周濤

【摘 要】我國是多山國家，同時也是受地質(zhì)災(zāi)害損失較為嚴(yán)重的國家。每到夏秋季節(jié)，尤其是南方地區(qū)難以擺脫暴雨的襲擊，地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的地區(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的頻率居高不下，導(dǎo)致該地區(qū)人民生命財產(chǎn)安全受到嚴(yán)重威脅。

【Abstract】China is a mountainous country， and it is also the country with serious loss due to the geological disaster. Every summer and autumn， especially in the southern region，it is difficult to get rid of the storm， The frequency of geological disasters in the region with unstable geological structure is high， which leads to serious threat to people's life and property security.

【關(guān)鍵詞】地質(zhì)災(zāi)害；預(yù)警監(jiān)測；數(shù)據(jù)采集裝置

【Keywords】geological disaster； early warning monitoring； data acquisition device

【中圖分類號】P642 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）05-0177-02

1 引言

地質(zhì)災(zāi)害指在人為或者自然因素的作用下形成的對人類生命財產(chǎn)、自然環(huán)境造成破壞的地質(zhì)現(xiàn)象。例如，山體滑坡、泥石流、崩塌以及地震等嚴(yán)重威脅著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2 通用型地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)采集裝置的概述

2.1 地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)采集裝置的目的及意義

我國是受地質(zhì)災(zāi)害損失較為嚴(yán)重的國家，山體滑坡、泥石流、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重威脅我國社會經(jīng)濟(jì)和資源的可持續(xù)發(fā)展。因此，我國政府對地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)采集裝置技術(shù)的研究格外重視，并投入大量人力、財力資源從事該技術(shù)的研究。由于地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象普遍量大面廣，成因復(fù)雜且治理成本頗高，當(dāng)下無法對其進(jìn)行大規(guī)模全面治理。由此看來，地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警裝置成為重要的減災(zāi)防災(zāi)手段；以各種地質(zhì)災(zāi)害的形成條件為背景，對地質(zhì)災(zāi)害危險程度進(jìn)行區(qū)劃，在易發(fā)生地址災(zāi)害區(qū)域裝置地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的及時預(yù)警，從而減少地質(zhì)災(zāi)害帶來的損失。地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計主要分為地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)采集裝置及地質(zhì)災(zāi)害計算機(jī)預(yù)警軟件兩部分。其中，地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)采集裝置是通過數(shù)據(jù)融合、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及圖像處理技術(shù)相結(jié)合對地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測圖形和數(shù)據(jù)進(jìn)行采集及發(fā)送。地質(zhì)災(zāi)害計算機(jī)預(yù)警軟件是對地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送的圖像及數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，從而達(dá)到地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警和數(shù)據(jù)監(jiān)測的目的。地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)采集裝置及地質(zhì)災(zāi)害計算機(jī)預(yù)警軟件在相互協(xié)調(diào)的作用下共同完成地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的工作，將對防災(zāi)減災(zāi)工作做出巨大貢獻(xiàn)；各類地質(zhì)災(zāi)害的現(xiàn)場結(jié)構(gòu)及發(fā)生機(jī)理皆不盡相同，而傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)采集裝置的設(shè)置功能單一，只適用于監(jiān)測某種特定的地質(zhì)災(zāi)害。因此，應(yīng)研究一種通用型地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)采集裝置，針對不同的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)的采集通過不同的傳感器進(jìn)行監(jiān)測。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)采集裝置的研究現(xiàn)狀

地質(zhì)災(zāi)害具有突發(fā)性，一旦發(fā)生必然對生命財產(chǎn)安全造成嚴(yán)重?fù)p失。針對不同的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生類型，國內(nèi)外的專家學(xué)者進(jìn)行了長期研究，根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提出了各種假設(shè)模型與理論，并對其部分予以驗證。地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警技術(shù)從早期的災(zāi)害成因研究到地質(zhì)災(zāi)害的危險程度區(qū)劃，國內(nèi)外對地質(zhì)災(zāi)害得到了更加廣泛的研究。隨后形成了由遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)及全球定位系統(tǒng)組成的“3S技術(shù)”，為地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警提供更為精準(zhǔn)的全天候數(shù)據(jù)采集監(jiān)測，從而增強(qiáng)預(yù)警能力。近年來，隨著傳感器技術(shù)和無線通信技術(shù)的高速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為具有感知能力、通信能力及計算能力等特點(diǎn)的新型技術(shù)引起了國內(nèi)外專業(yè)人士的關(guān)注，為地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警提供了新思路。目前，國內(nèi)外對地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)采集裝置的研究已有了一定基礎(chǔ)及成果。但是，其中還存在一些問題，例如，傳感器需要采集電路，運(yùn)用的傳感器種類較多時，設(shè)計的成本會增加，地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測區(qū)地勢復(fù)雜，單一的數(shù)據(jù)傳送方式不能保證數(shù)據(jù)得到有效傳輸，裝置的監(jiān)測地點(diǎn)環(huán)境惡劣難以保證供電及時。

