地质灾害预警范文

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2地质灾害预警评价方法在分析

地质灾害的过程中，需要依据土地的相关情况开展地质灾害预警评价。在前文中笔者就已经对地质灾害预土地评价之间的联系进行了论述。在此方面了解土地与地质灾害。在此基础上应当分析出地质灾害评价预警的方法。

2.1隐式统计预警法

在地质灾害预警评价工作开展的过程中，隐式统计预警发是地质灾害预警工作的开展的重要方法，该种预警方法较为适用于地形条件与地质环境较为单一的预警面积。隐式统计预警法在一定程度上会受到预警区域面积、突发事件开采量以及地质构造环境的复杂程度具有重要的联系。该种预警方法难以将环境复杂与复杂的自然环境诠释出来，同时该种评价方法预警精度与可靠性难以满足地质环境复杂的地质灾害预警的需求。因此，在地质灾害预警的过程中，应当谨慎对待该种预警方法，避免将该种方法。应用的局限性体现在地质灾害预警中。

2.2显示统计预警法

显示统计预警法是地质灾害预警中第二种选择使用的预警评价方法。该种方法主要是依据区域地质条件按照地质灾害危险性区别划分空间预测相互转化形成地质灾害的模拟。显示统计预警方法较为常见于地质环境和模式标胶复杂的大范围区域自治灾害评价预警中。虽然该种方法能够有效避免隐式统计预警方法方面的不足之处，但是该种方法会由于地形之间的转化而受到影响。在该种方法试验的过程中，对地质灾害的临界诱发因素的表达、预警参考指标的制定以及地质灾害危险性区域的划分等级具有重要的意义。在地质灾害预警方法选择的过程中，应当仔细研究该方法的参考指标与模型函数表达，促使该种预警评价方法的各项数据都具有相应的精确性，能够准确预测地质灾害中的各种相关因素。

2.3动力预警法动力

预警法是地质灾害预警中第三种选择方法。应用该方法需要将地质含水量、孔隙水压力、保水带形成等因素条件下，采用合理的数学无理方程来针对地形条件各异的场地进行预警。如斜坡体地下动力厂变化进行描述，这样就能够确定评价预警模型中的各种参数预警关系值，就能够对预警面积实行有效的预警预测。在地质灾害预警预测工作实施的过程中，需要依据实际情况选择恰当的预警方法，使得预警更贴近实际情况，保证预警的精度。

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【中图分类号】F416.1 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）04-0123-02

1 引言

目前我国自然地质灾害发生率较高，受灾严重程度较大，目前常见的地质灾害主要包括泥石流、滑坡和崩塌等，造成地质灾害发生的主要原因除了自然因素之外，还包括人类的工程建设和矿产开发等活动。这些地质灾害的发生对人类的生活造成了较大的影响，在严重的时候会对人们的生命财产造成较大程度的威胁，针对目前地质灾害预警方法应用效果不明显的现状，在实际的地质灾害频发中，可以利用GIS技术对地质灾害多发地区的实际地理结构进行分析，并且进行实时监控，以此来实现对地质灾害的有效预警，减少由于地质灾害对人们所造成的影响。

2 GIS技术的定义和主要功能

GIS技术主要指的是地理信息系统，是在计算机信息技术的支持下，采用系统工程技术和信息技术，来对各个区域中的空间信息和地质结构信息进行收集、分析、整理和储存，并且采取相应的方式来将信息展现出来，属于一种将视觉效果和地理分析功能进行集成运用的系统技术，其主要功能体现在这样几个方面：首先是地图管理功能，GIS技术具有较大的空间内存，能够将收集而来的地图资源信息储存到数据库当中，并且根据实际情况的变化来进行及时调整，相比较传统的地图来说，具有更高的灵活性和精确性，能够进一步推动地质灾害预警工作的发展；其次是空间分析与查询功能，GIS技术具有空间定位功能，通过数据库的建立和对信息资源的收集、整理和处理，并且将其制作处理成地理信息图像，与原始图像相比较，两者的数据保持相同，在进行空间转换的过程中，也可以采用GIS技术来对于地理信息相关的数据进行查询；再次是地理模型预测功能，GIS技术的核心为地理信息，在对各个不同区域进行分析的基础上，能够利用当地的地理空间信息来实现地理模型预测功能，这样的功能主要指的是在对当地地理信息情况进行分析的基础上，来对某个未知结果进行预测和判断，也就是说通过对当地矿产资源、水文地理情况和资源开发利用情况进行勘察的基础上，来对不同区域中发生地质灾害的可能性进行预测；复次是三维功能，三维功能是在二维GIS技术上发展而来的，与二维空间技术相比较来说，三维技术具有更高的精确度和整体性，虽然在整体观察上可能较为复杂，但是具有较强的可视性，能够直观地反映出相关区域中各个部分的实际情况，三维功能是建立在三维模型的基础上来实现的，比如说结合地质工程的钻孔信息、剖面图和工程地质图等信息数据，能够建立三维地质模型，并且在三维场景中建立相应的图片信息，在经过编辑处理之后，就能够对地质灾害的发生现场进行模拟[1]；最后是自动监测功能，自动监测功能主要是依靠各种检测仪器来进行实现的，在地质灾害发生的过程中，检测仪器会发生不同的变化，并且对相关检测区域的数据信息进行采集，并且传输到后台数据库中，经过对数据信息的分析，能够对当地区域进行有效监测。

3 GIS技术在地质灾害预警中的应用

3.1 建立多源信息数据库

对于地质灾害预警工作来说，GIS技术的应用是一个复杂的过程，其中的每一个部分都需要大量相关的数据信息来进行分析和调研，这些数据信息的来源各不相同，主要包括地形图、地质资料和地质结构信息等，对于地质灾害来说，其具有不可预测性，但是利用GIS系统中的数据库，能够在对数据信息进行分析的基础上，对地质灾害发生的次数、地点和级别进行预测，并且对地质灾害发生而产生的现象及预兆进行了解，以此来达到地质灾害预测的目的[2]。由于目前人类各种工程建设活动不断增多，所以说需要对地质灾害数据库进行及时更新，以此来提高地质灾害预测的准确性。

3.2 对地质灾害多发区进行实时监控

通过GIS技术，能够对地质灾害发生的信息进行收集和分析，在此基础上，能够对我国地质灾害多发区的分布情况和发生频率进行了解，在对地质灾害发生的信息和资料进行收集的基础上，能够结合当地的实际情况，建立相应的图表图像，并且与GIS多源数据库进行联动，实现对地质灾害发生区的有效监控，监控的主要过程体现在这样几个方面：首先是对影响当地发生地质灾害的因素进行分析和了解，结合当地的实际情况，对这些因素进行控制；另外是在所建立的三维空间模型上对该地区自然灾害的发生情况进行综合评价，以此来对地质灾害预测的准确性进行判断，并且根据最终结果来采取相关防治措施[2]。

4 GIS技术在地质灾害预警中的应用案例

此次研究地区为灵台县，灵台县陇东黄土高原南侧，在对当地自然灾害调查资料进行分析的基础上可以发现，该地区属于地质灾害频发区，地质灾害的发生类型不同，发生的频率较高，并且这些地质灾害多发生在人们居住密集和工程建设生产活动较为频繁的区域，根据以上的了解情况，可以对其地质灾害预警方法进行研究。

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中图分类号：P694 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2012）-06-0143-3

0 引言

地质灾害给人类社会造成了巨大危害，由于地质灾害的复杂性，开展地质灾害预报的理论基础及技术方法正处在探索与研究中，气象预警方法尚不成熟。刘传正等提出了全面考虑地质灾害潜势度、危险度及危害度的“三度”概念[1]，甘肃[2]、重庆、贵州[3]、四川、浙江等省市按地质条件分类，选定了预警指标及方法。地质灾害预报预警工作是一项迫切的课题，开展地质灾害的监测、预警、预报及理论研究工作十分必要。

1 宜春地理地质特点

宜春地处赣西北山区向赣抚平原过渡地带，三面环山，复杂多样，地势自西北向东南倾斜，地貌兼有山地、丘陵及平原，其中丘陵占39%，山地占35%，平原占26%。主要山脉有九岭山、武功山和玉华山，九岭山脉犹如一道天然屏障，为修水和锦江的分水岭。土质类型多样，有红壤、黄壤、棕壤、草甸土、冲积土等10个土类，以红壤面积最大。宜春地跨扬子准地台和华南褶皱系两个大地构造单元，地层发育较全，出露良好，出露的最老地层是前震旦系双桥山群，震旦系、早古生界仅在本区南部出露，北部未见出露，晚古生代及早、中、三叠纪地层遍及全区，第三系主要分布在樟树盆地。区内除志留系、下泥盆纪、上侏罗纪地层缺失外，其他各系均有发育。

