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摘要:针对监测预警系统,文章以构建其的核心技术为切入点,通过归纳信息技术特点,依次给出了基于物联网等技术,处理监测信息收集、远距离无线传输、数据集成,乃至核心信息及时挖掘的思路以及方式。在此前提下,建立了基于信息技术的系统,且选择了某一滑坡实行运用,结果显示这一技术方式有效,系统具备较好的稳定性,可为相关部门决策提供有力技术支持。总之通过本文的探究,旨在能为业内人士提供借鉴。
关键词:地质灾害;物联网;信息技术;大数据;云计算;数据挖掘
0引言
中国属于一个多山的国家,很多地质灾害伴随项目建设以及资源开发,正变得更加突出,根据有关统计,每一年导致的损失大概有三百亿元,而且呈现增长的趋势。尤其是地质条件相对复杂的区域,通过多次地震之后,地质灾害变得更为严重。在2010年的时候,基于强降雨的作用,汶川震区的很多地方,出现了严重的泥石流灾害,导致了很大的伤亡以及经济损失。又如在2013年的时候,云南省某县出现了滑坡灾害,导致了几十人遇难。显而易见,地质灾害变得更加显著,很大程度上,都影响了经济建设以及生命财产。对此,地方投入了很多资金,不过被多种因素所影响,可以执行项目治理的隐患点并不多,更多的是,应该制定合理的、可行的监测预警方式。现如今,合理引入监测技术,针对地质灾害,掌握其演变规律以及产生机理,第一时间实施可行措施,已实现对很多处滑坡进行了预警,防止了伤亡以及经济损失。尤其是这几年以来,信息技术正朝着自动化趋势发展,以物联网等为代表的信息技术,正大力渗入至很多领域,比如环境。所以,基于该种灾害产生机理以及预警根据研究,能够进一步借助新一代新技术在有关方面所具备的优点,比如信息收集以及传递,建立实时预警系统,切实增强应对灾害的能力。对此,针对新一代信息技术,文章基于归纳其核心特点,充分借助其物联网等优点,构建了监测预警系统。与此同时,将某一滑坡当作研究例子,开展了系统检验,对于灾害监测信息,初步达到了与之有关的多项功能,比如及时获取、实时预警等。
1物联网概念与地质灾害类型及其影响
1.1物联网概念
之所以提出物联网这一概念,旨在使实体之间能够进一步彼此沟通,传输信息。它的定义并不复杂,也就是:将全部物品通过信息传感设施,比如传感器,和互联网进行连接,开展信息交换以及通讯,以达到综合功能,其中包括信息查询、定义以及分析等[1]。
1.2主要类型及其影响
在国内地质灾害有着很多种,比如滑坡以及泥石流,存在着很多的特点,即分布较广、出现较为频繁,能够带来很大的危害。一般情况下,致使这些灾害的因素有:地震以及强降雨过程,尤其是滑坡以及崩坍,它们的分布较为广泛,发生的频率较高,根据有关的统计,记录编目的隐患点高达23万处,对数千万人造成了威胁,分布于国内很多省以及自治区。
2新一代信息技术特征
何谓地质灾害监测预警,也就是信息的收集、传递以及发布等的过程,信息的实时性和可靠性为关键所在。对于处理问题的处理,应该科学借助一些信息技术。从定义上来看,何谓信息技术,通常指借助信息科学的原理以及方式,达到延伸信息功能的技术,通常情况下,将计算机以及通信当作核心的方式,来达到数据的提取、整理以及使用等。伴随众多技术的不断进步,信息的类别出现了显著的改变,不局限于数字和文字,还包括图像以及视频等,显著推动了信息技术的进步。以物联网等为代表的信息技术,关键运用于处理以下问题,也就是数据交换以及集成等,能够短时间内获得以及评价核心信息,同时所获取的新知识以及规律,能够很好地支持决策分析过程。显而易见,即便它的发展时间较为短暂,不过因为在很多方面有着显著的优势,比如信息收集与整合,会在监测预警研究方面,起到更为关键的推动作用。根据表1所含信息可见,信息技术是处理怎样更迅速地收集数据,怎样更科学地组织数据结构,乃至当面对很多数据时,怎样开展分析以及评价,以及时掌握核心信息,也就是高效处理能力。图1所示为信息技术的构成关系图。显而易见,对于新一代信息技术,它的构成是借助通信技术确保数据的传递渠道,凭借物联网技术,进而达到数据的及时获取,采用大数据技术,从而来处理数据组织以及改进,再借助云计算达到核心数据的获取。也就是建立1个中心保障,三个技术支持的处理数据收集、组织以及研究的关系网络。若把它比作章鱼,可把八只触角当作物联网组织,据此能够获得实时信号[2]。就它的神经元系统而言,能够合理组织这些数据,与此同时,根据生活经验短时间内提取核心信息,也就是所谓的数据挖掘过程。最终,它的大脑会结合核心数据,及时进行决策以及反馈,也就是所谓的实现云计算过程。同理,针对所存在的灾害隐患点,集成它的有关信息,比如变形迹象,合理改进数据结构,达到及时分析以及采集核心信息,均需该项技术的支撑。
