地質(zhì)災(zāi)害來(lái)源于自然和人為地質(zhì)作用對(duì)地質(zhì)環(huán)境的災(zāi)難性破壞，主要包括崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷和地裂縫等。我國(guó)是世界上地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一，近年來(lái)，關(guān)于滑坡、泥石流類災(zāi)害的研究是行業(yè)研究的重點(diǎn)。
一、系統(tǒng)架構(gòu)分析
區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)建立在野外信息動(dòng)態(tài)拾取基礎(chǔ)上的相關(guān)信息的綜合分析、處理系統(tǒng)。用于監(jiān)測(cè)區(qū)域（如流域）內(nèi)滑坡、泥石流等潛在災(zāi)變體在時(shí)空域的變形破壞信息和誘發(fā)因素信息等，實(shí)現(xiàn)對(duì)被監(jiān)測(cè)體的穩(wěn)定狀態(tài)及變化趨勢(shì)有效的把握；通過(guò)對(duì)相關(guān)信息的綜合分析，應(yīng)用于區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、災(zāi)害防治工程效果評(píng)估，為防災(zāi)減災(zāi)提供支撐；系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如下圖所示。
二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成
區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)處理中心、現(xiàn)場(chǎng)主控站點(diǎn)和監(jiān)測(cè)單元組建的分布式系統(tǒng)平臺(tái)。數(shù)據(jù)處理中心實(shí)現(xiàn)對(duì)各主控站點(diǎn)管理、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析、監(jiān)測(cè)成果報(bào)表輸出等；現(xiàn)場(chǎng)主控站點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)儀器的管理中心，完成監(jiān)測(cè)參數(shù)的采集、預(yù)處理、暫存、發(fā)送等；監(jiān)測(cè)單元是一組相關(guān)參數(shù)監(jiān)測(cè)傳感器的集合（以滑坡監(jiān)測(cè)為例，某一監(jiān)測(cè)剖面上的深部位移計(jì)、雨量計(jì)、地表裂縫計(jì)、地下水位、孔隙水壓計(jì)等組成了該剖面的監(jiān)測(cè)傳感器網(wǎng)絡(luò)――監(jiān)測(cè)單元），其監(jiān)測(cè)參數(shù)具有相關(guān)性，每個(gè)監(jiān)測(cè)單元包含的監(jiān)測(cè)傳感器的種類和數(shù)量可配置。
依據(jù)區(qū)域規(guī)模的不同，系統(tǒng)可靈活搭建，組成一張覆蓋目標(biāo)區(qū)域的監(jiān)測(cè)網(wǎng)。一個(gè)數(shù)據(jù)處理中心可帶1～8個(gè)現(xiàn)場(chǎng)主控站點(diǎn)；一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)主控站點(diǎn)可帶1～8個(gè)監(jiān)測(cè)單元；監(jiān)測(cè)單元是現(xiàn)場(chǎng)儀器布設(shè)的基本單位。
以滑坡監(jiān)測(cè)應(yīng)用為例，數(shù)據(jù)處理中心可設(shè)在市區(qū)級(jí)監(jiān)測(cè)站，現(xiàn)場(chǎng)主控站點(diǎn)（原則上一個(gè)滑坡體設(shè)置一個(gè)，必要時(shí)根據(jù)滑坡體的規(guī)模特點(diǎn)也可設(shè)置多個(gè)主控站點(diǎn)）一般設(shè)在滑坡體上或就近，一個(gè)監(jiān)測(cè)單元就是一組相關(guān)參數(shù)監(jiān)測(cè)傳感器的集合：如地表裂縫位移計(jì)(1～8個(gè)）、深部位移計(jì)（1～8孔）、孔隙水滲壓計(jì)及雨量計(jì)等。
三、系統(tǒng)核心特點(diǎn)
1.現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)傳感器的組件化、智能化
區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心是其現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)傳感器，其智能傳感器主要由智能化輸出傳感器＋無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)模塊＋智能化電源管理等核心器件組成。
2.以變形位移監(jiān)測(cè)為主體的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)傳感器網(wǎng)絡(luò)體系
變形量及變形趨勢(shì)監(jiān)測(cè)是行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的滑坡泥石流災(zāi)害監(jiān)測(cè)行之有效的手段。區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以深部位移參量地表裂縫位移參量監(jiān)測(cè)為主體，兼顧了地下水、地表降水等參量監(jiān)測(cè)構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)傳感器網(wǎng)絡(luò)體系。傳感器網(wǎng)絡(luò)從面（區(qū)域）到線（監(jiān)測(cè)剖面）到點(diǎn)（重點(diǎn)點(diǎn)位核心參數(shù)）覆蓋目標(biāo)區(qū)域的地上（如降水量/強(qiáng)度、地表位移等）、地下（深部位移、孔隙水壓力等），構(gòu)建涉及變形因素、相關(guān)因素、誘因因素參量的立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)災(zāi)變體的多視角動(dòng)態(tài)立體監(jiān)測(cè)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)變體的狀態(tài)及變化趨勢(shì)的有效把握。
3.立足公用資源，實(shí)現(xiàn)野外監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)化、自動(dòng)化
區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮了現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境（野外、山區(qū)等）和行業(yè)現(xiàn)狀，在野外現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信息的傳輸方式、手段方面充分利用公用網(wǎng)覆蓋廣、普及率高、維護(hù)成本低的優(yōu)勢(shì)，有效而經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸。同時(shí)兼顧我國(guó)地域遼闊、地形復(fù)雜等特點(diǎn)，在公用網(wǎng)盲區(qū)借助區(qū)域通信衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集傳輸（需增配衛(wèi)星通信機(jī)）；現(xiàn)場(chǎng)傳感器組件與現(xiàn)場(chǎng)主控站點(diǎn)間的信息傳輸通過(guò)本地短距無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。
4.監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析（數(shù)據(jù)深處理）