2 宜春地质灾害统计分析

我们从市国土资源局搜集到多年的地质灾害资料，虽然上世纪最后20年也有一些资料，但与最近10年资料相比，显得不够完整，因此，仅统计2000—2010年共11年的地质灾害情况。

表1 宜春地质灾害种类

灾害种类 滑坡 泥石流 塌陷 崩塌 合计

灾害次数

百分比 109

83.8% 1

0.8% 13

10.0% 7

5.4% 130

100%

从表1可以看出：宜春的地质灾害绝大多数为滑坡，占比达83.8%。最少的为泥石流，占比不到1%。塌陷包括地面自然塌陷和采矿塌陷两种。宜春1998年记录了2次泥石流，2001年5月宜春钽铌矿1号尾矿库遇连续降水发生了泥石流。地质灾害以滑坡为主与宜春的地理地质条件和百姓生活习惯是分不开的。宜春大部分地区为丘陵山区，多红壤土质，这种土壤遇连续大降水后，土质变得松软，土壤颗粒间吸附力大大减弱，在自重及动静载荷作用下，极易产生滑坡。对此，民间有“天晴一块铜，下雨一泡脓”的说法。加上百姓有切坡建房的习惯，加大了滑坡的发生机率和灾害程度。

表2 宜春地质灾害产生的原因

原因种类 暴雨（降水） 采矿 非降水塌陷 切坡 合计

灾害次数

百分比 108

83.1% 11

8.5% 4

3.1% 7

5.4% 130

100%

从表2可以看出：导致地质灾害发生的主要诱因是气象因素中的暴雨（降水），占到了83.1%。此外，如采矿、人工切坡、人为或地质的和非降水塌陷等所占比例都不大。

表3 宜春地质灾害及对应的降水量年际分布

年份 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

灾害次数 6 7 23 3 4 8 13 6 24 12 23

降水（mm） 1734 1384 2047 1486 1529 1846 1679 1216 1541 1418 2137

从表3可以看出：出现地质灾害次数最多的02年、08年、10年，都有23—24次，占总数的一半。02年和10年的降水量都在2000毫米以上，超过平均值2成，导致以暴雨为主要诱因的地质灾害大量发生。08年降水量低于历史平均值，地质灾害仍然频发，与该年降水量时间分布不均有关。08年4—7月降水量超过该年降水量的一半以上，且6月份降水量达302.3毫米，其中6月8日到13日有一次较大的降水集中期，6月9日到10日绝大多数地方有暴雨或大暴雨。

表4 宜春地质灾害及其潜在经济损失的月际分布

月份 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月

次数 1 0 3 20 67 29 4 1 3 1 0 1

降水(mm) 75 104 150 211 223 291 133 134 76 56 89 60

万元 345 0 106 1518 14261 953 42 120 135 24 0 7

从表4可以看出：与地质灾害次数及其潜在经济损失关系最密切的是降水量的月际分布，地质灾害次数和潜在经济损失多的月份是5月、6月和4月，分别达到67次、29次、20次和1518万元、14261万元、953万元，其分布与主汛期的时间一致。

3 地质灾害与降水的关系

宜春83.8%的地质灾害是滑坡，导致地质灾害的诱因中有83.1%与降水有关，可见地质灾害与诱因的关系主要是滑坡与降水的关系。

3.1 地质灾害与前期降水

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1.2滑坡、崩塌地质灾害“潜势度”影响因子筛选滑坡、崩塌地质灾害“潜势度”是指孕育滑坡、崩塌发生的条件组合，包括地质环境条件和人类工程活动特征。根据2004年以来的地质灾害资料统计结果，优化后的预警模型选取地形坡度、地层岩性及斜坡结构类型、覆盖层厚度作为地质环境条件主要影响因子。由于江苏省滑坡、崩塌灾害均为小型，规模较小，本次模型优化不再考虑潜在滑坡、崩塌灾害的面积系数和体积系数，因此人类工程活动因子考虑由人类工程活动引发的失稳斜坡的分布概率及年新增隐患点分布概率两个因子。“潜势度”影响因子赋值表见表2。

1.3滑坡、崩塌地质灾害“发育度”影响因子筛选滑坡、崩塌地质灾害“发育度”(F)是指地质环境和人文环境共同作用下滑坡、崩塌地质灾害的发育程度，主要取决于单位面积内滑坡、崩塌灾害发生的密度，面积系数和体积系数［5］。根据2003年以来地质灾害，全省近90%的滑坡、崩塌为小型，且规模很小，因此，本次模型优化不再考虑滑坡、崩塌灾害发生的面积系数和体积系数，只采用了滑坡、崩塌灾害发生的密度。根据计算结果，江苏省滑坡、崩塌地质灾害“发育度”分为3级，即F≥0.1为高发育;0.05≤F＜0.1为中发育;F＜0.05为低发育。

2划分易发区

根据滑坡、崩塌地质灾害“易发度”划分易发区。滑坡、崩塌地质灾害“易发度”是对“潜势度”和“发育度”的叠加组合，反映不同预警区滑坡、崩塌地质灾害发生的相对程度。根据计算结果，江苏省滑坡、崩塌灾害“易发度”分为3级:即Y≥1.2为高易发;0.8＜x＜1.2为中易发;Y≤0.8为低易发。图1为江苏省滑坡、崩塌地质灾害易发度区划图。

3预警判据研究

预警判据是指某一易发区内诱发发生滑坡、崩塌灾害的临界降雨量。预警判据研究是研究滑坡、崩塌灾害的发生与降雨关系的基础上，拟定不同的易发区内可能诱发地质灾害风险的降雨量和预报雨量。

3.1预警等级划分江苏省滑坡、崩塌地质灾害气象风险预警等级划分为有一定风险(四级)、风险较高(三级)、高(二级)和很高(一级)，当预警级别达到三级以上时，向社会。

3.2有效降雨量前期预警模型采用了预报雨量与累计降雨量2个指标，累计降雨量为前5日降雨量之和。由于前期降雨只有部分入渗到岩、土体中，其余部分则通过蒸发或地表径流等途径流失，因此，本次模型优化采用了有效降雨量、预报雨量2个指标。有效降雨量综合表示前期降雨特征。根据各预警区域地质环境、生态环境特点，通过优化方法得到前5日λ值如表3。

3.3临界降雨量预警判据以滑坡、崩塌地质灾害“易发度”为基础，与触发滑坡、崩塌地质灾害的有效降雨量以及未来24h预报雨量进行叠加分析，实现滑坡、崩塌地质灾害气象风险预警。临界降雨量在突发地质灾害气象风险预警中起着至关重要的作用。根据2004年以来的滑坡、崩塌地质灾害发生与有效降雨量和预报雨量关系的综合研究结果，对已建立的预警判据进行修正，建立各预警区滑坡、崩塌地质灾害临界降雨量预警判据(表4)。

4预警效果分析

2013年汛期，江苏省突发地质灾害气象风险预警系统正式启用修订后的预警判据。2013年6月1日～9月30日，全省共三级预警5次，成功预报地质灾害5起，占汛期滑坡、崩塌地质灾害总数的83.3%，地质灾害发生时间、区域与预报地质灾害发生的时间、区域基本一致。由于预报准确、及时，2013年汛期避免人员伤亡310人，避免直接经济损失5410万元，取得了良好的防灾减灾效果。

5设想与建议

江苏省滑坡、崩塌灾害发生的数量较少，可用于验证和优化预警模型的样本数据不多。建议在各预警区分别建立典型的地质灾害专业监测点，对斜坡的岩、土体的湿度、应力、地表位移、降雨量等进行实时监测，当降雨量达到临界降雨时，系统及时向该隐患点的相关责任人发出预警信息。同时对监测数据进行分析统计，进一步研究滑坡、崩塌地质灾害的影响因子及权重，不断优化预警模型，提高预警精度。

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［关键词］

地质灾害预警；GIS；数据库；实时监测

及时、全面、综合获取全面而又可靠的灾害信息是完美处理灾情的关键。GIS是一种有效地收集、存贮、分析、再现空间信息的信息系统[1-3]。他将空间信息和属性信息相结合，通过数据整合、管理、图层叠加、分析，集合遥感学、测绘学、计算机学等学科，融合先进监测技术实现对灾害区域有效掌控，以达到对灾情预知、灾后科学补救的目的。目前地质灾害的工作主要依赖于地质调查、野外调绘、现场观测等技术，缺乏一种完善的综合整理利用信息的系统，在预警方面也不能第一时间整合有效资源作分析寻找最优解决方案。因此，在地质灾害预警及信息管理工作中，如何让在短时间内，有效获取有用的信息提供给管理部门，理性提出解决方案为越来越多的人所重视[4-7]。本文统筹考虑多方面因素，提出一种基于GIS的管理系统，希望在地质灾害工作中有所帮助。

