数据采集及传输在地质环境监测的应用

2021-01-04程礼立

中国金属通报 2020年13期

程礼立

（安徽省地质环境监测总站，安徽合肥 230000）

我国地质灾害频发，灾害发生时分布广泛，相关地质环境监测部门，必须提升对地质环境监测的重视程度，积极研发先进的监测技术，确保提升监测地下位移能力，加强对自然灾害的预见和防控，降低风险；同时，应当建立地质环境预警机制，最大程度上提升灾害预警能力，更好运用现代信息化技术构建集成的信息管理平台。

1 环境监测系统的应用现状

“互联网+”时代下，现代化信息技术快速发展，在各项技术的推动下，环保监测系统随之出现，环境监测系统充分发挥了计算机技术的作用优势，利用计算机网络构建了环境监测信息网络平台，推动环境监测系统不断向自动化、信息化、网络化方向发展，推动在线监测技术的蓬勃发展。当前，环境监测的方法主要是采用单台仪器间断法进行，然而数据信息的共享效果不佳，相关系统研究人员，利用计算机网络技术构建检测信息网络，采用现场总线法进行环境监测，主要通过与计算机连接，在实际的应用中发现，此种方法的采集范围较小，难以真正适应环境监测发展需求。

2 环境监测数据采集系统设计

2.1 系统的总体设计

环境监测数据采集系统，是将采集到的信息数据进行分析处理，并通过系统的液晶显示器反映信息，另外一路信息，则通过无线传输模块将信息传送至主机工作站，与此同时，监测系统将收集到的信息数据，以短信息的方式发送到手机端，进而实现对环境信息数据的动态监测，有效打破传统信息收集的时空局限。

2.2 系统温度湿度模块功能

采集系统的温度湿度模块，能够有效发挥模块自身的功能优势，系统模块本身体积小、质量轻，在数据采集方式上简单易操作，通过温度湿度模块的应用，温度传感器可以利用自身高速的信息处理能力，提升信息数据传输效率，保证信息采集及传输的准确性，同时能够保证在网络传输过程中的安全性、可靠性，最大程度上为环境地质监测人员，提供可行性数据分析，通常温度湿度模块，可采集周边环境的温度以及相对的湿度，一般传感器的温度在-30 摄氏度～+130 摄氏度之间，工作电压在2.5V～6.5V 范围内[1]。

3 分析数据采集及传输在地质环境监测中的应用

3.1 监测系统分析

3.1.1 系统的构成

有关研究人员，积极研发地质灾害监测系统，部分省市逐步建立起“地质环境监测预警新技术示范研究”项目，并在研究过程中取得明显的成效。在信息技术的支持下，有关研究人员就地质环境监测现状研究出监测系统，其原理是将核心业务模块，集中在一台服务器上，在专线网络的支持下，实现远程动态数据监测，系统中的业务模块，通过对数据信息进行分析后，利用系统终端机访问服务器进行数据集中分析，为数据信息分析提供了优势作用，整体的系统框架（如图1 所示）。

图1 系统总体框架图

3.1.2 系统功能

系统开发人员，利用开源方案，建立系统基础数据库，其功能优势在于在开发过程中提出了先进的概念理论，为商业化的数据库建立夯实基础；同时，监测系统基于用户使用便捷的角度出发，结合用户的实际需求，设计人性化的操作界面，运用系统后台，提供交互性较强的系统界面，进一步实现了系统管理和业务应用的功能，增强了用户的使用体验[2]。系统通过实名授权的方式，赋予用户授权浏览的权利，最大程度上提升了数据信息的安全性，为数据传输提供了安全的网络环境。

3.2 基础数据库建设

3.2.1 基础数据库监测数据管理

信息时代下，数据信息的采集量逐渐加大，要想在海量的信息数据中提取有效的信息，如地质环境监测中的断裂监测、岩溶地下水监测、地面沉降监测等。对数据信息采集技术要求较高，通常采集时间需要在5S 内完成，在实际监测过程中，地磁、地电、水文等监测点的信息数据可达到8 万条以上，仍沿用传统的人工数据采集方式，将难以满足实际工作需求。

3.2.2 断裂监测

断裂检测模块中，包含了水位监测系统、地电场观测系统、水位观测系统等，在互联网技术支持下，将建立的监测站与服务器中心相连接，进而实时采集动态数据，实现对数据的断裂数据信息的分析，进而提升数据监测的准确性。断裂监测数据的采集，根据监测站点实时采集地磁、地电、水位等观测到的信息，在远程网络支持下，实现数据传输。数据监测系统管理平台，将接收和传输的数据信息，实时反映在数据管理界面上，便于相关人员查询信息，同时系统管理人员，可根据地质环境数据监测需要，及时调整和切换监测点，浏览断裂数据的曲线图，并邀请数据监测人员共同参与其中，就观测点进行数据分析，并在短时间内提取有效的信息数据。

