基于智能云的多参数耦合地质灾害监测预警系统的应用

赵 越，胡 静

（1.江西省地质环境监测总站，江西 南昌 330096；2.江西省勘察设计研究院，江西 南昌 330224）

我国是世界上地质灾害影响最严重的国家之一，党和政府高度重视自然灾害防治。中央财经委员会第三次会议明确提出“坚持预防为主，努力把自然灾害风险和损失降至最低”的防灾减灾要求，所以加快构建地质灾害“人防和技防并重”的专群结合的监测体系建设，切实提高我国地质灾害监测预警水平将成为未来工作的重点。

以往地质灾害“人防”体系主要依托群测群防体系，通过群测群防员的日常巡查，肉眼宏观观测或埋钉法、贴片法等简易监测对地质灾害体变形情况进行判断，依靠铜锣、口哨等进行预警，此方法虽然可以对地质灾害发生起到一定预警预报作用，但时效性差，对于突发性地质灾害防治效果不明显。而通过叠加地质灾害监测预警系统等“技防”手段，实时对灾害体进行气象、位移等监测，提升了时效性，从而更好的辅助群测群防工作，为地质灾害预报预警增加保障。

本文以萍乡市某标段地质灾害专群结合监测预警实验点建设为例，阐述基于智能云的多参数耦合地质灾害监测预警系统在专群结合的监测体系中的应用及存在的问题。

1 区域地质灾害及监测预警概况

1.1 地质灾害概况

标段区域内有滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、滑坡隐患、崩塌隐患等各类地质灾害1337处，规模均为小型，潜在威胁人口16002人，潜在经济损失21779.1万元[1，2]。总体上看，标段内地质灾害具有点多面广、规模小、类型复杂等特点，给当地人民群众生命财产安全造成了较大隐患。

1.2 监测现状

标段内人民政府、自然资源主管部门相关领导历来十分重视地质灾害防治工作，区域内对于地质灾害监测建立较为完善的各级监测预警制度，制定了防灾预案，但监测手段仍主要以日常巡查监测为主，缺乏相应技术支撑，特别是汛期群测群防员压力很大。

2 基于智能云的多参数耦合地质灾害监测预警系统

2.1 总体架构

多参数耦合地质灾害监测预警系统是为满足地质环境智能监测设备数字化、网格化、智能化需求，而构建基于海量数据采集、汇聚、分析、预警预报的服务体系。系统基于智能云数据平台，通过对地质灾害体地表、深部变形，雨量、含水率、应力等一系列地质、气象数据的动态采集，实时监测灾害体的位移变化和发展变化趋势，结合影响滑坡发育的重要因素以预警理论模型完成对灾害体稳定性分析及对对灾害的预警预报发布工作。

2.2 数据采集功能

数据采集是通过布置在灾害体上部的各种自动化监测设备实现数据智能采集、长期固态存储，使用全网通、4G、北斗卫星、光纤等多种通讯方式将数据传输至监测预警平台，并以图表的形式直观反映监测数据的变化情况，数据采集频率可根据监测需要调整。

2.3 数据分析功能

标段区域内地质灾害的诱发因素主要为降雨，依据雨量计、裂缝计、倾角加速度计所获取降雨量、位移变形量、位移变形速率及加速度等动态指标，以滑坡时间-位移-降雨曲线的切线角为主要判据[3]，结合灾害体地质特征以及宏观变形特征，构建了多参数耦合分析的地质灾害预警模型，利用模型实现高精度的地质灾害预警预报，同时根据灾害机理认识与监测数据不断优化调整模型及阈值。数据分析主要采取比较法、图表法、特征值统计法及数学模型法等方法，并结合人工监测数据和人工现场巡查记录，实现对地质灾害的稳定状态及变化趋势有效把握。

2.4 预警预报功能

基于灾害体的宏观迹象、自动化监测数据和区域气象参数，按照地质灾害发生的发展阶段、紧急程度、不稳定发展趋势和可能造成的危害程度，建立了红、橙、黄、蓝（表1）四级预警体系，预警平台能第一时间将相应等级预警信息告知有关防灾责任人、监测责任人、群测群防员，并根据有关规定决定是否向社会发布，发布渠道包括电话、网络、电视台、广播、短信等方式。