1GIS在地质灾害管理上的应用现状

随着科学技术的日新月异，计算机，RS、GPS等技术也得到迅猛发展，地质灾害领域的GIS由于得到新技术的支持，也使得它的应用越来越广泛。从上世纪九十年代起，GIS就成为我国研究的一个讨论热题，渐渐的被人们熟知。地理信息系统在我国起步比较晚，经过多年的努力，在技术上和经验上已经取得了可人的成绩，但也存在一些不足之处。就整体而言，在技术上和规模上达到了国际先进水平，但在硬件设备配套，软件的商品化，综合分析模型的使用性和系统更新能力等方面和国际先进水平相比还存在着差距。传统的系统不足之处在于对空间数据的管理比较困难，如空间环境的模拟机信息的显示，只能完成一些基本的数据查询、报表处理的工作。但就目前而言，GIS在地质灾害方面的应用比较单一，只要体现在对灾害的监测、评价、分析、预警等方面，缺乏一种整合信息综合管理的应用。GIS在地质灾害领域的发展不仅仅取决于GIS技术的发展，更取决于地质灾害领域信息化的进程，随着现代化、信息化的进一步发展，GIS将在该领域得到更加广泛的应用。

2系统设计

2.1系统总体结构

系统不仅服务相关部门同时也拥有面向群众的平台，主要承担两个方面的功能：一是通过计算机网络构筑灾害监控与管理实现数据的共享，利用GSM/GPRS无线网络实现基础数据、实时监测数据及其它有关数据的采集、交换等；二是通过灾害实时监控与管理平台，向社会公众和灾害管理人员提供信息和数据处理功能。

2.2应用软件体系

应用软件体系采用一种B/S、C/S混合的构架模式，充分利用两种构架各自的优势，包含展示、应用、平台、存储、网络传输、数据采集等层。

2.2.1C/S结构

C/S这种共享系统自国外引进经过发展与20世纪九十年代达到成熟[8]，这种系统响应速度快并且对服务器造成的负担较小，在数据传输速率方面也可以达到很高的要求。C/S的客户端主要承担的功能是数据的查询、浏览等，服务器接受指令后迅速运作响应客户端需求，两个部分分开工作又相互配合实现数据的集中统一管理，由于问题在不同的构建解决，也有利于系统给的安全性。这种分开的工作机制也会带来相应的局限性[9]。首先，C/S这种构架只适用于电脑数量有限的局域网，超过百台后，即使匹配相符合的版本软件，也会因为自身工作结构的特殊性难以达到理想效果，且付出的代价很高昂。现在生活节凑加快，各种信息铺天盖地，这就要求大幅度提高各类信息资源获取的时效性，C/S构架也不能通过互联网实现移动办公、视频会议等现代办公需求。此外还有一种C/S三层结构，这种结构实在常规客户机基础上再添加一个服务器，对数据传输的数量、质量、频度要求比较高。

2.2.2B/S结构

B/S在克服C/S存在问题的基础上进行改进[10]，这种结构最大的优势是在服务器端处理事务，简化了电脑载荷也降低了成本，从目前看在局域网使用这种构架是最划算的，在内网、外网、网络视频操控的方面也能体现出其强大的功能。B/S包含表示层、处理层、数据层三层结构。其显著特点是能实现客户端零维护，不需要软件只要有电脑拥有管理员分配的用户信息就可以使用[11]。由于其操作只是针对服务器，所以不管用户规模有多庞大都不会增加系统工作量。也正是这种工作模式，造成最大的弊端在于服务器负担过重，web浏览器也不能满足大量数据输入、输出，数据访问和业务处理也不在同一页面，难以实现共享。

2.2.3B/S、C/S混合结构

为了综合两种构架的优势，本灾害预警信息管理系统决定采取一种B/S、C/S相结合的结构。可以满足既可以满足普通用户的访问请求，应用软件体系如下图，其中表示层主要承担信息的浏览和输出、功能层处理用户请求并执行相应的程序实现反馈、数据层主要满足数据库服务器提出关于数据操作的请求，执行后提交服务器。

2.3灾害预警模块

根据国内外地址分析进程和预警研究的深度，综合GIS基本功能设计一种综合预警系统，主要作用体现在通过利用基本信息实现灾害区域三维可视化、场景现场化而实现灾害的预警和监测。利用GIS分析功能结合灾害区域基本地理特征，通过数据库统一管理综合遥感影像数据、DEM数据、三维模型数据等，调用灾害预测分析模型对数据进行分析，从而实现成熟的空间预测。系统根据模型结合区域实时动态信息，分析后实现空间和时间的预报。预警系统采用一种三维可视化监测方式，可对主要监测区实施可视化管理监测[12-13]。

2.4数据传输模块

地质灾害发生在野外，所以系统主要的应用领域在野外，数据由野外直接储存然后传给相关部门，这就对数据传输的质量要求比较高，野外地形地貌比较复杂，各种设施也不完善，电力、网络等条件也达不到，这就需要一种具备各种条件的传输系统保证数据的正常传输。在山地、林地等情况下，运用无线传输，采用多频技术跨频段传输，运用GIS地图分析功能将研究区域划分为多个单元模块，每个单元模块设立一个数据接收中转站，在网络覆盖地区设立数据接收站，中转站的数据通过网络传输给接收站，在传给相关部门。无网络传输区域采用风光互补发电系统供电，在无指令阶段进入休眠调度管理，提高野外应用周期，以ARM微型处理器为核心，传输频段使用2.4GHz和UHF/VHF频段，既保证数据传输的时效性，也提高了远距离传输的可靠性，采用多级延伸也可以拉大适用范围。公共网络覆盖区域采用移动4G、蓝牙、无线wlan等实现数据的正常传输[14-15]。

2.5数据库

数据库存储的有属性数据和空间数据，采用集成方法通过编程关键的字符段来避免数据类型不一致，属性数据以表格形式展示，包含监测区域名称、范围、图片，影像等信息，空间数据依托与专题地图，包含基本的河流、道路、湖泊、树木等，以遥感影像为基础图像在ArcGIS环境中对地图要素进行数字化等操作，最后存放在数据库中。增加管理员登录系统，实现对数据的统一分类管理，用户访问端拥有上传功能，可以上传最新的数据信息至数据库，通过这种平台可以有效节约更新成本，提高数据更新频率。数据库存储基本的灾害发生群众转移信息，通过分析得到转移最优路线，提高灾害应急能力。

3结语

基于ArcGIS设计的地质灾害预警及信息管理系统可以满足相关部门和普通用户对灾害情况的了解以及对灾害区域宏观的掌控，该系统提高了灾害处理的信息化、现代化水平，为进一步利用灾害信息处理灾情提供了平台，通过局域网和互联网，各级部门各层次用户可以有针对性获取信息，大大推动了灾情预防处理的进展。灾害预警功能的实现需要各类基础信息，所以不断地更新完善信息是系统发挥功能的重要条件。

作者：杨溯 张兵 单位：四川省第一测绘工程院 成都理工大学

参考文献：

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[2]李剑锋，陈建平，孙岩.基于GIS异常信息提取的地震灾害分析[J].地质通报，2011，3(5)：756-765.

[3]陈玉，郭华东，王钦军.基于RS与GIS的芦山地震地质灾害敏感性评价[J].科学通报，2013，58(36)：3859-3866.

[4]贾胜韬，张福浩，赵阳阳等.基于政府GIS的地震灾害应急系统设计与实现[J].测绘科学，2014，39(5)：65-68.

[5]刘斌.省级应急平台体系基础地理信息平台的设计研究[J]．测绘科学，2008，3(1)：84-88.

[8]邓越，徐永进，唐云辉.基于C/S与B/S混合架构的精细化滑坡监测预警系统设计与实现[J].安徽农业科学，2014，42(20)：6862-6865.

[9]田兵，郭帆，邓飞.数字矿山基础GIS系统设计[J].工矿自动化，2013，39(5)：5-8.

[10]张娓娓，陈绥阳，余洋.基于博弈论的P2P激励机制[J].计算机工程，2011，37(15)：89-102.

