地质灾害应急物联平台建设方案

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地质灾害应急物联平台建设方案

发布日期： 2015-01-23 发布：  

  2014年8期目录       本期共收录文章20篇

　　摘 要：我国当前地质灾害应急支撑体系仍然存在着应急信息准确性、及时性、应急处置效率有待提高等问题。因此，急需探索统一的地质灾害应急物联平台的构建方案和技术。本文从技术层面分析了地质灾害应急物联平台建设的若干技术问题及解决手段，为地质灾害应急物联平台建设提供技术参考。
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　　关键词：地质灾害应急物联平台；数据融合；数据共享；快速协同
　　中图分类号：TP208 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2014）08-0080-04
　　0 引 言
　　我国是地质环境脆弱、地质灾害多发的国家之一，滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等突发性地质灾害的易发区面积约占国土面积的65%[1， 2]。2012年全国共发生地质灾害14 322起，造成375人死亡失踪，直接经济损失52.8亿元。2013年全国共发生地质灾害15 403起[3]，共造成481人死亡、188人失踪，直接经济损失102亿元[4]。
　　为此，党的十七届五中全会提出，加快建立地质灾害易发区调查评价体系、监测预警体系、防治体系、应急体系，提高对自然灾害的综合防范和抵御能力，为今后地质灾害防治工作指明了方向。
　　82011年6月13日《国务院关于加强地质灾害防治工作的决定》明确提出：各地区要加快构建国土、气象、水利等部门联合的监测预警信息共享平台，建立预报会商和预警联动机制。积极采用地理信息、全球定位、卫星通信、遥感遥测等先进技术手段，探索运用物联网等前沿技术，提升地质灾害调查评价、监测预警的精度和效率。“决定”为如何利用物理网等先进手段提升地震灾害的防治提供了进一步的政策指导和支持。
　　当前我国的地质灾害监测预警存在着如下几个问题：
　　首先，地质灾害监测防治主要依靠群测群防，难以准确及时的预测预警。地质灾害的监测预警堪称世界性难题[6]。以泥石流为例，不同地区的土壤构成、山坡斜度与地理特征等都存在差异，因此对于判断某个地区发生泥石流的可能性有多大存在很大的困难[7]。尤其是区域性的地质灾害，面积比较大，预报更加困难，不易识别，容易漏报[8]。然而，目前仅依靠群测群防难以保证地质灾害准确、及时的预测预警，监测预警的准确性也难以保证[9]。
　　其次，国土资源部已建成若干业务应用系统，但前端监测数据和其他相关数据缺乏有效融合[10]。国土资源部不仅要掌握重大地质灾害的第一手数据，还需要综合分析相关数据，为领导决策提供数据支持，以应对灾害处置过程中的复杂局面[11]。急需建立统一指挥、反应灵敏、运转高效、保障有力的地质灾害应急物联平台[5，12]。
　　最后，随着物联网的技术的发展及党和政府的政策的指导，将应用物联网技术应用地质灾害应急预测、响应及辅助决策中已成为提升地址灾害应急响应处理能力的迫切需求[11]。运用物联网技术建设地质灾害监测物联平台，进而通过监测设备的接入和质量管理、数据实时采集和海量存储、模型仿真演算，实现地质灾害状态的全面精确感知和智能化分析[13]，为地质灾害监测预警的空间预警、时间预警、强度预警、综合研判和决策指挥提供准确的数据支撑[14]；从而提高地质灾害调查评价、监测预警的精度和效率，提升专群结合的监测预警水平，研制和改造监测预警和应急指挥等先进适用装备，实现数据共享和快速协同，以提高灾情险情监控和应急处置能力[14]。
　　然而，当前物联网在地质灾害应急中应用的范围较小，未形成有效支撑[15]。当突发事件发生时，地质灾害应急管理部门需要“现场看得见”、“数据上得来”，能够显示突发事件发生地周边所有监控视频、传感器监测数据等，持续监控灾害的进展情况，各类信息实时上报，实现对事件全过程监控，直至处置完毕，还可根据传感器信号等相关数据，进行灾害趋势预测，并根据响应预案提出应对措施，提供辅助决策[16]。
　　因此，如何利用物联网相关技术，实现以上地质灾害应急管理的需求正是本文所要研究的主要内容。
　　1 地质灾害应急物联平台建设原则