3借助信息技术建立地质灾害监测预警系统
监测预警所涵盖的内容较多,不过可行的数据组织以及管理平台为基础。据此,集成实时监测信息,智能达到处理以及分析,达到预警以及发布。另外,伴随监测隐患点变多,再加上监测信息的持续积累,一般的系统架构已难以符合需要,尤其是核心信息的及时挖掘以及评价,均需借助新一代信息技术,进一步来健全以及优化。结合以上系统需求分析,建立系统总设置图,详情见图2。显而易见,该系统的核心功能组成包含多个部分,接下来,详细介绍每一个系统的构建。
3.1基于物联网技术的系统
过去的灾害监测,一般主要是人工以及半自动监测,不过当范围相对大时,一般的监测方式就难以符合。在很多智能化监测体系之中,基于物联网的WSN运用最为普及。适当范围之内设置传感器,根据无线通信协议,构建局域网络系统,除了可以接收传感器所收集的信息,也可以开展信息融合处理,再和远程传输网络进行相连,传递到服务器[3]。图3所示基于该项技术的灾害监测系统,一般是在详细调查以及全面分析的前提下,设置适当的传感器节点,对它的变形迹象以及诱发因素进行监测,比如地表位移,再借助汇聚节点,来处理这些监测信息,最终基于构建WSN,同传输网络的连接,达到多源收集的数据,以统一方式开展批量传递。
3.2大容量数据远程无线传输网络系统
现如今对于数据远程传输,一般包含有线以及无线方式,实际传输技术和它的核心参数(见表2)。就远程无线传输而言,主要推行的是根据移动通信的传输手段,其中涉及到CDMA与GPRS等。对于GPRS技术来讲,它为GSM系统支持的业务,具备着诸多的优势,比如快速传输、便于接进网络、所需成本不高等。针对这一子系统的建设,一般是借助GPRS网络,根据网络协议,通过固定IP地址的手段,构建终端和服务器的连接,达到监测信息远程传递功能。伴随通信技术的持续进步,移动通信技术已达到了商业推广,可以很好符合用户的要求,也就是信息远程传递的稳定性以及有效性。另外,就北斗卫星通信而言,它在灾害监测预警方面,也获得了不错的运用成绩。不过因为卫星传输现如今还有着约束性,也影响了其深入延伸运用范围。所以当建立该系统时,还是优先考虑移动通信技术,不过对于部分相对偏远的山区,在现场信号相对糟糕时,需要设置北斗卫星通信模块来补充,以便能够把监测信息更好传递到监测中心。
3.3多维异监测数据综合集成系统
结合以上分析,得知在传输网络构建方面,有着无法统一的现象,属于多维异构网络系统。可以体现于多种异构,比如组网以及管理方式异构。所以需要多加分析信息结合问题,以及传感器间的协同。在异构网络环境之下,为达到多源数据集成,构建了灾害监测信息编码体系[4]。无论是哪一种监测类型,所对应的数据,均通过18位字符串当作关键字,开展有关数据检索,例如520121010001YL0101,其中字母之前的数据,属于灾害隐患点编号,也就是520121010001,而YL01属于监测点编号,01属于数据类型编号。在此基础上,也就构建了多维信息的关联,针对多维异构,除了达到了数据集成,也易于对模型进行研究以及计算。
3.4基于云计算的数据挖掘系统
对于灾害监测预警来讲,它所包含的数据有很多种,数据结构并不简单,怎样基于海量的数据,从中提取用于决策研究的核心信息,以往的操作型数据库是无法达到的。根据云计算数据挖掘,能够借助设置服务器集群,进而来保存灾害信息,同时能够借助并行计算等手段,达到数据联合研究,进一步挖掘其中所存在的联系,找到内在的规律。所以,引入这些新技术来处理核心数据快速挖掘,存在着突出的优势,图4所示为数据挖掘流程图。显而易见,关于数据挖掘流程,可以将其分成多个部分,比如数据仓库构建与运用研究。何谓数据源,也就是所构建的信息数据库,采取有关的数据处理手段,能够构建冗杂数据关联,进而达到数据的可行分析,以及核心信息的及时挖掘。实际的操作过程是:对最初数据进行预处理,完成其有关的操作,比如采集与上载,构建数据挖掘平台,也就是所谓的数据仓库。据此,借助云计算以及方式,例如OLAP联合分析,开展数据的关联特点挖掘。显而易见,就数据挖掘来讲,它属于一种数据分析过程,存在着一定的针对性,也就是海量的数据,是根据相关的问题域,来开展组织以及集成,同时不具备更改性。所以,建立基于云计算的数据挖掘系统,也是先从问题域出发。