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1 概述

物联网是指通过各种信息传感设备，实时采集物体或过程的各种信息，与互联网结合而形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便物体的识别、管理和控制。

物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，实现人类社会与物理系统的整合。物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作等多个领域。

地质灾害预警系统的主要业务是监测区域地理环境、气象、水利等信息和地质灾害隐患点周围地声、地压、位移等信息，并把监测信息作为输入条件，经过预警模型对输入信息进行处理，做出决策，并针对受威胁人群进行预警信息。这正是物联网最为适用的应用领域。但由于物联网开放式的应用环境，地质灾害预警系统中信息安全是值得研究的问题。

2 物联网安全的国内外研究现状

国际上针对物联网安全和隐私的研究已展开。Mulligan等对物联网的现状进行了总结和分析，并对物联网安全进行了讨论和展望。Medaglia等给出物联网目前面临的隐私与安全问题综述，并对将来可能出现的安全问题进行了讨论。Leusse等给出一个物联网服务安全模型，并对其包含的模块进行了介绍和分析。

国内杨光等从感知层、传输层和应用层对安全威胁进行研究。杨庚等分析了物联网安全的特征和面临的安全问题，并讨论了物联网安全的系统架构。

3 地质灾害预警系统的安全威胁

地质灾害预警系统可能遭受到的安全威胁有几种方式。

3.1 拒绝服务（DoS）攻击

对物联网的攻击大多数都来自于DoS攻击，能耗尽网络带宽，终止服务。在物联网条件下，DoS攻击还能发生在无线监测网络。一些恶意攻击者能够进入并控制用于无线通信的基础设施，并从内部发起DoS攻击，这种攻击能制造更多混乱。

3.2 物理伤害

采用这种攻击方式的攻击者通常缺乏技术知识。只能损坏实际的监测设备，从而阻碍物联网取得信息。在物联网条件下，由于攻击者很容易接触到部署在野外的监测站点，因而这种攻击方式也变得较为容易。如果难以对监测站进行物理破坏，攻击者可以简单地针对采集信息的硬件模块进行破坏。

3.3 窃听

攻击者可以针对不同的通信设施（如无线网络，当地的有线网络，互联网），提取数据的信息流。一个取得了特定的基础设施的控制权的内部的攻击者能够获取该基础设施内传播的所有信息。

3.4 节点捕获

在物联网条件下，攻击者很容易接触到监测设备。与物理伤害不同，一些主动攻击者并非破坏物理设备，而是获取设备中所包含的监测信息。另一些主动攻击者能进入存储或处理监测信息的节点，并获取数据。

3.5 控制

只要物联网上的节点存在漏洞，主动攻击者就能利用这些漏洞，从而得到部分或全部监测网络的控制权。这种类型的攻击所造成的危害主要取决于两个方面，一是存储在沦陷节点上监测数据的重要性，二是沦陷节点上部署有哪些服务。

4 能够采用的安全措施

采用一些在传统互联网得到广泛运用安全措施能够有效抵御针对物联网的攻击。

4.1 身份和身份验证

连接在物联网上的各种节点之间都需要进行身份的相互验证。需要重点考虑如何去对身份进行管理和认证，从而创造值得信赖的服务。由于节点间的信息交互是动态的，既不可能预先知道有哪些合作节点，也不知道对方能提供何种服务。这增加了身份验证的难度。

4.2 访问控制

在物联网条件下，访问控制变得更为复杂。一个特定服务的构建，需要聚合不同的地点和环境的多种服务和数据源。所有这些信息和服务的提供者都会有各自的访问控制策略和权限，因而如何管理各种访问控制的策略成为需要重点考虑的问题。

4.3 安全信道

在大多数情况下，安全信道是在身份验证成功后建立起来的安全通道。在整个信息交互的过程中，需要使用各种类型的证书。在物联网条件下，任何节点在任何时间都可以连接到其它节点，这些节点事先并不相互认识。在这种情况下密钥管理成为一个显著的问题。

4.4 数据管理

在物联网条件下，由于每个节点都是智能设备，节点对于其所拥有的数据有着更多的控制权。对于数据管理也更加灵活、有效。

4.5 信任管理

在物联网中存在两个级别信任关系：一是实体之间的信任关系，二是从用户的使用角度来看系统中更应该信任哪些节点提供的信息。建立一个能够计算所有节点信任度的中央节点能够帮助用户选择更为可靠、更新的或更为精确的数据用于决策分析。

4.6 容错管理

物联网上连接有大量节点。每个节点都有可能发生故障而停止工作，也可能存在一些节点发送错误或虚假的信息。因此，在物联网条件下，必须要考虑系统的容错能力。能够在部分网络无法访问或存在虚假信息条件下，提供尽可能好的服务。

5 地质灾害预警系统的安全框架设计

安全框架设计是利用硬件和软件手段，满足日常预警业务正常运转的要求。

物理攻击的预防。为了保障部分设备的损害不会危害整个系统的正常运转，可以采用在网络的关键部位安装冗余传感器的方式，增强网络的抗攻击能力。

窃听的预防。主要采用的预防措施是加密技术。密钥的管理则采用以互联网为中心的集中式管理方式，由密钥分配中心负责整个物联网的密钥管理。一旦连有监测节点的传感器网络接入互联网，通过密钥中心与传感器网络汇聚点进行交互，实现密钥管理。

DoS攻击的预防。一方面在预警中心网络入口安装防火墙，另一方面加装入侵监测设备。身份验证中心随机发送一个通过公钥加密的报文给节点，节点必须能够利用其私钥对报文进行解密并送回中心。如果长时间接收不到回应报文，则认为该节点可能遭受到入侵。当中心发现可能存在的恶意节点后，则发送一个信息包告知恶意节点周围的邻居节点，通知可能的入侵情况。

此外，为了保障决策安全，系统设有信息信任级别管理机制。由预警中心依据预警结果对每个监测节点的信息进行评估，确定节点信任级别。

6 结束语

经过一段时间运行，系统未发生因入侵而中断服务的现象。说明通过融合冗余、加密、防火墙和入侵检测等多项技术的物联网安全防卫措施能够满足现行地质灾害预警业务的需求。但随着攻防技术的发展和地质灾害预警新服务需求的出现，现有框架能否提供有效的防护还是存在较大不确定性的。因此，对于攻防新技术的理论和应用研究将成为下一阶段研究重点。

参考文献

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[7] 江伟玉，高能，刘泽艺等.一种云计算中的多重身份认证与授权方案[J].信息网络安全，2012，（08）：7-10.

基金项目：

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    我国是一个地质灾害多发的国家,崩塌、滑坡和泥石流等常见灾害发生的地域广、频率高,具有较强的破坏性。研究表明,除地质构造及人类活动外,气象条件也是形成地质灾害的一大原因,暴雨或连续降雨常常是触发地质灾害的直接因素。因此,如何通过对雨情的监测提供可靠的地质灾害预警信息,成为一项重要工作内容。

    1地质灾害预警报系统概述

    目前,在气象部门的协助下,许多地区的国土资源部门都相继建立了地质灾害预警预报系统。灾害的风险预报是指在收集和集中监测信息的基础上,进一步分析地质灾害及次生、衍生灾害等可能对社会经济、群众生活所造成的影响,提前风险预报,并为政府部门、有关单位及广大民众提供应对的措施和指导。气象监测(特别是雨量监测)系统和基于WebGIS的地质灾害预警系统组成的地质灾害预警预报平台,在突发性地质灾害的预测和防范中起到了关键性的作用[1]。

    1.1预警报系统的建设目标

    预警报系统的目标是建设一个时效高、预警报信息内容全面且准确可靠的地质灾害预警报体系,为相关政府部门的决策和灾害地区群众的减灾措施提供科学、及时、有效的信息指导。充分利用现代化建设的成果,在已获取的大量气象探测和灾害性天气监测信息的基础上,对信息进行存贮、处理和分析,建立地质灾害预警报服务平台和流程,根据决策服务的要求,提供连续无缝隙的地质灾害预警报信息[2]。

    1.2预警报系统的工作流程

    地质灾害预警预报系统主要由监测系统和预警报系统2部分组成。启动气象信息收集、地质灾害信息收集以及信息自动生成等模块后,通过实时监控雨情,一旦降水因子达到相应的监测指标,系统即可在决策中心进行数据分析,生成地质灾害预警等级,并在确定信息后,利用短信、广播、电视、网络等媒介按照预警等级对特定部门及相关群众警报信息。