　　地质灾害应急物联平台需支撑地质灾害监测的业务监测能力，所以平台设计充分考虑其安全性、可扩展性、实用性、一致性、通用性、可移植性。
　　可扩展性：系统架构设计具备良好的可扩展性，软件的模块化结构，适合相关领域的灵活扩展，具有良好的可维护性，可以根据需要修改模块，增加新功能。存储系统和网络系统的扩展相对来说更容易一些，在设计时保证充足的扩展余量。
　　可移植性：产品应采用组件化设计，可容易移植部署到不同环境中运行。
　　安全性：由于系统不是一个孤立存在的，它必须和各种其他系统连接，与Internet连接，提供Web查询服务；以及其他相关系统的访问需要做一定的认证授权，保证系统的安全性。我们方案中从网络层、操作系统层、数据库层、应用层等各个方面考虑，设置了用户权限认证和保护，实现了系统的安全性。
　　2 地质灾害应急物联平台总体框架
　　首先在设计中，初步建立起对各类地质灾害环境监测信息的采集技术手段，并利用Gateway 技术进行关键核心类数据的初步接入，实现对较单一的传感器监测仪的采集终端的多协议接入适配和格式转换功能，如TCP、IP、UDP协议等；地质灾害应急物联平台功能层采用松耦合模块化设计，并实现基础的终端管理等功能，后续逐步根据地质灾害环境监测业务需求进行灵活扩展应用。
　　随着接入更广范围的监测感知设备后，将进一步实现数据融合，完成数据标准化工作、以及数据指标的梳理等完善工作，平台将在实现接收符合地质灾害环境监测传输技术标准的其它有线/无线网络上传的监测数据上，继续完善和丰富基础的管理功能，并实现对海量采集数据进行云存储管理。
　　最后地质灾害应急物联平台将实现全业务范围内的各类地质灾害环境监测信息的采集融合，作为地质灾害环境综合数据库的一个子集，为其他业务系统提供数据接口，兼容接收现有有线/无线网络上传的各类终端传感数据，建设成为支撑地质灾害环境监测的综合性基础平台。 　　图1所示是地质灾害物联平台的体系结构图。一般的地质灾害应急物联平台采用三层架构。其中统一接入层主要是完成应急物联平台与感知终端网络数据通信，实现地质灾害监测数据自动采集和管理功能；业务功能层完成终端、终端参数管理，以及对终端远程控制、参数下发、数据上报、终端远程升级、终端监控管理功能；门户层支撑地质灾害业务的信息化，提供地质灾害应急监测的功能应用服务。
　　3 平台功能设计
　　地质灾害物联平台的整体功能包括监测点管理、终端管理、数据采集、数据融合、数据共享、监测预警、短信告警、统计报表和通信接入等功能模块的基础功能。同时平台支持通过接口方式实现与外部系统的数据交互，如与电信运营商的告警短信接口、与视频监控后台的视频联动接口，以及通过监测数据共享接口实现与地质灾害应急物联网平台的应用支撑。图2所示是该平台的功能架构图。
　　3.1 监测点管理
　　监测点管理包括监测点基本信息、钻孔信息、传感器设备等基础信息管理功能。监测点基本信息主要包括：监测点标识，监测点名称，监测点编码，监测点类型，经度、纬度、高度、设立日期、是否是灾害点、所属组织机构，所属区域，地理位置等。该类数据主要为静态数据，可以采用录入或文件导入方式写入配置数据库。传感器基本信息包括：传感器标识、传感器名称、类型、所属厂商、部署模式、接口数量、所属监测点。传感器基本配置信息，尽量采用可管理协议方式传递到所属传感器网关进行汇聚；如果传感器设备自身不支持或不具备管理协议，也可以采用人工录入或文件导入方式写入配置数据库，通过与监测点建立关联，可以生成监测点与其覆盖范围内的传感器设备的继承关系。
　　3.2 终端管理
　　终端管理是指地质灾害应急物联平台对无线网关设备及其无线感知网节点设备的远程监控基础功能，具体功能包括终端信息管理、终端参数配置、终端告警监控。
　　3.3 数据采集
　　数据采集是指地质灾害应急物联平台能够通过指令控制方式实现对当前类传感器节点感知采集的业务指标、采集指令、采集任务，提供远程配置、下发和基础监控管理。数据采集功能包括采集指标配置（针对业务数据）、采集策略管理（针对传感节点设备）、采集计划管理和采集任务管理。
　　3.4 数据融合
　　地质灾害应急物联平台作为多种监测手段的实时数据融合中心，实现对专业监测数据、群测群防数据和视频监测数据的集中存储和管理。数据融合功能包括统一数据适配和统一数据模型管理。
　　3.5 监测预警
　　监测预警是指对传感节点感知设备执行数据采集任务，对监测的性能数据（指标）的及时性、完整性和是否超过门限进行监控管理，具体包括采集指标监控、异常规则配置、性能告警监视。