對(duì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析（如深部位移速率與地下水的關(guān)系、深部位移與地表位移的關(guān)系、地下孔隙水壓與地表降水的關(guān)系等），以數(shù)據(jù)表、趨勢(shì)圖描述被監(jiān)測(cè)對(duì)象的狀態(tài)及變化趨勢(shì)。
四、系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用目標(biāo)
區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以目標(biāo)區(qū)域的變形監(jiān)測(cè)（地表形變監(jiān)測(cè)、深部位移監(jiān)測(cè)）為突破、兼顧相關(guān)因素（如地下水等）及誘因因數(shù)（如降水等）的監(jiān)測(cè)為內(nèi)容，開(kāi)展監(jiān)測(cè)、預(yù)警技術(shù)和方法的研究，以巖土工程安全監(jiān)測(cè)和崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)儀器的開(kāi)發(fā)與系統(tǒng)集成為重點(diǎn)，構(gòu)建區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)為目標(biāo)。
1.以變形位移監(jiān)測(cè)為主的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)傳感器網(wǎng)絡(luò)體系的完善優(yōu)化
區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用了高精度GPS靜態(tài)連續(xù)測(cè)量單元和智能化視頻圖像拾取單元等，完善滑坡泥石流監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)體系。實(shí)現(xiàn)從面（區(qū)域）到線（監(jiān)測(cè)剖面）到點(diǎn)（重點(diǎn)點(diǎn)位核心參數(shù)）的全覆蓋。
2.現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)傳感器組件聯(lián)動(dòng)響應(yīng)機(jī)制
通過(guò)傳感器組件的智能化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)組件的聯(lián)動(dòng)響應(yīng)機(jī)制。如當(dāng)位移突然增速時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)主控單元會(huì)立即啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像拾取單元，將現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵點(diǎn)位、重要截面的視頻圖像信息及時(shí)傳送到監(jiān)控中心，為人工輔助決策提供支撐。
3.降雨過(guò)程中坡面水文分析建模
降雨是滑坡泥石流災(zāi)害形成的重要誘因，研究地層含水率與降雨過(guò)程的時(shí)空關(guān)系。主要包括：降雨過(guò)程與坡面徑流、入滲過(guò)程、非飽和地下水流動(dòng)、飽和地下水流動(dòng)之間的相互關(guān)系；降雨過(guò)程與地層含水率的時(shí)空關(guān)系；地層含水率與巖土力學(xué)參數(shù)變化的時(shí)空變化關(guān)系。
4.災(zāi)變預(yù)警模型庫(kù)
區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在通過(guò)對(duì)模型研究和數(shù)據(jù)資料分析，確定預(yù)測(cè)指標(biāo)體系，建立區(qū)域和單體滑坡泥石流預(yù)測(cè)預(yù)警模型；結(jié)合大量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和各臨界判據(jù)，在模型研究的基礎(chǔ)上，利用國(guó)家現(xiàn)有地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)系統(tǒng)和三維地理信息系統(tǒng)平臺(tái)，研發(fā)區(qū)域滑坡泥石流的綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。
區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖
系統(tǒng)各主要組成部分功能表
五、系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
近年來(lái)，隨著對(duì)地質(zhì)災(zāi)害研究的深入，在滑坡泥石流災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)方面借助GPS測(cè)量技術(shù)、視頻圖像處理技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)物理量、災(zāi)變誘因參量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)拾取等手段，對(duì)可能發(fā)生災(zāi)變的區(qū)域、重點(diǎn)地區(qū)形成從天上到地下，面到點(diǎn)的立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)；以氣象、環(huán)境、大地構(gòu)造和區(qū)域地質(zhì)資料為依托，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為判據(jù)，實(shí)施災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)是系統(tǒng)發(fā)展的未來(lái)趨勢(shì)。
1.高精度、自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化的發(fā)展趨勢(shì)
近年來(lái)，地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)朝向數(shù)字化、自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)功能方向發(fā)展。即將災(zāi)害發(fā)生前的特征信息通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)化為數(shù)字化信息，自動(dòng)采集或匯集，數(shù)字化傳輸，數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)并提供使用，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式共享。
2.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、寬帶移動(dòng)通信技術(shù)與滑坡泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)相結(jié)合
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)延伸了傳感器的感知觸角，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)狀態(tài)信息的非接觸傳遞、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、協(xié)作處理、本地化決策。系統(tǒng)借助寬帶移動(dòng)通信技術(shù)支持，以現(xiàn)場(chǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，結(jié)合地質(zhì)環(huán)境背景、氣候條件等建立監(jiān)測(cè)預(yù)警信息系統(tǒng)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)捕捉重大滑坡泥石流的前兆信息，結(jié)合滑坡泥石流的預(yù)測(cè)模型，為防災(zāi)減災(zāi)提供技術(shù)支撐。