    2地质灾害预警报系统的组成及实现

    基于WebGIS的地质灾害预警系统中,灾害信息的汇集及预警平台是数据信息处理和服务的核心;气象监测系统具有雨情报汛、预警等功能;群测群防预警系统则包括预警、警报传输和信息反馈功能[3]。要实现地质灾害预警系统的正常运转,应注意以下几个方面:

    2.1建立高效稳定的应用平台

    高效稳定的应用平台为整个地质灾害预警系统的正常运作提供强有力的支撑,对提高系统的稳定性具有至关重要的作用。良好的应用平台依赖于完善的数据信息、高科技的硬件设备、成熟的先进软件环境及规划合理的结构设计。

    数据库是地质灾害预警报系统的核心部分,除实时采集和的雨量数据、预报雨量数据、雷达图、卫星云图和台风信息等气象数据外,当地行政区域图、区域地理信息及区域内的群众信息等,都是数据库的重要组成部分。软件系统应由用户界面、后台管理系统、数据交换平台(EAI)、后台管理应用核心构件群、WebGIS组件、Microsoft.NET应用服务器平台及其他系统组成。先进、灵活、适用的软件架构符合管理信息化的要求,以构件化设计为核心,实现事件触发、数据驱动、参数设置的开放可行的地质灾害预警预报系统管理平台。

    2.2科学合理的灾害等级划分

    灾害等级的划分关系到预警报启动的决策、预警报信息的范围及对象等,在地质灾害预警报系统中,需要给予特别的重视[4]。依照国土资源部制定的地质灾害预报等级标准,预报等级可分为5级:一级为可能性很小;二级为可能性较小;三级(注意级)为可能性较大;四级(预警级)为可能性大;五级(警报级)为可能性很大。从预警报系统的角度分析,一级和二级灾害没有实际预警意义,预警工作由三级开始启动,应围绕三至五级地质灾害开展防灾减灾工作。

    2.3保证系统的安全性

    预警预报系统将为防灾减灾的决策提供重要的依据和指导,因此,必须保证其安全性和权威性,安全是系统设计的关键[5-6]。首先,在设计中要充分考虑到网络安全的问题;其次,注重系统的整体维护是延长系统使用寿命的重要保障。此外,地质灾害预警预报系统与其他相关系统的联系均以特定的接口程序来实现,当地质灾害预警预报系统或相关系统出现故障时,不会出现系统间的相互影响。在系统的运行中,应保留详细的操作日志,出现问题可以查明错误原因,及时恢复,并为系统的科学评价提供依据。

    3小结

    综上所述,地质灾害预警预报系统的建设和维护是一项长期工作,涉及的部门多、范围广,须参考的因素多而复杂。因此,必须在工作中不断地总结经验,并在各部门的积极配合下,建立顺畅的信息链,为相关部门和群众提供即时的、权威的、人性化的信息指导,将地质灾害的影响降到最低。

    4参考文献

    [1] 丁建武.湖北省气象预警报网建设现状及对策[J].湖北气象,1996(4):7-8.

    [2] 马文瀚,陈建平.突发性地质灾害气象预警预报研究综述[J].地质灾害与环境保护,2007,18(1):6-9.

    [3] 周之栩.基于GIS的湖州市地质灾害气象监测预报系统[A]∥中国气象学会2006年年会“灾害性天气系统的活动及其预报技术”分会场论文集[C].2006.

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二、实时监测

1、监测内容

街道指挥机构负责监测、收集本辖区内降雨、水位、泥石流等信息，接受传递上报。按照“政府负责、站点预警、群策群防”和“谁受威胁、谁负责监测”的原则，对本辖区内主要隐患点建立山洪灾害防御的群测群防体系和日常监测制度。

2、监测要求

结合街道具体情况，主要以雨量监测为主，群防群测为主，专业监测为辅。

三、通信

当灾害来临时，应立即采用电话及时进行报告。一旦通讯线路遭到破坏，应立即采取措施并派人向指挥部报告。一旦出现汛情，防汛指挥部指派专车、专人承担信息的传递，以保证抢险物资、队伍及时到位。

四、预报预警

1、预报内容

气象预报（天气、降雨量）、山洪—泥石流水（泥）位预报。

气象预报按照气象部门提供的预报进行预报；山洪—泥石流水（泥）位预报应按国土资源部门提供的预报信息进行预报。

2、预警内容

降雨是否达到临界雨量值、可能出现大的暴雨等气象监测和预报信息；山洪水雨情监测和预报信息；可能发生泥石流的监测和预报信息等。

3、预警启用时机

（1）当接到暴雨天气预报，防汛指挥部负责人和各工作组人员应引起高度注意和重视，值班、值勤和监测人员必须在岗。当预报或监测所发生的降雨接近或达到相应的临界雨量值（临界雨量值及

预警标准划分表）时，应即时相应的暴雨预警信息。

（2）当洪道出山口水位接近或达到临界水位时，应当即时预警信息，街道防指启动预案将危险区人员向安全区转移撤离。

4、预警信息处理办法

（1）街道防汛办：

A、在收到区防汛办的信息后，处理办法：

三级预警：将信息通知至街道防指全体成员和社区防御工作组，街道防指副指挥上岗指挥。街道防指监测组、信息组投入工作，其他各应急组集结待命。同时将防灾组织及准备情况及时上报区防汛办。

二级预警：将信息通知到街道防指全体成员和社区防御工作组，街道防指指挥长上岗指挥。街道防指成员全部在岗，监测组、信息组密切掌握情况，其他各应急组进入社区，与指定安全区所在街道防指及时沟通协调，并组织危险区居民随时准备转移撤离到指定的安全区，为转移撤离和抢险救灾做好一切准备工作。同时将防灾组织及准备情况上报区防汛办。

一级预警：将信息通知到社区、户，街道防指各成员、各防汛工作组及各部门和单位负责人全部按岗就位，按指挥部统一指挥安排，以最快的速度开展防灾救灾行动。按既定的撤离路线和安全区安全转移群众，全面投入抢险救灾工作。同时将防灾救灾组织及准备情况及时准确地上报区防汛办。

B、与区信息中断后，处理办法：

街道根据当地的降雨情况，自行启动预案，并设法从相邻街道与区防汛指挥部取得联系。

C、与社区信息中断后，处理方法：

各责任人直接下到社区，组织指挥避灾、救灾。

（2）社区防御工作组：

A、在收到区、街道防汛办信息后，处理办法：

三级预警：将信息及时通知至社区主要干部。社区防御工作组指导员、组长及各成员上岗指挥；巡查信息员密切注意天气变化，加强巡查和信息联系；其他各应急队人员进岗待命。同时将防灾组织及准备情况及时准确地上报街道防汛办。

二级预警：将信息及时通知到所有社区干部、各应急队和危险区、警戒区内各住房，巡查信息队加大巡查密度和信息联系，做好人员转移等各项准备工作。同时将防灾组织及准备情况及时准确地上报区、街道防汛办。

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地质灾害预警工程项目的投入产出与生产项目是不一致的，所以以简单的定性方法来评价地质灾害防治项目效果是片面的，不合理的。进而，寻求一种更合理、更客观、更全面地评价地质灾害预警项目经济效益的方法成为当务之急。

1、评价意义

1.1、开展投资项目经济评价已成为经济和社会发展的客观要求和世界各国项目决策的普遍趋势。通过地质调查项目评价，能识别项目对国民经济发展的需要程度及对社会影响的范围，为争取国家财政支持，保障重点项目专项资金的投入提供依据，提高财政资金的使用效率。同时，也为国家制定政策，进行国土资源规划、决策和管理提供重要依据。

1.2、项目的评价有利于建立以项目管理为核心的新的运行机制，完善地质调查项目的可行性论证、项目的监理和项目的后评价工作，提高项目的质量和管理水平，促使地质调查项目工作目标明确、内容具体、操作规范和成果符合要求。有利于提高项目产生的经济效益、社会效益、环境效益的协调发展。

1.3、项目评价在商业性投资项目中应用广泛，但在我国开展地质调查项目评价及其研究时间较短。目前，国际上也没有成熟的评价理论和方法可供直接利用。因此，进行地质调查项目评价的理论和方法研究，对新一轮国土资源大调查项目的实施和管理具有重要的实践意义和理论意义，同时也对公益性投资项目的评价产生重大的影响。

2、地质灾害预警工程项目经济效益评价方法

2.1、评价内容、指标及评价标准

2.1.1、评价内容、指标

地质灾害预警工程项目的实质是开展地质灾害多发区的调查，建立地质灾害预警、监测、预报系统，为治理规划、防灾减灾提供依据，为基础设施建设工程、国民经济和城乡发展规划规避风险、减少损失提供参考。因此，地质灾害预警工程项目的经济效益即指成果被经济活动所采纳，从而为国民经济建设作出贡献而产生的效益。既包括因地质灾害预警工程项目的实施而使受灾体直接避免经济损失而产生的直接效益，又包括因受灾体免遭破坏而避免的关联性损失所产生的间接效益。