表1 四级预警级别划分表[4]

2.5 预警响应机制

结合标段内县级地质灾害防灾体系建设的相关文件，设置了如下监测预警响应机制：

（1）蓝色预警：蓝色预警发出后，群测群防员去现场对宏观迹象进行巡查并将有关情况反馈至乡（镇）防灾办及专业监测人员。

（2）黄色预警：黄色预警发出后，防灾责任人、群测群防员应去现场对宏观迹象进行巡查并将有关情况反馈至乡（镇）防灾办、专业监测人员；乡（镇）防灾办将有关情况反馈给县（区）级自然资源主管部门；专业监测人员加强监测数据分析，加密监测，预测发展趋势。

（3）橙色预警：橙色预警发出后，防灾责任人、群测群防员去现场对宏观迹象进行巡查，如发现仍有少量变形迹象产生，应首先按应急预案撤离受灾群众，同时上报乡（镇）防灾办、专业监测人员，乡（镇）防灾办将有关情况反馈给县（区）级自然资源主管部门，专业监测人员加强监测数据分析，开展短期预警，预测发展趋势；县（区）级自然资源主管部门会同技术支撑单位前往现场进一步核查。

（5）红色预警：红色预警发出后，防灾责任人、群测群防员去现场对宏观迹象进行巡排查，如发现明显变形迹象，应首先按应急预案立即撤离受灾群众，同时上报乡（镇）防灾办、专业监测人员，乡（镇）防灾办将有关情况反馈给县（区）级自然资源主管部门，县（区）级自然资源主管部门将有关情况反馈给市级自然资源主管部门，县级自然资源主管部门会同乡（镇）和技术支撑单位前往现场进一步调查处置，若确属灾险情，则立即按照应急预案和灾险情速报机制采取相应行动。

3 监测系统的实际应用

3.1 系统运行情况概述

标段内地质灾害监测预警系统自2021年5月试运行以来，截至2021年9月30日，预警总数611条（表2），其中正常预警98条，异常预警513条，其中数据异常431条，设备维护造成的误报82条。有效预警地质灾害3处，紧急转移人口14人。

表2 试运行阶段预警数量统计表

从时间上看，异常预警多发生于2021年8月之前，为设备试运行初期，对设备调试导致数据异常造成的误报多达500余条，8月～9月设备调试基本正常后，异常预警则大幅度减小，8月～9月总计异常预警仅10条。

从预警设备上看，正常预警设备主要为雨量（75条），异常预警多发生于裂缝计（261条）、雨量（114条）、倾角计（99条）等，误报较多的原因为前期安装过程中设备安装不规范，造成设备误颤、数据跳跃，其次为固件升级及阈值设定造成的数据异常。后期通过设备维护、预警模型调整、阈值优化后，8月份～9月份设备预警趋于稳定。

总体上看，因前期试运行阶段大量设备调试造成的异常预警较多，设备正常预警率低，后通过设备维护、预警模型调整、阈值优化后设备性能与监测点实际情况基本匹配，异常预警逐步降低，设备稳定较好，能较准确反馈监测点现场情况，设备可靠性较高。

3.2 运行过程中存在的问题

（1）部分设备因太阳能板过小或受树木遮挡较严重，造成设备亏电停机。

（2）部分设备因设备安装人员经验不足，安装缺乏规范性，造成设备安装不到位。

（3）预警阈值设置过低，造成设备误报较多。

（4）监测预警的相关法律、规范待完善，预警处置机制待完善。

4 结论

基于云智能下的多参数耦合地质灾害监测预警系统在本次专群结合监测预警实验中成功实现了地质灾害监测数据的快速采集、处理分析、预警预报等功能，“人防+技防”风险预警模式初步建立。但监测预警工作仍存在一些问题，未来仍需在设备参数标准、安装标准上进行规范，在预警模型、动态阈值设定方面需积极探索，在预警机制上做好闭环管理。