信息技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警中應(yīng)用

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摘要：針對監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，文章以構(gòu)建其的核心技術(shù)為切入點(diǎn)，通過歸納信息技術(shù)特點(diǎn)，依次給出了基于物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，處理監(jiān)測信息收集、遠(yuǎn)距離無線傳輸、數(shù)據(jù)集成，乃至核心信息及時挖掘的思路以及方式。在此前提下，建立了基于信息技術(shù)的系統(tǒng)，且選擇了某一滑坡實(shí)行運(yùn)用，結(jié)果顯示這一技術(shù)方式有效，系統(tǒng)具備較好的穩(wěn)定性，可為相關(guān)部門決策提供有力技術(shù)支持?？傊ㄟ^本文的探究，旨在能為業(yè)內(nèi)人士提供借鑒。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害；物聯(lián)網(wǎng)；信息技術(shù)；大數(shù)據(jù)；云計算；數(shù)據(jù)挖掘

0引言

中國屬于一個多山的國家，很多地質(zhì)災(zāi)害伴隨項目建設(shè)以及資源開發(fā)，正變得更加突出，根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，每一年導(dǎo)致的損失大概有三百億元，而且呈現(xiàn)增長的趨勢。尤其是地質(zhì)條件相對復(fù)雜的區(qū)域，通過多次地震之后，地質(zhì)災(zāi)害變得更為嚴(yán)重。在2010年的時候，基于強(qiáng)降雨的作用，汶川震區(qū)的很多地方，出現(xiàn)了嚴(yán)重的泥石流災(zāi)害，導(dǎo)致了很大的傷亡以及經(jīng)濟(jì)損失。又如在2013年的時候，云南省某縣出現(xiàn)了滑坡災(zāi)害，導(dǎo)致了幾十人遇難。顯而易見，地質(zhì)災(zāi)害變得更加顯著，很大程度上，都影響了經(jīng)濟(jì)建設(shè)以及生命財產(chǎn)。對此，地方投入了很多資金，不過被多種因素所影響，可以執(zhí)行項目治理的隱患點(diǎn)并不多，更多的是，應(yīng)該制定合理的、可行的監(jiān)測預(yù)警方式?，F(xiàn)如今，合理引入監(jiān)測技術(shù)，針對地質(zhì)災(zāi)害，掌握其演變規(guī)律以及產(chǎn)生機(jī)理，第一時間實(shí)施可行措施，已實(shí)現(xiàn)對很多處滑坡進(jìn)行了預(yù)警，防止了傷亡以及經(jīng)濟(jì)損失。尤其是這幾年以來，信息技術(shù)正朝著自動化趨勢發(fā)展，以物聯(lián)網(wǎng)等為代表的信息技術(shù)，正大力滲入至很多領(lǐng)域，比如環(huán)境。所以，基于該種災(zāi)害產(chǎn)生機(jī)理以及預(yù)警根據(jù)研究，能夠進(jìn)一步借助新一代新技術(shù)在有關(guān)方面所具備的優(yōu)點(diǎn)，比如信息收集以及傳遞，建立實(shí)時預(yù)警系統(tǒng)，切實(shí)增強(qiáng)應(yīng)對災(zāi)害的能力。對此，針對新一代信息技術(shù)，文章基于歸納其核心特點(diǎn)，充分借助其物聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)建了監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。與此同時，將某一滑坡當(dāng)作研究例子，開展了系統(tǒng)檢驗(yàn)，對于災(zāi)害監(jiān)測信息，初步達(dá)到了與之有關(guān)的多項功能，比如及時獲取、實(shí)時預(yù)警等。

1物聯(lián)網(wǎng)概念與地質(zhì)災(zāi)害類型及其影響

1.1物聯(lián)網(wǎng)概念

之所以提出物聯(lián)網(wǎng)這一概念，旨在使實(shí)體之間能夠進(jìn)一步彼此溝通，傳輸信息。它的定義并不復(fù)雜，也就是：將全部物品通過信息傳感設(shè)施，比如傳感器，和互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接，開展信息交換以及通訊，以達(dá)到綜合功能，其中包括信息查詢、定義以及分析等[1]。