3.3 地质环境监测系统的应用

遥感技术的应用：遥感监测技术在地质环境监测中的应用十分广泛，尤其在野外，利用遥感技术节省了大量的人工，提升了数据采集的准确性，保证数据信息传输时效。遥感技术在具体监测中，利用红外线可实时查找到不同的磁力感应，进而获得监测的结果。在遥感技术支持下，建立计算机处理平台，进一步处理好相关的数据信息，在互联网的支持下，实现网络信息的共享，同时，遥感技术支持可根据监测的不同信息数据，呈现不同的数据变化。尤其在矿山地质环境监测中，遥感技术可根据崩塌的地质环境图像，绘制出图形，便于监测人员观察分析，通过数据信息实时反映地质环境的污染情况，以及周边固体废弃物的堆积情况。遥感技术在矿山开采过程中，可监测粉尘情况，并在系统中实时反映，便于相关人员及时制定相关的措施[3]。基于遥感图像的清晰度较高，在图像中可清晰化地呈现地质元素含量分布，尤其在偏远山区的地质环境监测中，遥感技术的监测效果显著、空间分辨率较高。

3.4 预警信息管理系统的应用

3.4.1 岩溶地下水监测模块

在岩溶地下水监测模块中，通过安装编程软件、远程数据传输仪等，提升数据采集、监测的精准性，有关人员事先设置好监测频率，包括水监测孔的温度、压强、电导率等相关信息参数，同时经过相关数据计算，可将压强数据转化为地下水位。同时，利用安装好的数据发射装置，可通过服务器实时接收监测数据，将监测到的数据信息存储在数据库中，便于用户实时进行数据检索和查看。在地下水位监测中，可以通过监测孔，观察地下水位变化情况，相关人员可以根据检测孔的编号，有选择性地关闭或者打开监测孔的曲线信息，进而为数据对比分析提供参考依据。对于单孔的地下水位数据监测来说，可以通过设计时间轴坐标，查看监测数据变化情况，并在网络系统支持下下载水位观测数据。同时，相关人员，可以根据监测孔的水位变化趋势进行划分，当监测孔显示的数据信息从较高值向平稳值变化时间，可认定为水位变化是趋于平稳的；所监测的信息数据在同一时间内保持稳定的情况下，可认定为水位信息是保持平稳的状态；所有监测孔在同一时间段内呈现上升的趋势，可认定为水位变化值是同时抬升的；因此，有关人员可以根据监测到的水位变化趋势，分析地下水对附近岩土层造成的破坏程度。

3.4.2 地面沉降模块

图 2 地面沉降监测功能模块构造图

地面沉降模块的作用功能发挥，需要依托地面沉降自动化监测设备，监测设备中包括沉降计、自动化信息采集箱、无线电传输模块等，模块中的传感器，通过将主机接入网络终端，实现数据采集和监控，同时建立监测预警管理平台，数据监测人员，在远程进行自动化监测；在远程数据系统支持下，数据可直接以文件的方式导入，相关数据管理人员，可通过建立地面沉降监测数据库，预测分析沉降情况，具体的系统模型构造（如图2 所示）。

3.5 应用于复杂地质环境的距离监测装置

针对地下位移数据信息监测难点，部分研究人员，研发出一种应用于复杂化的地质环境距离监测装置中，利用霍尔效应实现对地质环境中两点间距的在线监测，此装置不易损坏、使用寿命长，在数据采集过程中时效性强。具体的数据测量流程（如图3 所示）：

图 3 距离测量流程图

3.6 水位采集

地下水位监测系统的应用，可以最大化提升监测信息的准确性，帮助地下水位监测部门实时了解地下水情况，促进地下水治理意识的提高，相关人员，可以根据动态监测信息，科学分析地下水位上升、下降的原因，确保通过建立自动化监测网络，全面分析地下水位的全过程变化情况，便于数据采集人员更好掌握地下水位变化规律。

3.7 位移数据采集

现阶段，检测地下位移的主要方法为钻孔倾斜技术、时间域反射测试技术、集成传感器技术。在实际应用中发现，时间域反射测试技术较比其他技术更具优势，通过采集岩土地下位移测量情况，将集成传感器方案以更加直观的方式呈现出来，当然，在实际进行地下位移数据采集中，难度相当大，存在磁性减退的问题，因此，岩土中距离的测量是地下位移测量的重难点，需要技术研究人员进行的探究和专研。