CN110473385A - 油气管道地质灾害监测预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种油气管道地质灾害监测预警系统，包括：管道地质灾害综合监测模块，用于通过设置在油气管道内的监测设备获取油气管道穿越区域的坡体变化信息，包括坡体位移、深部位移、雨量、地下水变化；并通过设置在油气管道本体上的应变计获取管道本体的应变信息；地质灾害属性信息数据库，用于存储所获取的监测信息以及与所监测的油气管道相关的地质灾害信息，并将监测信息以灾害基本信息表与详细信息表的形式存储；管道地质灾害评估模块，用于根据监测信息以及与所监测的油气管道相关的地质灾害信息对油气管道运行的地质灾害进行评估；管道地质灾害预警模块，根据评估结果进行预警级别划分，包括注意级、警示级、警戒级、警报级。

Description

油气管道地质灾害监测预警系统

技术领域

本发明涉及地质灾害监测领域，尤其涉及一种油气管道地质灾害监测预警系统。

背景技术

目前，地质灾害是管道安全运营的主要风险源之一，通常导致大量的泄漏、巨大的财产损失和环境破坏以及长时间的服务中断，因此地质灾害导致的损失往往比其他管道事故损失更大。我国是地质灾害多发的国家，管道沿线地质灾害问题尤为突出。近年，随着国内能源需求的快速增长，油气管道建设始终保持了强劲的增长势头。这些管道其中相当一部分经过地质条件复杂的山区或自然环境恶劣的沙漠、戈壁、高寒地区，这些地区发育着数量众多、形式各样的地质灾害，对长输油气管道的安全运营造成极大威胁。

2005年，Baum等人提出了在西雅图市的泥石流综合预警系统，该系统通过对降雨量、土壤湿度、土空隙压力的现场监测进行模型分析进行预警，该预警主要依靠时间方向上的不饱和土壤渗透模型，降雨预报系统，“强度-时间”临界值来达到早期预警的目的。

美国地质调查局提出了滑坡灾害计划(LHP)，开发了一些评价斜坡稳定性或滑坡敏感性的模型，从而推测滑坡发生的时间、位置和规模。其长期目标是，进行滑坡灾害评价、活动滑坡监测和模拟、灾后的迅速评价、减灾相应和措施。

近几年光纤传感器监测系统也得到一定的应用，如BOTDR(光纤变形变测量技术)系统在日本的几个地方进行了测试。

与此同时卫星遥感技术也开始逐步应用到地质灾害监测中来，例如雷达干涉测量技术(InSAR)。它运用雷达信号测量地壳变形，在理想情况下课测量出5-10mm的抬升变形，这主要应用于地面沉降监测。

日本利用GIS建立了地下水流和地面沉降的时空预警系统，以此来预警地下水变化对地面沉降的影响。

美国建立了泥石流预警系统(NOAA-USGS)，系统将降雨预报输入水文模型和地质模型中，通过分析泥石流的敏感性、山坡的水文条件和山体的稳定性来评价泥石流发生的几率。该系统的局限性主要在于不能实时进行全天候的监测。

国内近几年在铁路、公路、桥梁等方面进行了一些监测预警。实施监测的单位主要有三类，一是传感器生产商，二是测绘公司、三是地质勘查单位；主要的监测手段为现场数据采集、远程传输、室内数据分析管理。

对针对油气管道的地质灾害，国内刚刚起步。实施单位主要为中石油系统，其监测手段相对单一。同时卫星遥感、航空摄像测量、无人机巡航、地理信息系统等相关技术的应用也给地质灾害监测预警带来了新的变革。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油气管道地质灾害监测预警系统，旨在改善现有技术中的油气管道地质灾害监测效果较差的问题。

本发明为达目的所所采用的技术方案是：

提供一种油气管道地质灾害监测预警系统，包括：

管道地质灾害综合监测模块，用于通过设置在油气管道附近的监测设备如地表位移监测、深部位移监测、地表裂缝监测、应力应变监测等，从而获取油气管道穿越区域的坡体变化信息，包括坡体位移、深部位移、雨量、地下水变化；并通过设置在油气管道本体上的应变计获取管道本体的应变信息；

地质灾害属性信息数据库，用于存储所获取的监测信息以及与所监测的油气管道相关的地质灾害信息，并将监测信息以灾害基本信息表与详细信息表的形式存储；

管道地质灾害评估模块，用于根据监测信息以及与所监测的油气管道相关的地质灾害信息对油气管道运行的地质灾害进行评估，如何滑坡发生的位移、角度、加速度等，从而进行潜在的危险性评估；