1.2主要類型及其影響

在國內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害有著很多種，比如滑坡以及泥石流，存在著很多的特點(diǎn)，即分布較廣、出現(xiàn)較為頻繁，能夠帶來很大的危害。一般情況下，致使這些災(zāi)害的因素有：地震以及強(qiáng)降雨過程，尤其是滑坡以及崩坍，它們的分布較為廣泛，發(fā)生的頻率較高，根據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計，記錄編目的隱患點(diǎn)高達(dá)23萬處，對數(shù)千萬人造成了威脅，分布于國內(nèi)很多省以及自治區(qū)。

2新一代信息技術(shù)特征

何謂地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警，也就是信息的收集、傳遞以及發(fā)布等的過程，信息的實(shí)時性和可靠性為關(guān)鍵所在。對于處理問題的處理，應(yīng)該科學(xué)借助一些信息技術(shù)。從定義上來看，何謂信息技術(shù)，通常指借助信息科學(xué)的原理以及方式，達(dá)到延伸信息功能的技術(shù)，通常情況下，將計算機(jī)以及通信當(dāng)作核心的方式，來達(dá)到數(shù)據(jù)的提取、整理以及使用等。伴隨眾多技術(shù)的不斷進(jìn)步，信息的類別出現(xiàn)了顯著的改變，不局限于數(shù)字和文字，還包括圖像以及視頻等，顯著推動了信息技術(shù)的進(jìn)步。以物聯(lián)網(wǎng)等為代表的信息技術(shù)，關(guān)鍵運(yùn)用于處理以下問題，也就是數(shù)據(jù)交換以及集成等，能夠短時間內(nèi)獲得以及評價核心信息，同時所獲取的新知識以及規(guī)律，能夠很好地支持決策分析過程。顯而易見，即便它的發(fā)展時間較為短暫，不過因?yàn)樵诤芏喾矫嬗兄@著的優(yōu)勢，比如信息收集與整合，會在監(jiān)測預(yù)警研究方面，起到更為關(guān)鍵的推動作用。根據(jù)表1所含信息可見，信息技術(shù)是處理怎樣更迅速地收集數(shù)據(jù)，怎樣更科學(xué)地組織數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，乃至當(dāng)面對很多數(shù)據(jù)時，怎樣開展分析以及評價，以及時掌握核心信息，也就是高效處理能力。圖1所示為信息技術(shù)的構(gòu)成關(guān)系圖。顯而易見，對于新一代信息技術(shù)，它的構(gòu)成是借助通信技術(shù)確保數(shù)據(jù)的傳遞渠道，憑借物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進(jìn)而達(dá)到數(shù)據(jù)的及時獲取，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)，從而來處理數(shù)據(jù)組織以及改進(jìn)，再借助云計算達(dá)到核心數(shù)據(jù)的獲取。也就是建立1個中心保障，三個技術(shù)支持的處理數(shù)據(jù)收集、組織以及研究的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。若把它比作章魚，可把八只觸角當(dāng)作物聯(lián)網(wǎng)組織，據(jù)此能夠獲得實(shí)時信號[2]。就它的神經(jīng)元系統(tǒng)而言，能夠合理組織這些數(shù)據(jù)，與此同時，根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)短時間內(nèi)提取核心信息，也就是所謂的數(shù)據(jù)挖掘過程。最終，它的大腦會結(jié)合核心數(shù)據(jù)，及時進(jìn)行決策以及反饋，也就是所謂的實(shí)現(xiàn)云計算過程。同理，針對所存在的災(zāi)害隱患點(diǎn)，集成它的有關(guān)信息，比如變形跡象，合理改進(jìn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，達(dá)到及時分析以及采集核心信息，均需該項技術(shù)的支撐。

3借助信息技術(shù)建立地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

監(jiān)測預(yù)警所涵蓋的內(nèi)容較多，不過可行的數(shù)據(jù)組織以及管理平臺為基礎(chǔ)。據(jù)此，集成實(shí)時監(jiān)測信息，智能達(dá)到處理以及分析，達(dá)到預(yù)警以及發(fā)布。另外，伴隨監(jiān)測隱患點(diǎn)變多，再加上監(jiān)測信息的持續(xù)積累，一般的系統(tǒng)架構(gòu)已難以符合需要，尤其是核心信息的及時挖掘以及評價，均需借助新一代信息技術(shù)，進(jìn)一步來健全以及優(yōu)化。結(jié)合以上系統(tǒng)需求分析，建立系統(tǒng)總設(shè)置圖，詳情見圖2。顯而易見，該系統(tǒng)的核心功能組成包含多個部分，接下來，詳細(xì)介紹每一個系統(tǒng)的構(gòu)建。

