地质灾害在线监测

一、方案概况

地质灾害在线监测解决方案是由中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司（简称长勘院）自主开发的，用于泥石流、滑坡、冰湖、矿山等地质灾害防治工程的变形监测和安全管理的解决方案。该方案综合运用GIS数据库和计算机网络技术，在现场监测数据采集和处理的基础上，采用多种统计分析模型对监测数据进行拟合和推估、通过WebGIS对监测信息进行综合管理，实现了现场数据采集、数据处理、信息发布、安全预报、预警的一体化，达到了设计、施工、监测、管理四方信息的互联互动，为相关管理部门掌握工程安全状况、处理突发事件提供了及时、可靠的监测信息保障。

二、需求背景

我国地质和地理环境复杂，气候条件时空差异大，地质灾害种类多、隐患分布广、危害大，是世界上地质灾害最严重的国家之一。2020年全国共发生地质灾害7840起，造成139人死亡（失踪）、58人受伤，直接经济损失50.2亿元。目前地质灾害监测存在“测全难、测准难、判断难”等难题，如何通过技术手段提高升我国地质灾害安全监测预警水平、降低事故发生概率迫在眉睫。

为实现地质灾害防治管理的科学化、信息化、标准化和可视化，为防灾减灾决策提供科学依据，为地质灾害防治工作质量、效率和管理水平的提高奠定基础，公司充分利用当前物联网技术、智能传感技术等，自主研发设备和软件系统为核心，为业主单位提供一套可靠、实用、专业的地质灾害在线监测解决方案。

三、技术架构

从降雨量、土壤含水率，地表位移、深部位移、无人机控制系统、5G数据采集、地基雷达监测等方面建立监测预警的指标体系，选取一定时间作为监测周期，综合运用GIS数据库和计算机网络技术，在现场监测数据采集和处理的基础上，根据灾害监测预警工作的特点和灾害预警决策的需求，采用多种统计分析模型对监测数据进行拟合和推估、通过WebGIS对监测信息进行综合管理，实现了现场数据采集、数据处理、信息发布、安全预报、预警的一体化，为相关管理部门掌握工程安全状况、处理突发事件提供了及时、可靠的监测信息保障。

以我单位中标的湘西自治州地质灾害在线监测预警系统（第二期）为例进行详细介绍。

1.数据实时采集功能

监测设备可全天候不间断地采集、存储监测点的各项监测数据及电源工作电压和环境温度数据，并可及时将相关数据上传至数据中心。

2.数据即时在线分析功能

远程监测中心可以随时获取监测站数据、读取任意时段自记数据或监测站工作状态等信息。系统安全监测管理分析模块具有基础资料管理、各项监测内容实时显示发布、图形报表制作、数据分析、综合预警等功能。并且数据分析部分包括各项监测内容趋势分析、综合过程线分析等内容。

3.系统联动机制

当触发监测站监测的数据超过系统设定的阈值时，监测预警联动系统会通过联动指挥机发送加密采集命令，从而调动前端所有监测设备加密采集监测数据，通过预警中心软件平台分析，在达到预警级别时发送相应预警信息。

4.组合告警功能

能对各类监测设备的预警阈值进行组合告警；能分析各区域中的预警设备的数据，对预警设备预警等级进行设定，按等级进行综合分析预警报警，对疑似假警有一定的识别和判断功能，（疑似假信号可以不用大面积发送信息，可以仅先对中心、管理员进行发送）自动排除部分明显的假警信号，提高预警报警的准确性。

5.供电设备告警功能

监测点设备采用最新太阳能/蓄电池供电系统，可满足设备连续观测和不间断数据采集，终端电池电压低落时可自动告警中心提醒更换。

6.图形化展示操作统计分析功能

系统能对区域里的监测预警设备进行管理，向显示屏发送信息、调整阈值、历史数据的查询、统计、对比、绘制折线图、柱状图等功能，同时支持常见数据格式的输出。

7.移动端应用

提供对监测信息的查询，生成相应的监测报表，可按时间、站名等进行查询，分别以站点名称、时间、变化量的方式显示出来，点击站点名称可查看变化过程曲线。

四、应用效果

地质灾害在线监测解决方案根据灾害监测预警工作的特点和灾害预警决策的需求，利用通信、计算机网络、数据库应用等技术手段，建设灾害防治监测预警系统软件，为收集灾害防治区灾害数据信息以及其它部门的相关信息、信息查询、灾害预报决策、预警等服务。

该方案自开发以来，先后应用于与湘西自治州国土资源局、国森矿业、古丈县国土资源局、米林县自然资源局、西藏自治区自然资源厅等合作的地质灾害监测项目。

以我单位中标的湘西自治州地质灾害在线监测预警系统（第二期）为例，2019年9月，该项目通过专家组验收。本项目从2019年3月开展工作，到9月完成28个点野外监测设备的安装与调试工作，提升了湘西自治州地质灾害应急能力，并建立了湘西自治州地质灾害与监测预警系统，目前各项数据采集与传输均正常，系统平台各项功能齐全，运行正常，满足监测预警需要。

本项目取得的成果总结如下：

1、在湘西自治州七县一市完成28套地质灾害监测设备安装调试工作，目前已经投入运行；

2、完成了湘西州地质灾害监测预警系统安装部署工作，实现了所有监测数据的统一管理，目前平台运行正常；

3、开发了基于地质背景条件及实时降雨量的区域预警模型，按照1h、2h、1d、3d、5d分别对全市地质灾害进行危险等级划分，并对黄色预警以上区域进行产品发布；

以我单位中标的监测示范工程为例，在项目竣工后，我单位发放顾客满意度调查表，在安全文明施工、完成日期、技术资料齐全、服务态度、质量评定等方面获甲方单位好评，监测示范工程采用了Online SAR圆弧地基雷达进行了全野外全天候自动化监测；自动化监测系统性能稳定，数据可靠，预警信息及时准确，满足合同要求，工程质量优秀。 

五、特色亮点

1.采用自主研发的，集数据与影像采集、储存、传输、控制等功能的5G通信数据采集控制器为监测现场数据采集与预警服务，全面提升监测现场数据传输速率、传输时延、稳定性等指标。

2.无人机控制系统用于地质灾害变形监测，实现智能快速三维重建；研究的AI风险识别技术，将在检测区域范围内明显异于地面背景的物体作为异常目标，再输入卷积神经网络模型中，判定异常目标的种类，实现自动化、智能化巡检。

3.地基雷达用于表面位移实时监测预警，其采用扇形波束一维扫描实孔径成像形式，可实现对矿山表面的远距离（2000m）、高精度（0.2mm）、短周期（10min）、全方位（360°）、全天候无人在线监测，能够适应高寒、高海拔、高湿热、暴风雨雪等极端恶劣环境。

六、企业简介

中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司成立于1992年10月，注册资本5亿元，隶属于中国铝业集团有限公司，是国家住房和城乡建设部审定的综合类甲级勘察设计单位，主营业务包括测绘工程、工程地质勘察、地质灾害治理工程（勘察、设计、施工）、地质灾害危险性评估等。先后荣获各类国家/省部级奖励275项，其中科技进步奖24项；获授权专利66项（其中发明专利23项），软件著作权24项；主/参编国家、行业及地方规范30余项。