地质灾害监测数据预警流程初步研究

陈星宇 张伟劲 闵宇航 郑彦虎

摘  要： 为了减少近年来多发的地质灾害对人们造成的损失，初步研究了用于地质灾害预警与防治的监测数据预警流程。讨论了数据库的总体设计和数据的来源;对数据库进行结构设计，提出了数据预处理方法;通过数据阈值预警来进行地质灾害的预警与防治。文章指出了建立数据库的必要性，认为只有建立了数据库才能做到地质灾害预警与防治的高效、精准，才能尽可能地降低地质灾害对人们生命财产造成的损失。

关键词： 地质灾害; 数据库建设; 数据预处理; 预警; 防治

中图分类号：TP315          文献标识码：A     文章编号：1006-8228（2020）03-20-04

Preliminary research on early warning procedure based on

geological disaster monitoring data

Chen Xingyu， Zhang Weijing， Min Yuhang， Zheng Yanhu

（collegeof information science and technology， Chengdu University of Technology， Sichuan， Chengdu 610051， China）

Abstract： In order to reduce the losses caused by geological disasters in recent years， the monitoring data early warning process for geological disaster early warning and prevention is studied. The overall design of the database and the source of the data are discussed; the structure of the database is designed and the method of data preprocessing is put forward; the early warning and prevention of geological disasters through the early warning of data threshold are carried out. This paper points out the necessity of the establishment of the database， and it is believed that only the establishment of the database can make the early warning and prevention of geological disasters efficient and accurate， and reduce the loss of life and property caused by geological disasters as much as possible.

Key words： geological disaster; database construction; data preprocessing; warning; prevention

0 引言

近幾十年来，温室气体持续排放，据数据估计，全球碳排放2018年就增加了3.4%[1]，由于大量的温室气体排放，导致“全球变暖”，全球气温上升使冰雪融化速度增快，降雨量逐渐增大，最终导致各地地质灾害频发。地质灾害不仅对人类造成了巨额的损失和严峻的威胁，对自然环境也造成了严重的破坏[2]。因此为了保护自然坏境，收集地质灾害数据以及建立一套地质灾害的数据库已迫在眉睫[3]。通过数据库的数据对地质灾害预警，进而防治，对已经造成损失的相关数据进行统计与评估，能将损失降到最低。

1 总体设计与数据获取

数据服务负责接收传感器采集的数据，并根据平台主体业务、数据统计和展示方式对数据进行处理，如图1所示。

数据获取通过野外布置传感器设备进行数据的收集与上传，同时通过摄像头进行人工监控。传感器包括：深层水平位移传感器、地下水位传感器、深部位移传感器、表面位移传感器、雨量站、水位传感器等等。

2 数据库建设

2.1 数据库结构

接收到传感器上传的数据，按照监测内容进行分类存储，每一类型的数据表按照月份进行分表，例如：

device_yl_201902 （设备_雨量_时间月份），如表1所示[4]。

2.2 数据预处理

由于传感器采集上报的数据会存在异常或错误，所以需要对数据预处理。一般存在以下五种异常。

数据丢失异常：部分时间节点的监测数据丢失。

时间漂移异常：传感器时间错误导致的数据采集时间错误。

数据重复异常：同一条数据上报多次。

数据跳跃异常：数据明显跳跃，如0.5mm、0.6mm、30mm。

异常数据：异常的数据，如超量程数据、一段错误代码或-10000mm。

⑴ 数据丢失异常处理

根据上报数据的传感器编号得到前四次上报的正确数据;

将前四次上报的正确数据与本次上报数据同时作为入参，传入处理部分，期望输出为本次上报数据的理论采集值;

得到理论采集值将本次上报数据中的采集值更正后，在业务数据的标记属性中添加异常数据对应的标记码。

⑵ 时间漂移异常处理

根据上报数据的传感器编号得到丢失前四次上报的正确数据;

将丢失前四次上报的正确数据与本次上报数据同时作为入参，传入处理部分，期望输出为丢失数据集中的采集值、采集时间、采集次数;

得到丢失数据集将数据集中差的传感器编号、成果数据值、标记码进行补齐。其中标记码为数据丢失对应的;

将补全的数据集中最后一天数据更新;

将数据集中的数据存入数据库。

⑶ 数据重复异常处理

根据上报数据的传感器编号得到上次上报的正确数据;