3.1基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的系統(tǒng)

過去的災(zāi)害監(jiān)測，一般主要是人工以及半自動監(jiān)測，不過當(dāng)范圍相對大時，一般的監(jiān)測方式就難以符合。在很多智能化監(jiān)測體系之中，基于物聯(lián)網(wǎng)的WSN運(yùn)用最為普及。適當(dāng)范圍之內(nèi)設(shè)置傳感器，根據(jù)無線通信協(xié)議，構(gòu)建局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，除了可以接收傳感器所收集的信息，也可以開展信息融合處理，再和遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相連，傳遞到服務(wù)器[3]。圖3所示基于該項技術(shù)的災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，一般是在詳細(xì)調(diào)查以及全面分析的前提下，設(shè)置適當(dāng)?shù)膫鞲衅鞴?jié)點(diǎn)，對它的變形跡象以及誘發(fā)因素進(jìn)行監(jiān)測，比如地表位移，再借助匯聚節(jié)點(diǎn)，來處理這些監(jiān)測信息，最終基于構(gòu)建WSN，同傳輸網(wǎng)絡(luò)的連接，達(dá)到多源收集的數(shù)據(jù)，以統(tǒng)一方式開展批量傳遞。

3.2大容量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

現(xiàn)如今對于數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，一般包含有線以及無線方式，實(shí)際傳輸技術(shù)和它的核心參數(shù)（見表2）。就遠(yuǎn)程無線傳輸而言，主要推行的是根據(jù)移動通信的傳輸手段，其中涉及到CDMA與GPRS等。對于GPRS技術(shù)來講，它為GSM系統(tǒng)支持的業(yè)務(wù)，具備著諸多的優(yōu)勢，比如快速傳輸、便于接進(jìn)網(wǎng)絡(luò)、所需成本不高等。針對這一子系統(tǒng)的建設(shè)，一般是借助GPRS網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，通過固定IP地址的手段，構(gòu)建終端和服務(wù)器的連接，達(dá)到監(jiān)測信息遠(yuǎn)程傳遞功能。伴隨通信技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，移動通信技術(shù)已達(dá)到了商業(yè)推廣，可以很好符合用戶的要求，也就是信息遠(yuǎn)程傳遞的穩(wěn)定性以及有效性。另外，就北斗衛(wèi)星通信而言，它在災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警方面，也獲得了不錯的運(yùn)用成績。不過因?yàn)樾l(wèi)星傳輸現(xiàn)如今還有著約束性，也影響了其深入延伸運(yùn)用范圍。所以當(dāng)建立該系統(tǒng)時，還是優(yōu)先考慮移動通信技術(shù)，不過對于部分相對偏遠(yuǎn)的山區(qū)，在現(xiàn)場信號相對糟糕時，需要設(shè)置北斗衛(wèi)星通信模塊來補(bǔ)充，以便能夠把監(jiān)測信息更好傳遞到監(jiān)測中心。

3.3多維異監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合集成系統(tǒng)

結(jié)合以上分析，得知在傳輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方面，有著無法統(tǒng)一的現(xiàn)象，屬于多維異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。可以體現(xiàn)于多種異構(gòu)，比如組網(wǎng)以及管理方式異構(gòu)。所以需要多加分析信息結(jié)合問題，以及傳感器間的協(xié)同。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境之下，為達(dá)到多源數(shù)據(jù)集成，構(gòu)建了災(zāi)害監(jiān)測信息編碼體系[4]。無論是哪一種監(jiān)測類型，所對應(yīng)的數(shù)據(jù)，均通過18位字符串當(dāng)作關(guān)鍵字，開展有關(guān)數(shù)據(jù)檢索，例如520121010001YL0101，其中字母之前的數(shù)據(jù)，屬于災(zāi)害隱患點(diǎn)編號，也就是520121010001，而YL01屬于監(jiān)測點(diǎn)編號，01屬于數(shù)據(jù)類型編號。在此基礎(chǔ)上，也就構(gòu)建了多維信息的關(guān)聯(lián)，針對多維異構(gòu)，除了達(dá)到了數(shù)據(jù)集成，也易于對模型進(jìn)行研究以及計算。