　　3.6 短信告警
　　短信告警指系统通过接口开发，支持不同告警级别设置不同的通知方式配置操作。目标实现通知的方式包括：WEB、邮件、短信等。
　　短信告警通知是本此项目实现的重点，其主要功能包括对短信格式的初步设计和短信告警的初步查询。可以初步实现对输出到手机上的告警结果信息进行编辑维护，定义短信格式后将告警信息通过短信通知到指定人员，并能对短信告警信息查询。
　　3.7 统计报表
　　根据静态录入和动态采集的监测点信息、传感器信息、终端（网关）信息、各类监测数据等，逐步生成和完善基于监测点、传感器类型、时段等维度的业务统计报表（侧重于预警等实时监测分析）和设备资源报表，并逐步完善报表的样式、种类和展现形式
　　3.8 数据共享
　　地质灾害应急物联平台作为多种监测手段的实时数据存储中心，通过标准化的服务接口，为各级地质灾害管理部门、地质灾害研究机构和各类地质监测应用提供数据支撑。
　　3.9 通信接入
　　地质灾害应急物联平台设计支持GPRS、3G、光纤、北斗、Wi-Fi、以太网等多种基于IP通信方式，同时支持GSM短消息、北斗短信等通信息方式，完成报文格式校验、加/解密、分/合包、重发控制等处理、发送缓存等处理。
　　4 地质灾害应急物联平台的外部接口
　　地质灾害应急物联平台的外部接口，主要是与传感器节点设备后台管理系统、视频监控管理系统、上层地质灾害应急物联网平台以及告警通知数据接口。以下分别描述如下：
　　4.1 感知设备通信接入接口
　　地质灾害应急物联平台，通过统一通信接入模块，实现对各类感知采集设备的接入管理，可以支持与厂商传感节点后台管理系统做统一接口，从专业监测厂商后台获取感知数据，或者通过WSN传感节点网关设备的汇聚功能，实现各类感知数据间接捕获。
　　4.2 视频联动接口
　　视频联动接口位于地质灾害应急物联平台与视频监控系统后台系统之间，当专业监测指标发生异常时，能够通过主动推送告警方式，触发视频监控系统自动启动视频采集功能。
　　4.3 监测数据共享接口
　　监测数据共享接口位于地质灾害应急物联平台与其他专业应用平台之间，实现专业监测信息的共享接口，外部各类应用系统都可以通过此开放数据接口与地质灾害应急物联平台建立通信，获取所需要的监测业务数据。
　　4.4 告警短信接口
　　告警短信接口位于地质灾害应急物联平台与电信运营商短信网关之间，当专业监测指标发生异常时，能够通过地质灾害应急物联平台与短信网关之间的无线接口，主动发送相关告警信息，到指定的告警短信接收人手机上进行及时显示。
　　4 平台的开发与实现
　　4.1 平台技术开发
　　地质灾害应急物联平台部署时要充分考虑与具体业务要求、网络环境、平台资源等的对接和整合。在部署实施前根据实际终端接入数量、采集数据量、采集实时性、采集内容等要求，结合现有业务平台体系结构，现场的平台软硬件环境等，安装JRE环境、部署应用包、数据库，并准备相关的基础数据。 　　平台部署时需要2台服务器和一个公网IP地址：应用服务器和数据库服务器，应用服务器部署系统核心服务和Web访问服务，数据库服务器存储各种类型的专业监测数据。服务器配置要求至少满足500 GB硬盘、4核CPU 2.4 GHz主频、8 Gb内存，数据存储容量视后续接入的监测点采集数据量大小进行扩充。
　　4.2 平台实现
　　目前，已经完成开发的监测点管理、终端管理、数据采集、数据融合、数据共享、通信接入功能模块的开发。图3所示是该平台的运行示意图。图中所示是正在进行监测预警和短信告警模块开发。通过上述平台已成功集成云南新平县河口糖厂和南恩小学两处滑坡点不同厂商，不同监测仪器上传的监测数据。
　　5 结 语
　　地质灾害应急物联平台是物联网系统中的核心系统，是感知设备与后台应用的关键环节。通过地质灾害应急物联平台的建设，支撑多厂商、多协议专业监测仪器接入，支持多监测指标类型的集中转换处理，实现了多厂商专业监测后台系统的融合，增强专业监测设备的远程管理能力，拓宽专业监测数据的应用范围，实现多源、多时、多维、实时专业综合监测数据的直接采集、处理、呈现，为物联网技术在地质灾害应急响应领域的推广打下了坚实的基础[8]。本文下一步工作是在地质灾害应急物联平台的基础上，重点研究并开发面向地质灾害应急专业应用服务。
　　致谢：大唐电信科技股份有限公司为提供了相关材料和技术帮助，在此致谢！
　　参 考 文 献
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