地质灾害预警工程项目的经济效益可根据“替换理论”，从工作区预期地质灾害损失的关系中通过替换计算获得。即将计算地质灾害预警工程项目的经济效益替换为计算工作区预期灾害经济损失。计算公式如下：

采用效益-费用分析法，计算地质灾害预警工程项目效益与投资（费用）的比值。地质灾害预警工程项目经济效益分级及评估标准，按效益费用比的大小分别设定如表2-1。

2.2、直接经济效益计算方法

根据“替换理论”，地质灾害预警工程项目直接经济效益采用预期直接经济损失替换计算。因此，首先研究工作区预期灾害直接经济损失计算方法。

预期直接经济损失计算的方法可分为以下两种方法。

方法一：突发性地质灾害多采用此方法

首先设定评价标准，国家科委、国家计委、国家经贸自然灾害综合研究组受国家经贸委的委托，曾承担制定了一个全国自然灾害分级标准（略）。

上表中增加第Ⅵ级灾害的原因，是由于我国大量存在这个级别的地质灾害。表中损失率（ρ）的含义是，灾区在灾前的所有可能成为受灾的对象（有形资产）在灾后的总实际损值（VL）与灾前的总经济净值（VP）之比。用公式表示为：

其次，确定预期灾害灾级及计算损失值。假如不进行地质灾害预警工程项目，肯定会发生灾害。可采用两种方法来计算损失值。

一是采用经验取值法，对评价地面变形、岩土位移等灾害来讲，一般习惯于保险的做法，只设定发生了一次小型灾害（以求得最小损值）。其直接经济损失量、值从表2-2、2-3均可查到一个从0.01―

二是计算预期直接经济损失，除了查表2-2、2-3可找到灾级损失概估数外，尚可采取计算的办法求出比较接近实际的评估数。

直接经济损失一般包括资本损失、产品损失、生产损失三部分。此三方面的损失项目在未损前的净值于我国的各级统计年鉴中均有反映。前两项（资本和产品）主要是有形资产，在年鉴的固定资产及流动有形资产统计中有所反映，后一项在国内生产总值中有所反映。根据统计年鉴的统计资料可以计算出灾区单位面积内的有形资产净值、单位面积及单位时间的国内生产总值，以它们作为基础，再和灾区面积、灾害损失率、灾害时间（平均恢复期）发生关系，即可预估出有形资产的预期损失值及国内生产总值的预期损失。估算步骤如下：

（1）求预期灾区有形资产净值

第一步，求预期灾区每平方公里的有形资产净值

根据统计年鉴及有关报表，求出预期灾区（一般是预测的危险区）的所在行政单元（如市、市区、县城、小镇、乡村等）内所有有形资产的总经济净值（VP），除以行政单元面积（m），即得行政单元每平方公里的有形资产净值VP1。

式中，DLi为第i种地质灾害对受灾地区的全部直接经济损失。

方法二：缓发性地质灾害多采用此方法

采用类比法进行直接经济损失的计算。

根据目前地质灾害实际情况所统计的资料进行估算预期直接经济损失。

若有些地区的灾害形成机制和灾害形成过程相似；其社会经济结构，也具有相似的统一性，即可利用类比法来根据已知地区的地面沉降有关数据，估算未知地区的地面沉降的有关数据和所造成的损失。估算公式如下：

3、结语

地质灾害监测预警工作是一项牵涉地区经济社会和谐发展、人民安居乐业的长期任务，希望针对地质灾害预警工程项目特点，设计一套可操作性强的指标体系和评价标准，以期为该类项目的立项、成果验收、成果使用效果的评价提供系统的分析工具。通过分析，明确地质灾害预警工程项目满足经济社会发展需要的程度，找出差距与不足，保证国家专项资金最大效益为社会经济及国土资源管理服务。

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【中图分类号】P642 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）05-0177-02

1 引言

地质灾害指在人为或者自然因素的作用下形成的对人类生命财产、自然环境造成破坏的地质现象。例如，山体滑坡、泥石流、崩塌以及地震等严重威胁着社会经济的发展。

2 通用型地质灾害预警数据采集装置的概述

2.1 地质灾害预警数据采集装置的目的及意义

我国是受地质灾害损失较为严重的国家，山体滑坡、泥石流、崩塌等地质灾害严重威胁我国社会经济和资源的可持续发展。因此，我国政府对地质灾害预警数据采集装置技术的研究格外重视，并投入大量人力、财力资源从事该技术的研究。由于地质灾害现象普遍量大面广，成因复杂且治理成本颇高，当下无法对其进行大规模全面治理。由此看来，地质灾害监测预警装置成为重要的减灾防灾手段；以各种地质灾害的形成条件为背景，对地质灾害危险程度进行区划，在易发生地址灾害区域装置地质灾害预警数据采集系统，实现地质灾害的及时预警，从而减少地质灾害带来的损失。地质灾害监测系统的设计主要分为地质灾害预警数据采集装置及地质灾害计算机预警软件两部分。其中，地质灾害预警数据采集装置是通过数据融合、无线传感器网络及图像处理技术相结合对地质灾害监测点的监测图形和数据进行采集及发送。地质灾害计算机预警软件是对地质灾害预警数据采集装置发送的图像及数据进行分析整理，从而达到地质灾害预警和数据监测的目的。地质灾害预警数据采集装置及地质灾害计算机预警软件在相互协调的作用下共同完成地质灾害监测预警系统的工作，将对防灾减灾工作做出巨大贡献；各类地质灾害的现场结构及发生机理皆不尽相同，而传统地质灾害预警数据采集装置的设置功能单一，只适用于监测某种特定的地质灾害。因此，应研究一种通用型地质灾害预警数据采集装置，针对不同的地质灾害预警数据的采集通过不同的传感器进行监测。

2.2 地质灾害预警数据采集装置的研究现状

地质灾害具有突发性，一旦发生必然对生命财产安全造成严重损失。针对不同的地质灾害发生类型，国内外的专家?W者进行了长期研究，根据地质灾害的发生提出了各种假设模型与理论，并对其部分予以验证。地质灾害预警技术从早期的灾害成因研究到地质灾害的危险程度区划，国内外对地质灾害得到了更加广泛的研究。随后形成了由遥感技术、地理信息系统及全球定位系统组成的“3S技术”，为地质灾害预警提供更为精准的全天候数据采集监测，从而增强预警能力。近年来，随着传感器技术和无线通信技术的高速发展，无线传感器网络作为具有感知能力、通信能力及计算能力等特点的新型技术引起了国内外专业人士的关注，为地质灾害预警提供了新思路。目前，国内外对地质灾害预警数据采集装置的研究已有了一定基础及成果。但是，其中还存在一些问题，例如，传感器需要采集电路，运用的传感器种类较多时，设计的成本会增加，地质灾害监测区地势复杂，单一的数据传送方式不能保证数据得到有效传输，装置的监测地点环境恶劣难以保证供电及时。

3 通用型地质灾害预警数据采集装置的设计

3.1 装置方案设计

地质灾害预警系统由数据采集装置、云数据服务器及地质灾害监测中心三部分构成，图一为地质灾害监测预警系统的结构示意图。其中左半部分即是地质灾害预警数据采集装置，该装置具有对监测现场的有关数据进行采集的作用，随后经边界路由节点传送出去，地质灾害监测中心将该数据进行分析，实现地质灾害预警功能[1]。为了更好地管理在野外环节进行的无线网络监控系统的所有节点，保证数据的有效上传，需使用较为可靠的数据采集装置。互联网作为世界上互通性最为广泛的体系，将无线传感器与互联网相结合即可实现数据的远程传送。采用分布式的设计方案，采集到的现场原始数据首先上传到云服务器中进行保存，而不是直接将原始数据传输至地质灾害监测预警中心，该方法大幅度降低了系统失效的风险。

现场原始数据以从上至下的流向，根据实际情况选择无线网络的数量，其中设置了4个监测网络，网络监测节点通过采集现场的雨量、泥水位等数据通过无线网络到达边界路由节点，边界路由节点则根据情况选择无线或有线方式将数据传送至数据交换中心，数据交换中心通过定位系统将数据发送至互联网中，随后传入云服务器，云服务器将采集的数据储存，地质灾害监测预警中心访问云服务器，将数据进行分析，并做出预警决策将信息传送至有关部门。综上所述，通过地质灾害预警数据采集装置的结构及工作原理，设计出系统通信结构。根据不同节点的特点，选择对应的传感器类型。

