廖偉成 王洪磊 郭偉 付杰
摘 要:目前,江門(mén)市受威脅較嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)共40余處,以滑坡、崩塌為主,由強(qiáng)降雨等因素的直接作用下所引發(fā)的突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生,嚴(yán)重影響人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。文中以江門(mén)市地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)為平臺(tái),利用物聯(lián)網(wǎng)及GIS技術(shù)構(gòu)建了集調(diào)查數(shù)據(jù)管理、群專結(jié)合監(jiān)測(cè)網(wǎng)、區(qū)域預(yù)警模型為一體的江門(mén)市地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警體系,提升了江門(mén)市地質(zhì)災(zāi)害防治水平。
關(guān)鍵詞:地質(zhì)災(zāi)害;監(jiān)測(cè)預(yù)警;體系構(gòu)建;物聯(lián)網(wǎng)
中圖分類號(hào):TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):2095-1302(2018)07-00-02
0 引 言
江門(mén)市地處廣東省中南部,西江下游,地形地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜,局部斷裂構(gòu)造較發(fā)育,雨水充沛,受降雨時(shí)空分布不均勻等自然環(huán)境條件影響,在強(qiáng)降雨等因素的直接作用下所引發(fā)的滑坡、崩塌、泥石流等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生,嚴(yán)重影響人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。
國(guó)內(nèi)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警方面有較多經(jīng)驗(yàn)及認(rèn)識(shí),劉傳正等把地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域預(yù)警原理初步劃分為隱式統(tǒng)計(jì)預(yù)警、顯式統(tǒng)計(jì)預(yù)警和動(dòng)力預(yù)警三種[1,2],提出了地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域預(yù)警預(yù)報(bào)的工作程序及其基本要求。目前全國(guó)各省市也按照這一要求建立了基于氣象預(yù)報(bào)的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)。同時(shí),隨著物聯(lián)網(wǎng)及GIS技術(shù)的發(fā)展,地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警的及時(shí)性與有效性也得到了提升[3],體系建設(shè)逐漸成熟。本文主要介紹在江門(mén)市開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害群監(jiān)測(cè)網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)了基于地質(zhì)條件及實(shí)時(shí)降雨數(shù)據(jù)的區(qū)域預(yù)警模型,并以監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)為平臺(tái)構(gòu)建了江門(mén)市地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警體系,提升了江門(mén)市地質(zhì)災(zāi)害防治管理及應(yīng)急指揮能力。
1 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征
江門(mén)市地質(zhì)災(zāi)害以崩塌、滑坡、地面塌陷等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害為主,具有點(diǎn)多、面廣、規(guī)模小、危害大、發(fā)生頻繁、穩(wěn)定性差等特點(diǎn)[4]。目前,江門(mén)市威脅較嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)共40余處,其中中型1處,小型39處,分布于全市的3區(qū)4市,涉及20余鎮(zhèn)。地質(zhì)災(zāi)害已造成大量房屋倒塌、農(nóng)田毀壞、交通中斷、水利設(shè)施被破壞等,直接經(jīng)濟(jì)損失約1 454.8萬(wàn)元。據(jù)統(tǒng)計(jì),37處地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)處于穩(wěn)定性差或較差狀態(tài),涉及城鎮(zhèn)居民、鄉(xiāng)鎮(zhèn)村落、廠礦企業(yè)、道路交通和水利工程設(shè)施等方面,威脅人數(shù)達(dá)1 166人,潛在財(cái)產(chǎn)損失在8 014萬(wàn)元以上,嚴(yán)重威脅著廣大人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。江門(mén)市地質(zhì)災(zāi)害具有如下特點(diǎn):
(1)空間分布呈“東部、西南部多,北部、中部少”及“丘陵臺(tái)地多、低山區(qū)少”的特點(diǎn);
(2)在城鎮(zhèn)、開(kāi)發(fā)區(qū)及人口密集區(qū),人類工程活動(dòng)增強(qiáng),地質(zhì)災(zāi)害相對(duì)集中;
(3)災(zāi)害集中發(fā)生在每年4~9月,隨降雨同步或滯后發(fā)生;
(4)災(zāi)害主要發(fā)育于淤泥類土、粘性土、紅層碎屑巖巖組、層狀碎屑巖巖組和塊狀侵入巖巖組分布的地區(qū)。
2 地質(zhì)災(zāi)害群專結(jié)合監(jiān)測(cè)網(wǎng)
2.1 群測(cè)群防監(jiān)測(cè)
群測(cè)群防監(jiān)測(cè)主要針對(duì)規(guī)模較小的災(zāi)害點(diǎn),利用簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)快速預(yù)警預(yù)報(bào)。但這種方式不具備數(shù)據(jù)采集功能,常用設(shè)備包括裂縫報(bào)警器、滑坡伸縮儀、無(wú)線報(bào)警儀、簡(jiǎn)易雨量筒等,具有操作簡(jiǎn)單、功耗低、報(bào)警直觀易懂等特點(diǎn)。
針對(duì)江門(mén)市地質(zhì)災(zāi)害的特點(diǎn),適合開(kāi)展群測(cè)群防監(jiān)測(cè),通過(guò)對(duì)江門(mén)市所有在冊(cè)災(zāi)害點(diǎn)補(bǔ)充調(diào)查及宣傳培訓(xùn),針對(duì)有變形跡象的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)安裝了群測(cè)群防監(jiān)測(cè)設(shè)備,設(shè)定預(yù)警閾值,建立群測(cè)群防監(jiān)測(cè)網(wǎng)。
2.2 專業(yè)監(jiān)測(cè)
