地质灾害隐患点智能化监测预警系统的优化与实践探索

期刊: 环球科学 DOI: PDF下载

赵昕 谷辰 李丹

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摘要

地质灾害具有突发性强、成因复杂、危害性大的特点,特别是在极端气候频发与工程活动加剧的背景下,其防控难度显著增加。当前传统监测手段多依赖人工巡查和离散设备,存在布设不全、数据滞后、响应缓慢等问题。本文基于多源感知、数据融合与智能分析技术,对现有地质灾害隐患点监测预警系统进行优化设计,从系统结构、数据采集、模型算法与预警机制等方面展开深入探讨,并结合典型工程案例验证其实用效果。研究表明,智能化系统不仅显著提高了预警时效性与监测精度,也为地灾风险防控提供了新的技术支撑。


关键词

地质灾害;智能监测;预警系统;系统优化;数据融合

正文


引言

随着我国山区开发、水利建设与交通基础设施持续推进,地质灾害隐患点数量不断增加,其分布广、预警难度大、应对成本高等特点,使其成为制约地方社会发展与自然资源安全的关键问题。自然资源是人类社会最基本的生产要素、物质基础、能量来源和空间载体,在一个国家经济建设、政治稳定与社会发展中处于基础性战略性地位,在国家治理布局和国际关系格局中都发挥着决定性作用。面对传统监测手段响应滞后、覆盖有限的问题,智能化监测系统应运而生。加快推进其优化,已成为防灾减灾和自然资源治理现代化的关键任务。

一、当前地质灾害监测预警系统的现状与问题

目前,各地地质灾害监测系统建设已取得一定成果,部分山区和重点工程区域部署了初步具备感知与预警能力的基础平台,常见监测内容包括地表形变、裂缝变化、地下水位、降雨量及土体应力等,利用摄像头、GNSS、雨量计和倾角计等设备实现数据采集。然而从整体来看,这类系统多存在布点密度不足、数据传输延迟、自动化水平不高等问题。由于早期设计以被动采集和事后分析为主,缺乏连续动态分析能力,系统常常在突发灾害面前无法发挥实时响应作用,导致预警信号滞后,甚至出现漏报、误报现象。

另外,设备部署缺乏统一规划,不同区域采用各自独立系统,数据格式不兼容、通信协议不统一,信息难以汇聚整合,形成“信息孤岛”。在一些山区或交通建设场景中,因地形复杂、网络信号不稳,数据传输中断、功耗过高等问题较为突出,限制了设备的稳定运行和长期维护。同时,传统系统对大数据分析与预警模型依赖度不高,多依靠阈值触发或经验判断,缺乏自学习、趋势识别与动态推演能力,严重制约了预警水平的提升。

二、智能化监测预警系统的优化思路与核心构成

为应对上述问题,智能化地质灾害监测预警系统需从系统结构、感知技术、数据处理与响应机制等多个方面进行全方位优化。在系统架构方面,应构建“前端感知—边缘处理—云端分析—指令下达”四级联动体系,确保监测数据能够快速处理、快速响应。前端感知层结合激光雷达、毫米波雷达、倾角仪、光纤监测等多种设备,提高监测密度和信息维度。

在感知层面,系统应支持多模融合与自适应感知机制,提升监测精度与可靠性。例如在滑坡监测中,将地表位移信息与地下水位变化关联分析,有助于识别早期滑动趋势;在泥石流易发区,通过实时雨量与土壤含水率联动判断触发临界条件,提高预警准确率。在数据分析层面,应引入卷积神经网络、支持向量机等算法进行数据分类与模式识别,使系统具有一定的学习能力和动态修正能力。可将数据输入训练模型,输出潜在风险等级、预警等级及建议处置措施,供应急指挥平台及时研判。预警机制设计上,应明确不同风险等级对应的响应路径和联动机制,确保预警信息可快速送达责任人,并启动人员转移、交通管控等应急预案,提升灾害处置效率。

三、典型场景下的系统部署与实践效果分析

在西南山区某公路边坡群地质灾害隐患治理项目中,团队尝试部署了新一代智能监测系统。选点覆盖典型滑坡体、陡崖段与隧道口三类场景,使用GNSS点位布设与光纤应变链融合布控,数据由现场边缘服务器实时处理并上传至云平台。通过部署太阳能供电与4G/北斗混合通信模块,解决了断电断网问题,系统实现全年无间断运行。预警平台内置的动态雨情模型与位移趋势模型,可依据降雨量与地表响应间的非线性关系进行风险评估,有效避免了误报问题的发生,提升了系统实用性与现场响应效率。

在实际运行中,该系统对一处滑坡隐患提前72小时发出黄色预警,地方政府迅速响应,组织人员撤离,最终避免了人员伤亡。系统还自动生成位移曲线图、累计降雨曲线与综合风险评估图,辅助工程人员科学研判灾害演化趋势,并为后续治理提供技术支撑。根据反馈,系统上线以来监测盲区明显减少,设备维护周期延长30%以上,预警响应时间从原来的6小时压缩至15分钟以内,为当地地质灾害治理与应急反应提供了有力支撑,也为类似地形条件下的推广应用积累了宝贵经验。

四、未来发展方向与推广建议

尽管当前的智能监测系统在技术层面已具备一定成熟度,但在全国推广过程中仍需解决标准不统一、资金投入大、人员培训不足等问题。建议在国家层面建立统一的地灾监测平台标准,规范数据格式、通信协议与接口逻辑,推动不同区域与单位间的数据互联互通。同时,应鼓励科研院所与企业联合开展监测设备国产化研发,降低成本,提高系统的可复制性和稳定性。可探索“监测+保险”“监测+服务”的运维机制,推动监测系统向市场化、产业化方向发展,逐步构建“技术—产品—服务”一体化的智能监测产业链,增强其在基层应用中的可持续能力。

此外,未来系统应进一步强化智能感知与预测能力。通过融合AI算法与遥感数据、卫星监测成果,提升宏观层面的地质灾害趋势识别与区域风险评估能力。在高风险区域,可结合5G网络、星地通信系统构建分布式协同监测网络,提升灾害群体性识别与协同处置能力,实现对突发事件的快速感知与分级响应。在制度层面,应将智能预警系统纳入地方政府自然资源监管与应急管理机制,实现技术手段与行政流程的深度融合,推动从“灾后应急”向“事前预警、主动防控”转型。

结论

地质灾害隐患点的智能化监测与预警系统正逐步成为自然资源安全治理体系中的核心环节。通过系统结构优化、技术融合与实践反馈,智能监测系统在时效性、精准度与联动性方面实现了显著提升。本文通过问题分析、技术路径设计与典型应用示范,验证了优化系统的可行性与推广前景。未来需持续推动标准体系建设、系统智能升级与机制融合,全面提升地质灾害防控的科学化、信息化和智能化水平,为国家自然资源安全提供坚实保障。

参考文献

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作者:赵昕,谷辰,李丹,单位:内蒙古自治区地质调查研究院邮编:010020

 


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