3.2 硬件及软件设计

硬件的结构主要以原始数据采集的节点及边界路由节点的功能组成的，是以通过通信处理电路、电源管理电路、调试电路等硬件电路设计完成的微控制系统；在设计软件时，由于程序具有可维护性以及可移植性，系统软件的设计应以分层次、板块化的特点进行设计。

3.3 装置调试

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中图分类号：P642.22 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）17-0151-02

1 地质灾害监测预警示范系统的内容

地质灾害是指源于自然以及人为的地质作用对生存环境造成的灾难性破坏。地质灾害主要有地面塌陷、泥石流、滑坡、地层崩塌以及地层裂缝等。在地质灾害研究中，关于滑坡、泥石流类灾害的研究是行业研究的重点。地质灾害监测预警示范系统是基于遥感技术RS、地理信息系统GIS和全球定位系统GPS以及相应的地质灾害监测技术，划定一定的地质灾害预警方位，用以监测该范围内的特定地质灾害在变现象，并将监测结果、破坏信息以及诱发因素等以信息平台的模式进行。在这个地质灾害监测预警示范系统中，使用人员可以通过对监测数据进行系统分析，并且根据现场搜集的地质变形因素和相关因素进行规整分析，进而对地质灾害情况的稳定性状态和变化趋势做出预判，从而达到揭示地质灾害时间和空间的分布规律，为地质灾害治理及决策奠定基础。

地质灾害监测预警示范系统中主要使用的专业设备有：位移传感器、雨量计、视频监测网络、地理信息系统动态记录等。地质灾害监测预警示范系统可以和地理信息测绘系统紧密结合，两者相互配合，充分补充在地质勘察中发现的不良地质情况，进而对不良地质情况中的地质灾害实施预警和监控，同时采用系统中的资源分析调配，采用构建地质灾害模型的方式来对地质灾害进行预演。地质灾害监测预警师范系统还可以对已经发生的地质灾害实施连续、实时、动态的监测和检测，及时获取和记录全面准确的数据，并且采用信息系统自动化集成技术进行分析，协助相关的地质灾害处理和决策部门针对地质灾害情况进行高效协调处置，进而节约地质灾害救援时间，避免地质灾害影响的扩大，尽最大可能减少人民群众的生命财产损失。

2 滑坡远程监控的要素及子系统配置

滑坡远程监控作为地质灾害监测预警示范系统的有效组成部分，其监控内容较为专业且单一，需要配备的专业仪器及系统配置相对较为简单且使用便捷，主要针对滑坡这一单项地质灾害专门配置，具有高效、简洁、明晰的优势。

滑坡远程监控子系统的设备配置主要包括：

①智能型电子测斜仪：主要测量XY两个维度，测量范围为±30°，自带温度补偿以及相应的数据输出端口。

②高智能裂缝宽度仪：量程200 mm，分辨率0.01 mm，自带温度补偿以及相应的数据输出端口。

③智能型雨量计：分辨力0.1 mm；降雨强度测量范围0.01～8 mm/min；测量误差：±0.2 mm；输出信号RS-485接口；雨量计本机存储记录容量大于1.5 a。

④多数据采集传输仪，采集仪主要针对单类型地质灾害进行多数据采集，采用传感器数据通过无线传输网络进行监测数据的传输及预警，并且绘制预警曲线，使用者可以进行实时查询，并且设置预警警告。此类数据采集仪可以针对滑坡、泥石流、岩石崩塌等单类型地质灾害进行多数据监测和远程警示，但是对于综合性的地质灾害则需要进行调试，目前效果仍未尽如人意。

在建筑工程施工过程中，由于边坡的受力处于不稳定状态，特别是在暴雨水浸情况下极易发生岩体移动和滑坡，形成地质灾害。为防止这类地质灾害的发生，目前较为常用的方法是对这类存在地质灾害隐患的边坡进行远程监控以及远程警示，并且根据监测的结果进行汇总和分析，绘制预警曲线，并根据预设情况出相应的地质灾害治理方案。目前的滑坡远程监测主要以调查岩体移动量、移动速度为主要手段，监测地质灾害时的地层演变信息和诱变因素，根据滑坡监测的数据结果，结合岩体力学和水文地质学科的调查分析，汇总出不良地质岩体移动方向的预设型资料，进而分析得出岩体移动的规律，设置数理模型来预判定不良地质移动岩体闫滑动面移动的位移、边线以及不良岩体的形状、大小以及滑动倾角等数据，从而判定岩体移动带来的影响，形成地质灾害的稳定性评价报告和监测预测报告。在稳定性评价报告和监测预测报告的基础上，才能形成地质灾害治理的综合意见，才能对移动的滑坡岩体采取相应的地质灾害防治措施，减少人民群众的财产损失。

3 滑坡远程监控预警示范系统应用方法

滑坡远程监控是在处置不良地质情况中用于预测及分析滑坡情况的方法，集合了监测仪器、监测数据搜集分析，并且结合地质灾害形成机理、地理信息处理技术和预测预报等技术为一体的一门综合性技术。滑坡监测一般可以分为几种监测方法实施，常规型的监测方式是采用位移监测法，目前的滑坡远程监控仪器已经可以进行毫米级的监测。而在部分重点工程中，如果采用高精度的位移监测方法，剔除了影像影响，则可以达到0.1 mm的监测精度。目前国际上较为流行的是光纤应变分析技术之布里渊散射光时域反射技术，又称BOTDR技术，这项技术此前主要应用于大型的建筑物及构筑物的安全监测和健康诊断，且在电力、通讯领域应用较为广泛，是应变监测和监控的主要手段。在我国，首先由三峡水库区中巫山滑坡监测中应用BOTDR技术。与传统的滑坡监测技术相比，BOTDR技术具有综合行、实时性、高精度和长距离的特点。由于采用了合理的点位布置方式，不仅可以长期使用，而且可以直接控制多个施工阶段以及后期使用过程，可以非常方便的对各类边坡的不同部位进行监测。而且由于这种技术才用了多种复合方式，使用多种有效监测方法进行对比校核修正，实现了错误数据剔除，使得数据更接近于真实，更为可靠。而且由于其实现了空中、地表、以及深达不良地质灾害体内部深部的立体化监测网络，建立了相应的数据模型，也增强了数据应用能力，加强了数据综合判别能力，同时也就促进了地质专业人员数据分析的精度，也相应提高了对地质灾害评价和预判能力。

在滑坡远程监控预警示范系统中，基于ESRI Arc GIS平台，以 2.0为开发平台，选用C语言，Web服务器采用IIS，在线数据通信部分在.Net平台使用C/S与B/S相结合的模式开发方式；系统的后台数据库选用Microsoft SQL Server 2005 Express或Oracle 10 G数据库，可以实现滑坡监控BOTDR技术的综合管理，同时开发了多个应用平台和管理权限，可以满足不同应用领域的技术要求。

在大型的长期地质灾害治理项目中，采取多点位传感器布置的方式进行信息采集，这样的方式进行滑坡监测，彻底改变了传统的多点和线路布设的模式。采用网状布设模式，结合地理信息处理系统，则可以在边坡的每个单元都可以采集到多个信息，将这些收集到的不同信息进行系统集中处理之后，就能够得到该地区的地质灾害三维图像数据。而随着地球物理系统的全面运用以及地质勘察勘探方法中关于数据采集、信息处理和资料传输能力都由计算机来高速实现，高分辨率、大图幅、大样本技术的应用也得到了实现，进而将滑坡监测技术推向二维和三维采集系统方向发展。由于有计算机参与，在数据收集上可以通过加大测试频率次数进而时间长时间序列上的滑坡监测。

4 滑坡远程监控现场布点及方案

在一般的滑坡监测中，可以通过实地调查和分析来判定边坡岩体不稳定范围的大小和形状以及岩体移动的方向。在选择相应的滑坡监测方案前要对地质灾害隐患进行实地的考察，选取最为适宜的监测方案和监测仪器。对于设备的集成度、自动控制模式、数据标准化程度和信息模式等，由滑坡监测系统的自动化程度决定，针对大型的长期地质灾害监测，应建立相应的数据整理系统，优选相应的监测参数后，采用多参数数据组合、设备选型调整等方式进行系统优化，以便应用于不同的地质灾害规模、针对不同的地质危害程度以及不同的发展阶段。