将上次上报的正确数据与本次上报数据同时作为入参，传入处理部分，期望输出为需要保留的数据;

在保留下的数据中，标记属性添加数据重复标记码。

⑷ 数据跳跃异常处理

根据上报数据的传感器编号得到前四次（如果存在数据丢失，即为丢失前的四条数据复用）上报的正确数据，得到传感器信息;

将前四次上报的正确数据、传感器信息与本次上报数据同时作为入参，传入处理部分，期望输出本次采集的理论值;

将本次上报数据中的采集值更新为输出的本次理论采集值，在标记属性添加数据跳跃标记码。

3 数据阈值预警

数据存入数据库之后，监控平台获取各项数据，经一定算法的计算之后，做出预警等级判断，若等级达到了预警级别，则自动通知值守人员发生预警的地点，值守人员进行前往调查，若有必要，再通过专家判断进行灾害级别划分，以及做出进一步行动。

3.1 阈值预警

定义全局MapWarn，用于缓存系统阈值預警模板。存储格式为key-value格式，以传感器编号为key，模板内容信息为value，缓存到MapWarn中。

在系统启动时，查询监测对象使用的预警模板和传感器信息，将每个传感器对应的预警模板中监测内容的预警值与传感器存储在MapWarn中。

3.2 预警判定

在系统启动时，立即查询数据库中监测对象对应的预警模板。将监测对象中的传感器编号作为key，预警模板对象作为value缓存到MapWarn中。具体流程如图2所示。

⑴ 查询数据库中监测对象对应的预警模板：在数据服务启动时，从数据库中查询所有监测对象中各传感器对应的预警模板，以传感器编号为key，预警模板信息为value保存到MapWarn中。

⑵ 新增监测对象或选择预警模板：若新增监测对象在选择预警模板确定时，或者修改监测对象预警模板确定时，同时请求数据服务中更新MapWarn接口，将MapWarn中数据进行更新。

3.3 预警流程

根据上报数据中的传感器编号即该监测内容类型，从MapWarn中获取到对应的监测内容对应的各个预警模板，具体流程如图3所示。

流程说明：

⑴ 预处理数据：从预处理数据中获取本次变化、累计变化、24h变化的值;用于后续警情级数判断。

⑵ 从数据库中计算出连续变化率：根据传感器编号从数据库中查询改传感器累计三天的变化率，放到自定义的变量中，用于后续警情级数判断。

⑶ 获取MapWarn中对应的预警模板：根据传感器编号从MapWarn中获取对应的预警模板信息。

⑷ 最后得出预警结果，结果结构为“本次变化-3级”+“连续变化-2级”等;

4 结束语

对于各地地质情况应及时收集当地的地质数据，建立数据库，将进行数据预处理后的数据存入，做好对地质灾害的监督与防治工作，尽可能提前预防地质灾害;对于已经发生的地质灾害，本文的研究能够使地质灾害监测平台直接调用数据库中的数据进行判断与处理，根据数据的变化进行预警，从而做到快速反应，迅速援救，尽可能降低地质灾害对人们造成的损失[5]。从前景来看，本文提出的数据预处理可以运用在各个地质灾害监测平台上，根据各个地区的地质情况再做微调即可建库，预警流程也无需做出大幅改动，通用性强，方法简单，精准高效。对于不同地区的地质地貌，本文需进一步研究以根据当地地质情况在合适地点布置传感器，以实现误差最小化，数据采集效率最高化[6]。

参考文献（References）：

[1] 胡德良，托尼·巴波萨.全球变暖加速 2018年海洋温度创纪录[J].资源与人居环境，2019.4：44-45

[2] 王克峰，李芹.地质灾害信息系统及群测群防体系基础地理信息数据库建设[J].测绘与空间地理信息，2017.40（11）：100-102

[3] 高佳.基于Geodatabase的矿区地质灾害数据库的设计[J].西安科技大学学报，2014.34（6）：748-753

[4] 张勇，王小明，程显洲.上海地震灾害情景构建数据库建设[J].地震地磁观测与研究，2018.39（1）：154-158

[5] 李萍，李海凌.基于知识管理的自然灾害信息档案管理研究[J].价值工程，2018.37（26）：23-25

[6] 谢国安.水利工程地质灾害危险性评估方案研究[J].河南科技，2019.20：94-96