1库岸滑坡自动化监测系统
国际上，一些发达国家在滑坡自动化监测方面已经作了很多工作。1960年后，美国、日本、意大利等国家先后利用先进的监测手段，例如GPS卫星定位、遥感、气象雷达、微振技术等，通过自动记录、存储、计算机处理和信息远程传输等一系列过程，达到了对崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的实时监测和预报。1983年哥伦比亚水电局研制了滑坡监测的自动数据采集系统，1987日本土谷尚等人研制了滑坡自动化监测系统。我国自20世纪80年代从国外引进了大量滑坡监测设备，也自行开发设计了大量监测设备。在滑坡自动化监测方面，国内三峡库区的监测应用走在前列，如：1999年在三峡库区秭归—新滩段，建立了长江三峡库区崩滑地质灾害监测工程试验(示范)区，以GPR监测技术替代了原有的精密大地测量技术，初步建立了GPS基准网，一些重大滑坡体上还建立了单体监测网，主要内容包含降雨量监测、地下水位监测、GPS地表位移监测、深部位移监测等。现阶段已能通过群测群防与自动化监测相结合实现库区地质灾害险情的及时上报，并为及时的做出应急救援赢得时间。滑坡自动化监测系统是由传感器子系统、数据采集子系统、数据传输子系统和网络发布子系统组成的。其工作原理如图1所示。传感器用于探测滑坡体的变形和应力应变特征，并将其转化为模拟量信号或电信号，固定安装在滑坡体的表层或者深部，主要有固定式测斜仪、孔隙水压力计、测缝计、GPS接收机等。传感器的数量、布置和精度要根据滑坡体的变形特征、地形地貌等条件进行选择。特别是在安装GPS观测系统以前，应进行GPS采集信号质量测试，分析研究拟安装位置是否适合建立GPS观测站。数据采集系统用于收集、存储传感器的监测数据。目前大多数的传感器均没有配套的数据采集装置，一般是通过数据采集仪(如基康公司生产的BGK-MCU、南京南瑞公司生产的DAU2000自动化采集单元)实现数据的自动采集工作。GPS接收机内已经内置了数据采集模块，具备数据的定时采集功能。数据传输系统用于完成数据采集子系统→数据发布子系统→用户间的数据和指令的相互传递，实际上控制中心和用户之间的通信是利用互联网并通过发布系统实现的，所以狭义上的数据传输系统是指数据采集子系统与数据发布子系统之间的数据传递。数据传输方式分为有线与无线两种。有线方式可以是电缆、电话线、光纤等；无线方式包括公用网络CDMA、GPRS网络和卫星通信等，应根据滑坡区的具体条件进行选择。数据发布子系统由底层数据库和发布主页两部分组成，前者用于管理各类监测数据，后者用于分析处理各类监测数据，并将滑坡体的变形情况以图形和文字的方式反馈给用户，实现监测预警。自动化监测（实时监测）系指通过各种监测、采集、传输、发布技术，让目标层人员在第一时间内了解、掌握有关灾害体的变形动态和发展趋势，进而做出决策的多种技术的集合。随着移动通讯技术、网络技术以及卫星数据传输技术的发展，基于物联网的滑坡自动化监测将逐部实现预警预报实时发布、监测数据实时分析处理等功能。监测仪器的智能化和精度也将逐渐改进和完善，最终将达成地质灾害远程实时监控的目标。通过Internet实现地质灾害监测数据的在线共享、在线分析处理，及时预报并发布预警信号，甚至完全实现全部操作的自动化，接到报警信号和灾害信息后，管理者可通过网络平台进行资源调动、紧急动员，从而实现快速应急响应和灾害救援的目的。
2基于物联网(传感网)技术的滑坡监测预警系统
从架构上划分为“4个层次”，即监测感知层、信息传输层、数据处理层、预警发布层，具体过程如图2所示。2.1监测感知层即数据采集。主要通过GPS、全站仪、测斜仪、裂缝计、孔隙水压力计、雨量计等设备对滑坡(变形)体发育过程的相关量进行感知，把滑坡(变形)体的物力性质(状态改变)在系统内转化成为数字信号，使其可以进入网络通讯。2.2信息传输层利用GPRS技术与移动通讯技术，对各传感器采集的滑坡(变形)体地质灾害监测数据进行传输，起着连接感知层与数据处理层的桥梁作用。信息传输层是系统结构关键的环节，传输层的传输能力和稳定程度直接影响监控中心对数据的正常接收。2.3数据处理层对信息传输层接收的滑坡(变形)体地质灾害监测数据进行存储、挖掘和分析，是整个小浪底库区滑坡体自动化监测系统的核心部分。数据的分析处理部分主要依靠与系统匹配的功能软件来实现。2.4预警发布层基于物联网的自动化监测系统和管理部门的接口，实现滑坡地质灾害监测预警结果的实际应用。通过数据处理层得到的滑坡稳定性信息与分析处理结果，结合小浪底库区滑坡预警指标及预警阈值，最后经过小浪底管理部门对预警结果的审核、批准，发布滑坡(变形)体地质灾害预警信息。
3结语
传统的滑坡监测仪器和通讯设备陈旧，精度低、成本高，已经不能满足库区滑坡灾害实时监测的需要。随着无线传感器网络技术(物联网)的发展，基于物联网技术的滑坡监测设备具有低成本、实时性、大范围、自动化、灵活性、全天候的特点，可以有效地解决目前库区滑坡监测存在的不足，极大地提高库区滑坡的安全监测水平，实现高精度、全天候、无人值守和自动监测。
作者：穆航 单位：华北水利水电大学
