余建军
四川省地质矿产勘查开发局一0六地质队四川成都611130
摘要：我国的地质灾害是威胁人民生命财产安全的重要问题，也是影响社会活动的关键因素，一旦发生严重的地质灾害，将会给国家、社会和个人带来不可弥补的损失，严重影响国家经济发展和社会的和谐稳定。滑坡泥石流地质灾害的损坏程度非常大，能够在瞬间造成毁灭性的损失，是我国地质灾害预防中需要着重关注的一个方面。为了最大限度保障人们的生命财产安全，保障国家和社会事务正常运转，需要设计地质灾害野外监测预警系统，对于滑坡泥石流进行监测预警。本文将从滑坡泥石流地质灾害野外监测预警系统的基本原理、通信组网拓扑图、监测站系统设计、数据采集软件的方面进行探索。
关键词：滑坡泥石流；地质灾害；野外监测预警系统；设计
我国的地质灾害比较严重，而且其损坏能力极强，滑坡泥石流会因为地质构造的频繁活动而产生，由于地质灾害的预测难度比较大，所以在滑坡泥石流地质灾害发生的时候，往往会给社会和个人带来极大的损失，也是影响国家发展的不利因素，滑坡泥石流还具有隐蔽性强和分布广的特点，这也给监测预警工作带来了一定的困难。滑坡泥石流地质灾害野外监测预警系统，其核心是STM32，数据的采集单元是多通道信号调理电路，本地监测网的组成部分主要是Zigbee与电台等，在传感器的使用上主要采用孔隙水压力计、地表裂缝位移计、地下水位计等等，在将数据进行处理和传输的时候，主要是利用北斗卫星与GPRS网络。滑坡泥石流地质灾害野外监测预警系统，除了能够发挥其监测预警的功能外，还具有稳定性高和能耗低的特点。
1、地质灾害区域预警预报的工作原理
隐式统计预警预报方法、显式统计预警预报方法和动力预警预报方法，是随着科学技术的进步和地质灾害野外监测预警的要求，在发展和完善中产生的区域预警预报方式。
在降雨的过程中，地质体会出现地——气耦合的作用，动力预警预报方法就是在充分考量这种作用的前提下，对于动力的变化过程进行研究的一种预警预报方式，与解析方法没有本质的不同。在降雨的过程以及前后，雨水渗入斜坡体会造成动力转化，动力预警预报方法能够在此动力转化机制的前提下，对于斜坡体状态、斜坡体变形过程以及水动力变化进行关系的分析，达到预警预报的目的。对于土壤的含水比、孔隙水压力和水位变化等，能够以钻孔的方式进行实时监测，对于降雨过程及将与前后的斜坡体参数进行分析，此外对于滑坡体物理状态的改变和破坏过程进行分析，并且对三者之间的关系进行分析。斜坡稳定性与水动力场变化之间的关系，可以通过数学和物理方程进行研究，对于预警的阈值进行明确，提高预警预报的准确性和科学性，这个工作开展的前提是能够对于斜坡体的各项因素进行综合考量，比如孔隙水压力、基质吸力和含水量等等。滑坡体的参数监测及其变化规律是动力预警预报方法的关键点，只有在对参数进行整理和分析的基础之上，才能够保障动力预警预报方法预警的精确性【1】。
综合考虑降雨、地质变化等参数，进行预警模型的构建，这就是显式统计预警预报方法。对于地质环境的变化，显式统计预警预报方法能够起到很好的监测作用，对于空间预警的精确度也会逐渐提升。在地质环境复杂的状况下，显式统计预警预报方法是一种比较合适的选择。
在隐式统计预警预报方法中，降雨参数是主要的预警判据，这种方法比较简单，对于地质环境不是很复杂的区域可以进行使用。
2、系统通信组网的总拓扑图
孔隙水压力、地下水位、雨量等因素，都是在对于地质参数进行监测的主要方面，有线连接的方式会由于滑坡面的增大而变得负责，而且成本也会相应上升，对于系统的整体建设来说十分不利。主机与从机结合的方式，能够有效解决这个问题，降低工程的繁琐性，减少成本投入。在传感器比较密集的地方设置主机，传感器与主机的连接方式是有线连接，在传感器和主机距离比较长的位置设立从机，无线连接的方式应用在从机和主机之间，这样主机就能够经由从机采用无线连接的方式获取距离比较远的传感器数据，北斗卫星或者GPRS是从机与主机进行无线连接的主要通信手段【2】。