專業(yè)監(jiān)測(cè)指依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),通過(guò)安裝在野外的監(jiān)測(cè)傳感器采集數(shù)據(jù),利用北斗或GPRS通訊技術(shù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)平臺(tái)。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害情況及發(fā)育特征,江門(mén)市開(kāi)展了木朗村滑坡等10處地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的專業(yè)監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)參數(shù)包括降水量、位移、泥水位等。
專業(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集主機(jī)采用32位超低功耗PIC32MX150F128D作為主控制器,控制監(jiān)測(cè)參數(shù)的采集、存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程發(fā)送和太陽(yáng)能供電。利用24位Δ-ΣADC實(shí)現(xiàn)前端傳感器模擬信號(hào)的高精度采樣,可實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、電流信號(hào)的接入,開(kāi)關(guān)量通道主要用于雨量數(shù)據(jù)的采集,準(zhǔn)確計(jì)數(shù)。
針對(duì)不同災(zāi)害類型采用不同的監(jiān)測(cè)手段,如滑坡監(jiān)測(cè)采用雨量+地表位移模式,泥石流監(jiān)測(cè)采用雨量+泥水位模式,崩塌監(jiān)測(cè)采用雨量+激光位移模式,實(shí)現(xiàn)了不同地質(zhì)災(zāi)害的前端參數(shù)采集,后臺(tái)數(shù)據(jù)運(yùn)算以及現(xiàn)場(chǎng)預(yù)警的聯(lián)動(dòng),整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化全天候無(wú)人值守的功能。
同時(shí),為確保臺(tái)風(fēng)暴雨條件下數(shù)據(jù)能夠正常傳輸,專業(yè)監(jiān)測(cè)傳輸模塊采用GPRS和北斗雙模方式,實(shí)現(xiàn)兩種通信方式的無(wú)縫轉(zhuǎn)換連接,保證野外監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。
3 地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域預(yù)警模型
3.1 預(yù)警指標(biāo)選擇
通過(guò)對(duì)1993-2003年廣東省氣象站點(diǎn)降雨量的統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)不同的降雨強(qiáng)度、日降雨量和累計(jì)降雨量誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的可能性也不同[5-8]。根據(jù)降雨強(qiáng)度和以往地質(zhì)災(zāi)害暴發(fā)的次數(shù),分析計(jì)算出1 h,12 h,24 h,72 h,120 h累計(jì)降雨量共5個(gè)時(shí)間尺度降雨危險(xiǎn)指數(shù)的臨界值,依據(jù)這些范圍劃定了降雨危險(xiǎn)等級(jí),見(jiàn)表1所列。
3.2 區(qū)域預(yù)警模型
基于江門(mén)市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)特征和實(shí)時(shí)雨量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),采用矩陣數(shù)據(jù)分析法建立地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警評(píng)價(jià)表,具體見(jiàn)表2所列。利用ArcGIS地圖代數(shù)工具模塊,將江門(mén)市易發(fā)區(qū)等級(jí)圖與降雨等級(jí)圖進(jìn)行疊加分析,采用地質(zhì)氣象耦合方法進(jìn)行江門(mén)市地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警評(píng)價(jià)。結(jié)合江門(mén)市地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分規(guī)定,形成紅橙黃藍(lán)四級(jí)預(yù)警區(qū)劃。
將預(yù)警區(qū)劃圖與江門(mén)市行政區(qū)劃圖(精確到鎮(zhèn)級(jí))進(jìn)行疊加,確認(rèn)不同預(yù)警級(jí)別所在鎮(zhèn)域,形成不同時(shí)間尺度的江門(mén)市地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警分布圖。
4 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)
系統(tǒng)架構(gòu)由智能感知層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)資源層、預(yù)警模型庫(kù)、應(yīng)用層組成。自下而上經(jīng)過(guò)采集到傳輸、保存、處理、分析、應(yīng)用等環(huán)節(jié),形成信息的“采、傳、知、用”完整流程。
系統(tǒng)一級(jí)菜單欄包括地災(zāi)詳情、監(jiān)測(cè)設(shè)備管理、數(shù)據(jù)分析、后臺(tái)管理等功能,如圖1所示。左側(cè)二級(jí)菜單欄為災(zāi)害點(diǎn)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)節(jié)點(diǎn),地圖定位到節(jié)點(diǎn)所在位置時(shí),彈出信息氣泡面板,點(diǎn)擊分別顯示地災(zāi)概況、預(yù)警信息及數(shù)據(jù)曲線。
系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的多種參數(shù)數(shù)據(jù)分析及各監(jiān)測(cè)參數(shù)的單獨(dú)數(shù)據(jù)分析,如圖2所示。還可查詢與分析不同時(shí)間序列的數(shù)據(jù)。根據(jù)不同的監(jiān)測(cè)參數(shù)預(yù)設(shè)預(yù)警閾值,達(dá)到預(yù)警值時(shí)可自動(dòng)發(fā)布預(yù)警信息,包括電話、短信、郵件等多種方式,可單獨(dú)或組合發(fā)送。
5 結(jié) 語(yǔ)
本文基于江門(mén)市地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警體系構(gòu)建實(shí)現(xiàn)了以下目標(biāo):
(1)建成了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的江門(mén)市群專結(jié)合監(jiān)測(cè)網(wǎng),豐富了地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)手段。
(2)利用地質(zhì)氣象耦合方法及GIS技術(shù)建立了江門(mén)市不同降雨強(qiáng)度下的區(qū)域預(yù)警模型,實(shí)現(xiàn)了基于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的地質(zhì)災(zāi)害分級(jí)預(yù)警。
(3)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)集成了數(shù)據(jù)管理、監(jiān)測(cè)預(yù)警等功能,提升了江門(mén)市地質(zhì)災(zāi)害防治及應(yīng)急管理水平。
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