3.4基于云計算的數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)

對于災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警來講，它所包含的數(shù)據(jù)有很多種，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并不簡單，怎樣基于海量的數(shù)據(jù)，從中提取用于決策研究的核心信息，以往的操作型數(shù)據(jù)庫是無法達(dá)到的。根據(jù)云計算數(shù)據(jù)挖掘，能夠借助設(shè)置服務(wù)器集群，進(jìn)而來保存災(zāi)害信息，同時能夠借助并行計算等手段，達(dá)到數(shù)據(jù)聯(lián)合研究，進(jìn)一步挖掘其中所存在的聯(lián)系，找到內(nèi)在的規(guī)律。所以，引入這些新技術(shù)來處理核心數(shù)據(jù)快速挖掘，存在著突出的優(yōu)勢，圖4所示為數(shù)據(jù)挖掘流程圖。顯而易見，關(guān)于數(shù)據(jù)挖掘流程，可以將其分成多個部分，比如數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)建與運(yùn)用研究。何謂數(shù)據(jù)源，也就是所構(gòu)建的信息數(shù)據(jù)庫，采取有關(guān)的數(shù)據(jù)處理手段，能夠構(gòu)建冗雜數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，進(jìn)而達(dá)到數(shù)據(jù)的可行分析，以及核心信息的及時挖掘。實(shí)際的操作過程是：對最初數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，完成其有關(guān)的操作，比如采集與上載，構(gòu)建數(shù)據(jù)挖掘平臺，也就是所謂的數(shù)據(jù)倉庫。據(jù)此，借助云計算以及方式，例如OLAP聯(lián)合分析，開展數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)特點(diǎn)挖掘。顯而易見，就數(shù)據(jù)挖掘來講，它屬于一種數(shù)據(jù)分析過程，存在著一定的針對性，也就是海量的數(shù)據(jù)，是根據(jù)相關(guān)的問題域，來開展組織以及集成，同時不具備更改性。所以，建立基于云計算的數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)，也是先從問題域出發(fā)。