3 通用型地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)采集裝置的設(shè)計

3.1 裝置方案設(shè)計

地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集裝置、云數(shù)據(jù)服務(wù)器及地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中心三部分構(gòu)成，圖一為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。其中左半部分即是地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)采集裝置，該裝置具有對監(jiān)測現(xiàn)場的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的作用，隨后經(jīng)邊界路由節(jié)點(diǎn)傳送出去，地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中心將該數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警功能[1]。為了更好地管理在野外環(huán)節(jié)進(jìn)行的無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的所有節(jié)點(diǎn)，保證數(shù)據(jù)的有效上傳，需使用較為可靠的數(shù)據(jù)采集裝置。互聯(lián)網(wǎng)作為世界上互通性最為廣泛的體系，將無線傳感器與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳送。采用分布式的設(shè)計方案，采集到的現(xiàn)場原始數(shù)據(jù)首先上傳到云服務(wù)器中進(jìn)行保存，而不是直接將原始數(shù)據(jù)傳輸至地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警中心，該方法大幅度降低了系統(tǒng)失效的風(fēng)險。

現(xiàn)場原始數(shù)據(jù)以從上至下的流向，根據(jù)實際情況選擇無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量，其中設(shè)置了4個監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)通過采集現(xiàn)場的雨量、泥水位等數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)到達(dá)邊界路由節(jié)點(diǎn)，邊界路由節(jié)點(diǎn)則根據(jù)情況選擇無線或有線方式將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)交換中心，數(shù)據(jù)交換中心通過定位系統(tǒng)將數(shù)據(jù)發(fā)送至互聯(lián)網(wǎng)中，隨后傳入云服務(wù)器，云服務(wù)器將采集的數(shù)據(jù)儲存，地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警中心訪問云服務(wù)器，將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并做出預(yù)警決策將信息傳送至有關(guān)部門。綜上所述，通過地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)采集裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理，設(shè)計出系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)。根據(jù)不同節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)，選擇對應(yīng)的傳感器類型。

3.2 硬件及軟件設(shè)計

硬件的結(jié)構(gòu)主要以原始數(shù)據(jù)采集的節(jié)點(diǎn)及邊界路由節(jié)點(diǎn)的功能組成的，是以通過通信處理電路、電源管理電路、調(diào)試電路等硬件電路設(shè)計完成的微控制系統(tǒng)；在設(shè)計軟件時，由于程序具有可維護(hù)性以及可移植性，系統(tǒng)軟件的設(shè)計應(yīng)以分層次、板塊化的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計。

3.3 裝置調(diào)試

在通用型地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)采集裝置的系統(tǒng)設(shè)計完成之后，通過調(diào)試來及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程中的錯誤及缺陷。地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)采集裝置的設(shè)計是由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析直至數(shù)據(jù)上傳等步驟組成。因此，應(yīng)對各步驟進(jìn)行調(diào)試，以保證裝置的有效性。其中，調(diào)試方式包括實驗室調(diào)試和野外模擬調(diào)試兩種。實驗室調(diào)試是將裝置中所有功能拆分，并用特定的調(diào)試工具進(jìn)行單獨(dú)調(diào)試；野外模擬調(diào)試是將裝置置于真實監(jiān)測現(xiàn)場，通過監(jiān)測預(yù)警中心進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。兩種方法并用，對整個裝置調(diào)試的結(jié)果進(jìn)行分析，從而提高通用型地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)采集裝置的有效性。

4 結(jié)論

通過本文的論述得知，地質(zhì)災(zāi)害的形成是復(fù)雜的過程，其形成原因不僅僅與降雨有關(guān)，還與其所在地區(qū)的地勢、巖體結(jié)構(gòu)、植被情況等諸多因素息息相關(guān)；通用型地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)采集裝置對各種地質(zhì)災(zāi)害的信息進(jìn)行采集及預(yù)警，對防災(zāi)減災(zāi)以及災(zāi)后及時救援提高具有重大保障，從而大幅度的減少了生命財產(chǎn)安全隱患。

【參考文獻(xiàn)】

【1】焦方暉，賈永剛，王治良，等.嶗山地質(zhì)災(zāi)害遠(yuǎn)程監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)建[J].中國海洋大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012（Z1）：49-53.