从机与主机的无线通信方式有很多种，包括Zigbee、WiFi、Bluetooth和数传电台，其中数传电台的成本较高，Bluetooth和Zigbee成本比较低；在传输速率上，WiFi和Bluetooth具有明显的优势；Zigbee的连网所需时间最快，大约在30ms左右。
3、设计野外监测系统
在进行野外监测系统的设计时，应当对于用电问题进行解决，在给铅酸蓄电池进行充电的时候，太阳能电池板能够发挥巨大的作用，一方面节能环保，另一方面便于获取电力资源，使得整个系统的用电难度大大降低。市电供电是与太阳能电池板供电相结合的一种供电方式。一般情况下使用的是太阳能电池板的供电，但是由于天气等原因，导致太阳能电池板不能够满足野外监测系统的用电时，就可以利用市电进行供电，保障监测系统运转的连续性。电源管理模块的设置，能够有效解决野外监测系统的供电出现不足的状况，电源处于工作状态的时候，电路和传感器也是处于工作状态的，当不需要其工作时，电源自动关闭实现节能的目的。
预警电路、无线通信电路和传感器信号调理采集电路，是组成野外监测站主板的主要部分。传感器之间的差异也会导致信号调理电路的不同。微震信号、地声信号、电阻信号等，都是系统传感器的输出信号，这些类型的信号需要由不同的信号调理电路处理。
雷雨情况中，传感器的传输线缆会有感应雷的耦合，这是因为传感器多埋于低下导致的，这也是在野外监测站的应用过程中经常会出现的问题之一。感应雷会有可能烧坏传感器的接口，尤其是在接口没有隔离和防护的情况下，这就使得野外监测系统出现故障，导致滑坡泥石流地质灾害的监测预警不够及时和准确。为了避免这种现象的产生，将压敏电阻、空气放电管、瞬态抑制二极管等添加在传感器的接口，有助于对接口进行有效的保护，避免感应雷对接口造成的损坏，保障系统的安全运行。
4、数据采集软件和数据模型
滑坡泥石流地质灾害野外监测预警系统，其开发平台为VisualC++，其后台数据库为SQLServer2005，野外监测站在与该系统进行联系的时候，主要通过北斗卫星和GPRS的方式。在图形可视化和数据查询的功能方面，主要是通过ADO进行数据库的连接。预测分析、变形数据处理等，都可以通过滑坡泥石流地质灾害野外监测预警系统模型库来实现。
隐式统计预警预报方法、显式统计预警预报方法和动力预警预报方法相结合，是本系统的主要特点之一，前期地质结构的研究主要依靠隐式统计预警预报方法。当监测预警工作不断深入的时候，就需要综合多方面因素，比如历年数据、动力转化机制、孔隙水压力、降雨量等，这就需要建立动力预警模型来完成后续工作，对于滑坡泥石流地质灾害进行精确的预警【3】。
5、结语
在设计滑坡泥石流地质灾害野外监测预警系统时，采用隐式统计预警预报方法、显式统计预警预报方法和动力预警预报方法相结合的方式，以VisualC++为平台，SQLServer2005为数据库建立远程监测预报系统。北斗卫星和GPRS是主要的无线传输单元，太阳能电池板辅以市电作为系统供电的主要方式。
参考文献:
[1]谭承君,罗群,曾国强,葛良全,刘玺尧.滑坡泥石流地质灾害野外监测预警系统[J].自动化与仪表,2014,29(06):17-21.
[2]谭承君.滑坡泥石流地质灾害野外监测预警系统的设计[A].中国地质学会.第七届世界华人地质科学研讨会摘要集[C].中国地质学会:,2013:4.
[3]朱永辉.基于北斗卫星的地质灾害实时监测系统研究与应用[D].清华大学,2010.