4應(yīng)用案例

某滑坡所處地理位置，它的經(jīng)度是106°48分38.6秒，維度是27度05分45.6秒?；抡w上屬于舌形，滑向南東，長度達(dá)到0.57千米，寬度達(dá)到0.33千米，滑面的深度大概有15米，規(guī)模在2.51*106立方米上下，屬于一種大型土體滑坡（圖5）。這一滑坡是降雨誘發(fā)的，它的后緣是弧形狀。根據(jù)調(diào)查，在出現(xiàn)特大暴雨之后，它漸漸發(fā)生突出變形，處在滑坡體上的房屋被損壞。這幾年以來，在出現(xiàn)雨季的時候，都會致使變形加劇，顯示滑坡體現(xiàn)如今正處在蠕滑環(huán)節(jié)。按照具體調(diào)查狀況，對該滑坡開展監(jiān)測設(shè)置，且借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建了滑坡監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)圖。顯而易見，這一監(jiān)測選擇了四類傳感器節(jié)點(diǎn)，比如固定式傾斜儀。所有傳感器節(jié)點(diǎn)采取ZigBee技術(shù)（實(shí)際上就是一種無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）開展組網(wǎng)，所有節(jié)點(diǎn)所提取的信號，均借助這一無線網(wǎng)絡(luò)，智能傳遞到匯聚節(jié)點(diǎn)，再通過其借助GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，直到監(jiān)測中心[5]。利用匯聚節(jié)點(diǎn)達(dá)到無線傳輸，能夠很好確保信息傳遞的可靠性以及實(shí)時性，防止了在多點(diǎn)傳輸中，出現(xiàn)信息丟失或者延遲的現(xiàn)象，并且也有助于集成數(shù)據(jù)，乃至后期的處理研究?；趯?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成，對于海量信息的實(shí)時解決，不但需以上技術(shù)，科學(xué)的程序算法也是相當(dāng)關(guān)鍵的。對此，通過服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)運(yùn)算工作，且把有價值的結(jié)果，保存在數(shù)據(jù)庫之中，系統(tǒng)運(yùn)行界面只調(diào)用結(jié)果開展顯示，進(jìn)而促使系統(tǒng)工作效率得到提升。從系統(tǒng)界面來分析，不但能夠體現(xiàn)預(yù)警等級，也能夠有效觀察所有監(jiān)測點(diǎn)的改變現(xiàn)象，達(dá)到動態(tài)監(jiān)控滑坡的目標(biāo)。當(dāng)然，這一監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)在開發(fā)中，還結(jié)合了別的技術(shù)，因?yàn)椴⒎俏恼轮攸c(diǎn)，所以忽略進(jìn)行介紹。該滑坡的預(yù)警示范，除了能夠檢驗(yàn)這一預(yù)警方式是否有效，也能夠很好檢驗(yàn)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性與安全性，持續(xù)地歸納實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，深入改進(jìn)監(jiān)測組網(wǎng)方式、分析算法等，促使系統(tǒng)工作更為精準(zhǔn)。以具體的運(yùn)行狀況來分析，系統(tǒng)在很多方面都體現(xiàn)出了很好的穩(wěn)定性，比如信號收集、數(shù)據(jù)集成等，監(jiān)測曲線可以第一時間體現(xiàn)變形特點(diǎn)，所顯示的預(yù)警級別，存在較好的可靠度，可以為相關(guān)部門決策提供有力支持[6]。不過，就現(xiàn)如今的檢驗(yàn)結(jié)果來講，也有著一定的問題，主要涉及到：第一，對于數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離無線傳輸來講，它還有著延遲的情況，尤其是碰上極端天氣，比如暴雨。然而，這時又正處于災(zāi)害易發(fā)期，能夠基于構(gòu)建監(jiān)測專線專網(wǎng)處理，進(jìn)而確保傳輸通暢無阻，不過所需費(fèi)用較多。第二，現(xiàn)如今的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，后臺算法并不復(fù)雜，實(shí)際上還相對簡單，只通過衡量監(jiān)測數(shù)據(jù)有沒有大于閾值，還未盡可能借助數(shù)據(jù)挖掘算法，從海量的監(jiān)測數(shù)據(jù)之中，及時提取可以切實(shí)體現(xiàn)滑坡變形趨勢的核心信息。第三，伴隨監(jiān)測災(zāi)害數(shù)量變多，一定程度上會影響到系統(tǒng)工作效率。對此，考慮后續(xù)應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化并行計算能力，且針對監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，對服務(wù)器實(shí)行更新以及優(yōu)化。

5結(jié)論

綜上所述，對于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警來講，它屬于一項系統(tǒng)性工程，所涵蓋的知識面較廣，針對地質(zhì)災(zāi)害，除了應(yīng)該開展現(xiàn)場調(diào)查以及形成機(jī)理研究，也應(yīng)該充分掌握有關(guān)的現(xiàn)代技術(shù)以及方式，比如網(wǎng)絡(luò)傳輸。文章在分析歸納信息技術(shù)核心特點(diǎn)的前提下，對于監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，以其核心技術(shù)為切入點(diǎn)，給出了多項技術(shù)手段，例如物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)，處理監(jiān)測信息收集、遠(yuǎn)距離無線傳輸、數(shù)據(jù)集成，乃至核心信息及時提取的實(shí)際思路以及方式。據(jù)此，基于物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，建立了監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，達(dá)到了多項功能，其中包括查詢?yōu)暮π畔?，?shù)據(jù)研究以及智能預(yù)警等。通過對某一滑坡的運(yùn)用檢驗(yàn)，顯示這一系統(tǒng)功能差不多可行，可以為相關(guān)部門決策提供有力的技術(shù)支持，切實(shí)增強(qiáng)了主動應(yīng)對災(zāi)害的能力，提高了應(yīng)對水平。

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作者:李鵬 單位:湖南聯(lián)智監(jiān)測科技有限公司