5 滑坡远程监控后期内业及管理

在滑坡监测外业进行之时，应及时开展相应的内业工作，对观测结果进行成果整理，根据收集到的滑坡数据计算和绘制滑坡曲线图。对于较为简单的滑坡监测，采用手工数据整理以及绘图就可以达到报告要求。但是针对大型长期项目监测，则需要进行系统建立和数据录入，采用计算机进行数据处理以及高速运算的优势，由系统出具相应的滑坡曲线图。基本的岩体移动范围确认之后，就能够在岩体移动变化较为活跃的区域，在增加一些分散的观测点，通过对于移动观测，了解到每个测点的移动量随时间变化的情况，对初步的岩体移动区域划定进行校核，同时针对位移点数据结合观测线进行综合分析。根据内业处理，就可以通过对多测点移动值大小以及方向的分布情况分析，总结出不良地质滑坡岩体移动的方向和趋势。根据分布观测点的水平位移和竖直位移，就可以求出观测点移动总方向的请教，从移动的倾角及倾向就能判断可能产生滑坡的空间位置。在数据模型监测系统中，一旦发生移动曲线的突变情况，出现跃迁进入岩体临滑突变阶段，就能够根据监控结果及时向有关部门通报，采取相应的财产及人员转移信息，避免人员及财产损失，并且为后续的不良地质情况处理提供相关的准确数据和信息。

6 结 语

伴随着地球物理信息系统的建立以及计算机技术的普遍应用，针对不同的地质灾害情况也衍生了不同类型的监测技术和方法。根据项目实际情况，选用远程监控方式对滑坡进行监控，既节省了大量的人力资源投入，也达到了长期监控及时处理的目的，保证滑坡的监测效果，满足地质灾害治理要求。

参考文献：

[1] 丁继新.边坡位移监测的若干技术问题[J].水文地质工程地质，2007，（5）.

[2]施斌.BOTDR应变监测技术应用在大型基础工程健康诊断中的可行性研究[J].岩石力学与工程学报，2004，（2）.

篇12

0.前言

人口、资源、环境是当今人类面临的三大问题，已引起世界各国的密切关心和注意。我国政府在社会发展和经济建设中，对此非常重视，正式把控制人口，保护环境列为国策，并已取得明显效果。地质环境是自然环境的基本组成部分，是指人类活动所涉及的地球岩石圈的一切物质和作用的总和。它包括各种岩、土及所含矿产资源、地质地貌景观和由内、外动力形成的各种地质作用及所造成的地质灾害。它是人类赖以生存和发展的主要场所。

1.地质问题的提出

地质灾害是由于自然或人为作用，多数情况下是二者共同作用引起的，在地球表层比较强烈地危害人类生命、财产和生存环境的岩、土体或岩、土碎屑及其与水的混合体的移动事件。“地质灾害”一词一经被提出，先行者就考虑了地质灾害防治的地质技术因素、相关立法社会保险方面的需求。今天，地质灾害不但是科学界研究的课题，也是公共管理和社会建设共同关注的涉及人类生存与发展的重大问题。

2.地质灾害与地质环境相关性

2.1地质环境对地质灾害的制约作用

无论何种类型对地质灾害必然涉及到地质体， 既要以地质体作为地质灾害的载体，又将地质全作为灾害作用的对象。而任何地质体均存在于特定的地质环境中，是构成地质环境要素的不可分割的部分。因此，地质灾害的发生必然受到其所处的地质环境的制约。

2.1.1地质灾害赋存于特定的地质环境

所谓地质灾害即指那些对地质环境造成劣化影响，对人类生存构成危害的地质事件，而这些地质事件的本质就是地质体的相对运动、状态改变如地壳应力的释放产生地震， 反映形式为地壳震动与地表破裂，形成地裂缝、砂土液化及软土震陷， 表现形式是地表岩土的运动和移位； 其他灾害如崩滑流、地面沉降、塌陷等也均以岩土体的移位或状态改变形式完成成灾过程。

2.1.2地质环境制约地质灾害的发生

如前述，地质灾害是在特定地质环境条件下孕育发展的，若环境条件不具备，则灾害难于形成。即地质环境一方面构成地质灾害发生的条件，另一方面又限制其发生， 起制约作用如泥石流灾害有其发展阶段性，对应于地质环境条件则在沟谷发育的成熟期为泥石频发期， 此前，随着沟谷地貌形态的发育和地质环境的变化，泥石流处于孕育发展阶段，并不成灾.由此可见地质环境对于地质灾害的制约作用。

2.2地质灾害对地质环境的改造作用

2.2.1地质灾害的发生伴随地质环境变化

我们说地质灾害是某地质体相对于所处环境的运动变位及状态改变。那么地质灾害发生的过程也同时完成了地质灾害对于相关地质环境的重塑即改造过程。随着岩崩、滑坡的发生一部分岩体失去势能， 由不稳定而达到暂时稳定。这时完成移位的地质体―灾害载体得到了新的环境条件下的平衡。而地质体的周界―崩塌后形成的临空面及滑坡后壁则改变了原始的应力状态及在环境中所处的地位而构成新的灾害载体，重新孕育下一次地质体的运动变位. 在整个过程中，一部分地质体经过运动变位达到稳定， 另一部分地质体变成了新的灾害载体构成不稳定因素。此间地质体所处的环境相应产生变化。

2.2.2两类灾害环境效应的共性与异性

由前述地质灾害的成灾特性可知两类灾害都具有后效性，对环境产生劣化影响，此为其相同点.突发型地质灾害对环境的改造明显直观，灾害突发，地貌改造均为一次性完成， 缓变型地质灾害对环境的改造不明显。要经过一个累积过程， 灾害长期作用的累进影响反映为环境的变化， 其长期效应明显，且环境效应渐次增强。

3.地质灾害防治体系与防范措施

地质灾害防治工程体系主要包括地质灾害调查评价、监测预警、避让搬迁与治理、应急体系建设和科学技术研究支撑等。

3.1调查区划体系

实施地质灾害调查评价工程是为了建设地质灾害调查评价体系，基本目的是查清地质灾害发生的地质环境条件、评价其危险性，进行地质灾害风险区划，确定重大地质灾害隐患点，为合理开发利用地质环境、实施地质灾害监测预警和防治工程提供依据，为省级和国家层面决策管理提供支持。

3.2监测预警体系

地质灾害监测预警体系包括技术和行政2个方面，是防灾减灾成效突出的重要手段。一个运行良好的地质灾害监测预警体系能够在地质环境条件发生变化时及时捕捉前兆信息，针对不同对象及时发出防灾减灾警示信息，为地质灾害避险决策或应急处置提供依据。搬迁治理工程体系根据地质灾害调查监测结果，对确认危险性大、危害严重的地质灾害隐患点，经过地质勘查评价，采取搬迁避让或工程治理措施，彻底消除地质灾害隐患。在条件具备时，治理工程可以和灾后重建的土地整理或地质环境合理利用结合考虑，以实现防灾减灾与土地资源再开发的双重目的。

3.3应急处置体系

坚持以重大突发地质灾害应急管理需求为导向，立足于现有科学技术资源集成整合，逐步建成适应公共管理需要的重大地质灾害应急处置技术支撑机构、信息网络系统平台、技术装备体系和应用技术系统，科学、高效、有序地做好重大地质灾害应急响应服务。

3.4科学技术研究支撑体系

开展地质灾害防治科学技术支撑研究，对重大地质灾害成生的典型地质环境、内在机理和成因模式进行研判，开展地质灾害风险区划、监测预警、防控方法和防灾减灾技术标准等研究，建立应急响应与模拟仿真研究体系。

由此可知，我国地质环境利用的无序性与有组织的地质灾害减轻行动之交叉与矛盾，即战略层面的被动和战术意义上的主动将持续相当长一段时期，因此非常需要树立更加主动地为人居环境建设的地质安全服务，更加主动地为国家重大工程规划、建设与安全运营提供地质服务，更加主动地为提高社会公众防灾减灾意识，推动和支撑各级政府科学管理地质环境的理念，以实现地质环境利用效益最大化，地质灾害风险最小化。

4.结语

为避免和减轻地质灾害风险，就必须树立持续利用地质环境的科学观，把人与地质环境和谐共存放在第一位，把规范人类自身的行为融入到顺应与改造自然过程之中，跳出单纯工程地质评价和地质灾害防治的习惯性思维，突出立足地质环境变化研究建设工程地质环境安全，变保护地质环境和防治地质灾害为持续利用地质环境和主动进行地质灾害防治风险管理，从而避免出现地质环境的不可持续利用现象和减轻地质灾害。

【参考文献】