數(shù)據(jù)采集及傳輸在地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的應(yīng)用

程禮立

（安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，安徽 合肥 230000）

我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，災(zāi)害發(fā)生時(shí)分布廣泛，相關(guān)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)部門，必須提升對(duì)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的重視程度，積極研發(fā)先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，確保提升監(jiān)測(cè)地下位移能力，加強(qiáng)對(duì)自然災(zāi)害的預(yù)見(jiàn)和防控，降低風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，應(yīng)當(dāng)建立地質(zhì)環(huán)境預(yù)警機(jī)制，最大程度上提升災(zāi)害預(yù)警能力，更好運(yùn)用現(xiàn)代信息化技術(shù)構(gòu)建集成的信息管理平臺(tái)。

1 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代下，現(xiàn)代化信息技術(shù)快速發(fā)展，在各項(xiàng)技術(shù)的推動(dòng)下，環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)隨之出現(xiàn)，環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)技術(shù)的作用優(yōu)勢(shì)，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了環(huán)境監(jiān)測(cè)信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，推動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不斷向自動(dòng)化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，推動(dòng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的蓬勃發(fā)展。當(dāng)前，環(huán)境監(jiān)測(cè)的方法主要是采用單臺(tái)儀器間斷法進(jìn)行，然而數(shù)據(jù)信息的共享效果不佳，相關(guān)系統(tǒng)研究人員，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建檢測(cè)信息網(wǎng)絡(luò)，采用現(xiàn)場(chǎng)總線法進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)，主要通過(guò)與計(jì)算機(jī)連接，在實(shí)際的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，此種方法的采集范圍較小，難以真正適應(yīng)環(huán)境監(jiān)測(cè)發(fā)展需求。

2 環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是將采集到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并通過(guò)系統(tǒng)的液晶顯示器反映信息，另外一路信息，則通過(guò)無(wú)線傳輸模塊將信息傳送至主機(jī)工作站，與此同時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將收集到的信息數(shù)據(jù)，以短信息的方式發(fā)送到手機(jī)端，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境信息數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，有效打破傳統(tǒng)信息收集的時(shí)空局限。

2.2 系統(tǒng)溫度濕度模塊功能

采集系統(tǒng)的溫度濕度模塊，能夠有效發(fā)揮模塊自身的功能優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)模塊本身體積小、質(zhì)量輕，在數(shù)據(jù)采集方式上簡(jiǎn)單易操作，通過(guò)溫度濕度模塊的應(yīng)用，溫度傳感器可以利用自身高速的信息處理能力，提升信息數(shù)據(jù)傳輸效率，保證信息采集及傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，同時(shí)能夠保證在網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中的安全性、可靠性，最大程度上為環(huán)境地質(zhì)監(jiān)測(cè)人員，提供可行性數(shù)據(jù)分析，通常溫度濕度模塊，可采集周邊環(huán)境的溫度以及相對(duì)的濕度，一般傳感器的溫度在-30 攝氏度～+130 攝氏度之間，工作電壓在2.5V～6.5V 范圍內(nèi)[1]。

3 分析數(shù)據(jù)采集及傳輸在地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

3.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析

3.1.1 系統(tǒng)的構(gòu)成

有關(guān)研究人員，積極研發(fā)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，部分省市逐步建立起“地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警新技術(shù)示范研究”項(xiàng)目，并在研究過(guò)程中取得明顯的成效。在信息技術(shù)的支持下，有關(guān)研究人員就地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀研究出監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其原理是將核心業(yè)務(wù)模塊，集中在一臺(tái)服務(wù)器上，在專線網(wǎng)絡(luò)的支持下，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)模塊，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析后，利用系統(tǒng)終端機(jī)訪問(wèn)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)集中分析，為數(shù)據(jù)信息分析提供了優(yōu)勢(shì)作用，整體的系統(tǒng)框架（如圖1 所示）。

圖1 系統(tǒng)總體框架圖

3.1.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)開發(fā)人員，利用開源方案，建立系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，其功能優(yōu)勢(shì)在于在開發(fā)過(guò)程中提出了先進(jìn)的概念理論，為商業(yè)化的數(shù)據(jù)庫(kù)建立夯實(shí)基礎(chǔ)；同時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于用戶使用便捷的角度出發(fā)，結(jié)合用戶的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)人性化的操作界面，運(yùn)用系統(tǒng)后臺(tái)，提供交互性較強(qiáng)的系統(tǒng)界面，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)管理和業(yè)務(wù)應(yīng)用的功能，增強(qiáng)了用戶的使用體驗(yàn)[2]。系統(tǒng)通過(guò)實(shí)名授權(quán)的方式，賦予用戶授權(quán)瀏覽的權(quán)利，最大程度上提升了數(shù)據(jù)信息的安全性，為數(shù)據(jù)傳輸提供了安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