4应用案例
某滑坡所处地理位置,它的经度是106°48分38.6秒,维度是27度05分45.6秒。滑坡整体上属于舌形,滑向南东,长度达到0.57千米,宽度达到0.33千米,滑面的深度大概有15米,规模在2.51*106立方米上下,属于一种大型土体滑坡(图5)。这一滑坡是降雨诱发的,它的后缘是弧形状。根据调查,在出现特大暴雨之后,它渐渐发生突出变形,处在滑坡体上的房屋被损坏。这几年以来,在出现雨季的时候,都会致使变形加剧,显示滑坡体现如今正处在蠕滑环节。按照具体调查状况,对该滑坡开展监测设置,且借助物联网技术,构建了滑坡监测网络图。显而易见,这一监测选择了四类传感器节点,比如固定式倾斜仪。所有传感器节点采取ZigBee技术(实际上就是一种无线网络协议)开展组网,所有节点所提取的信号,均借助这一无线网络,智能传递到汇聚节点,再通过其借助GPRS网络进一步来实现远距离传输,直到监测中心[5]。利用汇聚节点达到无线传输,能够很好确保信息传递的可靠性以及实时性,防止了在多点传输中,出现信息丢失或者延迟的现象,并且也有助于集成数据,乃至后期的处理研究。基于实现数据集成,对于海量信息的实时解决,不但需以上技术,科学的程序算法也是相当关键的。对此,通过服务器来实现运算工作,且把有价值的结果,保存在数据库之中,系统运行界面只调用结果开展显示,进而促使系统工作效率得到提升。从系统界面来分析,不但能够体现预警等级,也能够有效观察所有监测点的改变现象,达到动态监控滑坡的目标。当然,这一监测预警系统在开发中,还结合了别的技术,因为并非文章重点,所以忽略进行介绍。该滑坡的预警示范,除了能够检验这一预警方式是否有效,也能够很好检验系统工作的稳定性与安全性,持续地归纳实践经验,深入改进监测组网方式、分析算法等,促使系统工作更为精准。以具体的运行状况来分析,系统在很多方面都体现出了很好的稳定性,比如信号收集、数据集成等,监测曲线可以第一时间体现变形特点,所显示的预警级别,存在较好的可靠度,可以为相关部门决策提供有力支持[6]。不过,就现如今的检验结果来讲,也有着一定的问题,主要涉及到:第一,对于数据远距离无线传输来讲,它还有着延迟的情况,尤其是碰上极端天气,比如暴雨。然而,这时又正处于灾害易发期,能够基于构建监测专线专网处理,进而确保传输通畅无阻,不过所需费用较多。第二,现如今的监测预警系统,后台算法并不复杂,实际上还相对简单,只通过衡量监测数据有没有大于阈值,还未尽可能借助数据挖掘算法,从海量的监测数据之中,及时提取可以切实体现滑坡变形趋势的核心信息。第三,伴随监测灾害数量变多,一定程度上会影响到系统工作效率。对此,考虑后续应当强化并行计算能力,且针对监测预警系统,对服务器实行更新以及优化。
5结论
综上所述,对于地质灾害监测预警来讲,它属于一项系统性工程,所涵盖的知识面较广,针对地质灾害,除了应该开展现场调查以及形成机理研究,也应该充分掌握有关的现代技术以及方式,比如网络传输。文章在分析归纳信息技术核心特点的前提下,对于监测预警系统,以其核心技术为切入点,给出了多项技术手段,例如物联网与大数据,处理监测信息收集、远距离无线传输、数据集成,乃至核心信息及时提取的实际思路以及方式。据此,基于物联网信息技术,建立了监测预警系统,达到了多项功能,其中包括查询灾害信息,数据研究以及智能预警等。通过对某一滑坡的运用检验,显示这一系统功能差不多可行,可以为相关部门决策提供有力的技术支持,切实增强了主动应对灾害的能力,提高了应对水平。
参考文献:
[1]张吉宁,薄勇,刘洋洲,等.基于物联网技术的地质灾害监测预警系统设计[J].粘接,2022,48(10):86-89,97.
[2]岳东霞,肖洋.基于干涉测量和物联网技术的甘肃南部地质灾害监测预警.甘肃省,兰州大学,2021-06-22.
[3]黄健,巨能攀,何朝阳.基于新一代信息技术的地质灾害监测预警系统建设[J].工程地质学报,2021,23(01):140-147.
[4]杜金星,夏燕秋,马金辉.基于物联网技术的白龙江流域地质灾害监测预警系统的设计与实现[J].兰州大学学报(自然科学版),2020,50(05):757-764.
[5]徐永强,马娟.基于物联网技术的地质灾害动态监测预警体系及其架构[J].中国地质灾害与防治学报,2019,24(03):90-93,99.
[6]毛旭.基于物联网技术的地质灾害监测预警解决方案[J].物联网技术,2018,3(04):9-10.
作者:李鹏 单位:湖南联智监测科技有限公司