jù)。對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時預(yù)測、分析、處理等，并自動生成圖件、表、報告等，同時及時向有關(guān)部門發(fā)送預(yù)警信息，對CNSS接收機進行遠(yuǎn)程控制。

1.2 數(shù)據(jù)存儲設(shè)計

在對數(shù)據(jù)存儲方式進行設(shè)計過程中，不僅實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動計算功能，還要有助于用戶管理和查詢相關(guān)數(shù)據(jù)。在設(shè)計時，采用Miscrosoft SQL Server數(shù)據(jù)庫，首先在該數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建一個LandIASP.mdf文件。其次在這個文件中再新建5張表格，這5張表格分別用于存儲在一天內(nèi)監(jiān)測的數(shù)據(jù)信息、在一小時內(nèi)監(jiān)測的數(shù)據(jù)信息、站點位置坐標(biāo)信息、用戶的信息以及站點信息等。利用文件存儲具有不受信息量大小限制和數(shù)據(jù)存儲量大等優(yōu)點。其主要存儲內(nèi)容為系統(tǒng)的運行日志和基本參數(shù)以及對站點檢測數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)等。

1.3 用戶子系統(tǒng)設(shè)計

用戶子系統(tǒng)由移動端APP、Web端APP以及電腦客戶端組成。這個子系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能有：①對滑坡體的降雨量以及位移等數(shù)據(jù)信息進行實時監(jiān)測，將實時監(jiān)測信息傳輸?shù)交鶞?zhǔn)站，由基準(zhǔn)站傳輸?shù)奖O(jiān)測站，再由監(jiān)測站傳輸?shù)叫畔⒅行模ㄟ^信息中心的分析、處理、計算后進行發(fā)布預(yù)警信息。②對監(jiān)測站中的各類數(shù)據(jù)進行下載，生成各種圖表之后，自動進行變形分析，以此為決策部門制定策略提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)[1]。

2 滑坡地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)中心與監(jiān)測站數(shù)據(jù)實時通信的實現(xiàn)

滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警和監(jiān)測系統(tǒng)的正常運行基礎(chǔ)便是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時通信。在實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時通信過程中，利用Socket（套接類）技術(shù)，通過端口后和IP對監(jiān)測站和基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)進行獲取和監(jiān)聽，與此同時利用WiFi、4G、GPRS等通信網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)進行傳輸。Socket技術(shù)為數(shù)據(jù)實時通信提供了大量的屬性和方法，在應(yīng)用過程中，可以通過UDPClient、TCPListener以及TCPClient等類使用UDP協(xié)議服務(wù)和TCP協(xié)議服務(wù)，在數(shù)據(jù)傳送過程中，這些類主要負(fù)責(zé)的是細(xì)節(jié)任務(wù)。同時UDP協(xié)議服務(wù)和TCP協(xié)議服務(wù)提供簡單的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和用戶方位細(xì)節(jié)，且用戶在使用過程中，不需要對協(xié)議套接字細(xì)節(jié)設(shè)計進行了解便可應(yīng)用。而在CORS中進行通信過程中，主要是利用Nrrip協(xié)議進行的。

2.2 多線程監(jiān)測數(shù)據(jù)處理的實現(xiàn)

在預(yù)警與監(jiān)測系統(tǒng)正常運行過程中，會有多個監(jiān)測站和基準(zhǔn)站同時出現(xiàn)，這要求其能夠及時進行相應(yīng)，同時中心服務(wù)器必須要與多個站點建立同時連接的網(wǎng)絡(luò)。這種情況下，需要使用到多線程技術(shù)。具體實現(xiàn)方式為：將服務(wù)器與各個監(jiān)測站和基準(zhǔn)站連接，使服務(wù)器能夠在這些站點中同時開展數(shù)據(jù)通信作業(yè)。在這些站點發(fā)出相應(yīng)的連接請求后，此時服務(wù)器會向后臺請求建立新的線程，而此線程包括數(shù)據(jù)處理方法和請求站點名稱等內(nèi)容，通過以上流程，便可使系統(tǒng)實現(xiàn)多線程監(jiān)測數(shù)據(jù)處理功能。

2.3 一機多天線的定時切換

對滑坡體進行預(yù)警和監(jiān)測，需要在其中布設(shè)很多監(jiān)測點，這樣才能有效且及時的開展監(jiān)測任務(wù)。當(dāng)滑坡上的監(jiān)測點比較密集時，如果將CNSS接收機布設(shè)到每個監(jiān)測點上，那么會使監(jiān)測成本成倍數(shù)增加。為了降低相關(guān)成本，在部分滑坡體上利用一機多天線的方法進行實時監(jiān)測。一機多天線主要是指一臺CNSS接收機與多條天線連接，在每個監(jiān)測點上安裝一條GPS天線，但是不安裝相應(yīng)的接收機。為了實現(xiàn)其定時切換，信息中心要向監(jiān)測站定時的發(fā)送相關(guān)控制指令，而在監(jiān)測站收到指令之后，利用CNSS控制器對GNSS天線進行切換，從而實現(xiàn)利用一臺接收機連接多條天線的方法對滑坡地質(zhì)災(zāi)害進行實時預(yù)警與檢測[2]。

3 結(jié)束語

綜上所述，滑坡地質(zhì)災(zāi)害對國民正常生活造成了很大的影響，對其進行實時監(jiān)測是保障人們生命安全的有效途徑。經(jīng)過上文分析可得，滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警與實時監(jiān)測系統(tǒng)將計算機、無線通信、傳感器、GNSS等技術(shù)集成在一起，實現(xiàn)了對滑坡體的自動化、全方位、全天時、全天候以及高精度的實時監(jiān)測，并且能夠及時向相關(guān)部門提供預(yù)警信息，從而滿足對滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警和監(jiān)測的需求。

參考文獻

[1] 姚佩超，楊志強.地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].測繪通報，2016，（S2）：124-129.

[2] 姚佩超，楊志強，柯福陽，等.滑坡地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[C].第七屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會.第七屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會論文集.長沙：中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室學(xué)術(shù)交流中心，2016：1-6.