3.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

3.2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理

信息時(shí)代下，數(shù)據(jù)信息的采集量逐漸加大，要想在海量的信息數(shù)據(jù)中提取有效的信息，如地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的斷裂監(jiān)測(cè)、巖溶地下水監(jiān)測(cè)、地面沉降監(jiān)測(cè)等。對(duì)數(shù)據(jù)信息采集技術(shù)要求較高，通常采集時(shí)間需要在5S 內(nèi)完成，在實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中，地磁、地電、水文等監(jiān)測(cè)點(diǎn)的信息數(shù)據(jù)可達(dá)到8 萬(wàn)條以上，仍沿用傳統(tǒng)的人工數(shù)據(jù)采集方式，將難以滿足實(shí)際工作需求。

3.2.2 斷裂監(jiān)測(cè)

斷裂檢測(cè)模塊中，包含了水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、地電場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)、水位觀測(cè)系統(tǒng)等，在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下，將建立的監(jiān)測(cè)站與服務(wù)器中心相連接，進(jìn)而實(shí)時(shí)采集動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的斷裂數(shù)據(jù)信息的分析，進(jìn)而提升數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。斷裂監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集，根據(jù)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)實(shí)時(shí)采集地磁、地電、水位等觀測(cè)到的信息，在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)支持下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)管理平臺(tái)，將接收和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，實(shí)時(shí)反映在數(shù)據(jù)管理界面上，便于相關(guān)人員查詢信息，同時(shí)系統(tǒng)管理人員，可根據(jù)地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)需要，及時(shí)調(diào)整和切換監(jiān)測(cè)點(diǎn)，瀏覽斷裂數(shù)據(jù)的曲線圖，并邀請(qǐng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)人員共同參與其中，就觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并在短時(shí)間內(nèi)提取有效的信息數(shù)據(jù)。

3.3 地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

遙感技術(shù)的應(yīng)用：遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)在地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用十分廣泛，尤其在野外，利用遙感技術(shù)節(jié)省了大量的人工，提升了數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，保證數(shù)據(jù)信息傳輸時(shí)效。遙感技術(shù)在具體監(jiān)測(cè)中，利用紅外線可實(shí)時(shí)查找到不同的磁力感應(yīng)，進(jìn)而獲得監(jiān)測(cè)的結(jié)果。在遙感技術(shù)支持下，建立計(jì)算機(jī)處理平臺(tái)，進(jìn)一步處理好相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，在互聯(lián)網(wǎng)的支持下，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息的共享，同時(shí)，遙感技術(shù)支持可根據(jù)監(jiān)測(cè)的不同信息數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)變化。尤其在礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中，遙感技術(shù)可根據(jù)崩塌的地質(zhì)環(huán)境圖像，繪制出圖形，便于監(jiān)測(cè)人員觀察分析，通過(guò)數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)反映地質(zhì)環(huán)境的污染情況，以及周邊固體廢棄物的堆積情況。遙感技術(shù)在礦山開采過(guò)程中，可監(jiān)測(cè)粉塵情況，并在系統(tǒng)中實(shí)時(shí)反映，便于相關(guān)人員及時(shí)制定相關(guān)的措施[3]?；谶b感圖像的清晰度較高，在圖像中可清晰化地呈現(xiàn)地質(zhì)元素含量分布，尤其在偏遠(yuǎn)山區(qū)的地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中，遙感技術(shù)的監(jiān)測(cè)效果顯著、空間分辨率較高。

3.4 預(yù)警信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用

3.4.1 巖溶地下水監(jiān)測(cè)模塊

在巖溶地下水監(jiān)測(cè)模塊中，通過(guò)安裝編程軟件、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸儀等，提升數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)性，有關(guān)人員事先設(shè)置好監(jiān)測(cè)頻率，包括水監(jiān)測(cè)孔的溫度、壓強(qiáng)、電導(dǎo)率等相關(guān)信息參數(shù)，同時(shí)經(jīng)過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算，可將壓強(qiáng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為地下水位。同時(shí)，利用安裝好的數(shù)據(jù)發(fā)射裝置，可通過(guò)服務(wù)器實(shí)時(shí)接收監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于用戶實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索和查看。在地下水位監(jiān)測(cè)中，可以通過(guò)監(jiān)測(cè)孔，觀察地下水位變化情況，相關(guān)人員可以根據(jù)檢測(cè)孔的編號(hào)，有選擇性地關(guān)閉或者打開監(jiān)測(cè)孔的曲線信息，進(jìn)而為數(shù)據(jù)對(duì)比分析提供參考依據(jù)。對(duì)于單孔的地下水位數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)設(shè)計(jì)時(shí)間軸坐標(biāo)，查看監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況，并在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)支持下下載水位觀測(cè)數(shù)據(jù)。同時(shí)，相關(guān)人員，可以根據(jù)監(jiān)測(cè)孔的水位變化趨勢(shì)進(jìn)行劃分，當(dāng)監(jiān)測(cè)孔顯示的數(shù)據(jù)信息從較高值向平穩(wěn)值變化時(shí)間，可認(rèn)定為水位變化是趨于平穩(wěn)的；所監(jiān)測(cè)的信息數(shù)據(jù)在同一時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定的情況下，可認(rèn)定為水位信息是保持平穩(wěn)的狀態(tài)；所有監(jiān)測(cè)孔在同一時(shí)間段內(nèi)呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，可認(rèn)定為水位變化值是同時(shí)抬升的；因此，有關(guān)人員可以根據(jù)監(jiān)測(cè)到的水位變化趨勢(shì)，分析地下水對(duì)附近巖土層造成的破壞程度。

3.4.2 地面沉降模塊

圖 2 地面沉降監(jiān)測(cè)功能模塊構(gòu)造圖

地面沉降模塊的作用功能發(fā)揮，需要依托地面沉降自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備，監(jiān)測(cè)設(shè)備中包括沉降計(jì)、自動(dòng)化信息采集箱、無(wú)線電傳輸模塊等，模塊中的傳感器，通過(guò)將主機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)終端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時(shí)建立監(jiān)測(cè)預(yù)警管理平臺(tái)，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)人員，在遠(yuǎn)程進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)；在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)支持下，數(shù)據(jù)可直接以文件的方式導(dǎo)入，相關(guān)數(shù)據(jù)管理人員，可通過(guò)建立地面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，預(yù)測(cè)分析沉降情況，具體的系統(tǒng)模型構(gòu)造（如圖2 所示）。

3.5 應(yīng)用于復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的距離監(jiān)測(cè)裝置

針對(duì)地下位移數(shù)據(jù)信息監(jiān)測(cè)難點(diǎn)，部分研究人員，研發(fā)出一種應(yīng)用于復(fù)雜化的地質(zhì)環(huán)境距離監(jiān)測(cè)裝置中，利用霍爾效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)環(huán)境中兩點(diǎn)間距的在線監(jiān)測(cè)，此裝置不易損壞、使用壽命長(zhǎng)，在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中時(shí)效性強(qiáng)。具體的數(shù)據(jù)測(cè)量流程（如圖3 所示）：

圖 3 距離測(cè)量流程圖

3.6 水位采集

地下水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，可以最大化提升監(jiān)測(cè)信息的準(zhǔn)確性，幫助地下水位監(jiān)測(cè)部門實(shí)時(shí)了解地下水情況，促進(jìn)地下水治理意識(shí)的提高，相關(guān)人員，可以根據(jù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息，科學(xué)分析地下水位上升、下降的原因，確保通過(guò)建立自動(dòng)化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，全面分析地下水位的全過(guò)程變化情況，便于數(shù)據(jù)采集人員更好掌握地下水位變化規(guī)律。

3.7 位移數(shù)據(jù)采集

現(xiàn)階段，檢測(cè)地下位移的主要方法為鉆孔傾斜技術(shù)、時(shí)間域反射測(cè)試技術(shù)、集成傳感器技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，時(shí)間域反射測(cè)試技術(shù)較比其他技術(shù)更具優(yōu)勢(shì)，通過(guò)采集巖土地下位移測(cè)量情況，將集成傳感器方案以更加直觀的方式呈現(xiàn)出來(lái)，當(dāng)然，在實(shí)際進(jìn)行地下位移數(shù)據(jù)采集中，難度相當(dāng)大，存在磁性減退的問(wèn)題，因此，巖土中距離的測(cè)量是地下位移測(cè)量的重難點(diǎn)，需要技術(shù)研究人員進(jìn)行的探究和專研。

4 結(jié)論

綜上所述，加強(qiáng)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)，促進(jìn)地質(zhì)環(huán)境保護(hù)是當(dāng)前迫在眉睫的任務(wù)，地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)是對(duì)地質(zhì)環(huán)境演化的監(jiān)測(cè)，相關(guān)人員，必須提升數(shù)據(jù)采集及傳輸?shù)闹匾暢潭龋e極采用先進(jìn)的技術(shù)手段進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，加強(qiáng)對(duì)地面沉降、地裂縫、滑坡的監(jiān)測(cè)，全面建立地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)制，促進(jìn)地質(zhì)環(huán)境保護(hù)。