管道地质灾害预警模块，根据评估结果进行预警级别划分，包括注意级、警示级、警戒级、警报级。

接上述技术方案，灾害基本信息表包括灾害体名称、类型、地理位置、目前稳定状况、发展趋势分析、灾害导致的结果、防治方法、已投入防治情况；详细信息表包括多个单独灾害体的详细属性表。

接上述技术方案，该系统还包括数据管理模块，用于根据用户的操作请求进行数据查询、查看、添加、修改、删除以及批量删除，数据管理模管理的数据包括地质灾害基本信息、监测基本信息、地质灾害治理工程信息、元数据信息、地质灾害挖掘信息以及地质灾害预警结果。

接上述技术方案，该系统还包括系统管理模块，用于进行日志管理、安全管理、模块管理与字典管理；通过日志管理对系统操作日志进行查询与查看，通过安全管理实现用户管理、角色管理以及参数管理；通过参数管理对常用变量的定义进行初始化设置和修改参数；通过模块管理进行系统模块管理与系统菜单管理；通过字典管理对用户存储系统运行过程中涉及到的专业术语及其多个文字值选项的管理。

接上述技术方案，该系统还包括地质灾害图形显示模块。

接上述技术方案，该系统为分布式系统，包括地图服务器、数据库服务器及Web服务器，数据库服务器主要管理地质灾害属性数据，包括灾害基本信息、地质灾害相关附件信息以及从现场远程传输的实时监测数据，附件信息包括照片、CAD图件、多媒体信息；Web服务器主要用于部署研发的Web应用程序，通过Web服务请求获取地图服务器与数据库服务器上提供的资源，Web服务器还负责处理客户端用户通过浏览器发出的Web请求，运行对应的应用程序，调用相关服务器资源反馈给用户。

接上述技术方案，该系统包括表现层、系统层、平台层和数据层，其中表现层为用户提供统一的入口；平台层、系统层集成各类业务系统，实现各模块功能；数据层完成信息资源的整合和管理。

本发明产生的有益效果是：本发明主要创新是基于地质灾害机理的分析基础上，建立地质灾害模型，从而进行正演模拟分析。本发明主要通过遥感技术、地质勘查、地球物理技术勘查等技术，结合中石化管线运行现有资料，对油气管道运行的地质灾害进行评估，建立油气管道地质灾害监测预警系统，集地质灾害图形显示、信息查询、数据分析、实时监测、预警预报、应急指挥决策为一体，经过系统平台的运行数据回馈与现场实际调查对比，两者吻合率高达99％；因此，该监测预警系统为油气管道的安全运行，提供了有力的技术支撑。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例提供的油气管道地质灾害监测预警系统结构示意图；图2为本发明实施例提供的油气管道地质灾害监测预警系统的架构示意图；

图3为本发明实施例提供的油气管道地质灾害监测预警系统的地质灾害监测预警平台属性数据库E-R图；

图4为本发明实施例提供的系统管理模块程序流程图；

图5为本发明实施例提供的数据管理模块程序流程图；

图6为本发明实施例提供的系统管理模块程序结构图；

图7为本发明实施例提供的监测预警模块接口图；

图8为本发明实施例提供的数据管理模块程序结构图；

图9为本发明实施例提供的管道地质灾害自动实时预警技术方法路线；

图10为本发明实施例提供的管道地质灾害自动实时预警流程图；

图11为本发明实施例提供的系统业务流程图；

图12为本发明实施例提供的系统数据流程图。

具体实施方式

本发明提供一种油气管道地质灾害监测预警系统，其可以用于对油气管道运行的地质灾害进行评估。

请参照图1，该油气管道地质灾害监测预警系统主要包括综合监测模块、地质灾害属性信息数据库、管道地质灾害评估模块以及管道监测预警模块；综合监测模块用于监测管道穿越区域的坡体位移、深部位移、雨量、地下水变化情况，实时动态了解坡体发展变化情况，通过在管道上焊接应变计来掌握管道安全情况，汇总监测区域信息并展现在预警平台上；地质灾害属性信息数据库，用于存储所获取的监测信息以及与所监测的油气管道相关的地质灾害信息，并将监测信息以灾害基本信息表与详细信息表的形式存储；管道地质灾害评估模块则是通过遥感技术、地质勘查以及地球物理技术勘查获取的监测信息以及与所监测的油气管道相关的地质灾害信息对管道运行的地质灾害进行评估，通过地质勘察，并结合专业知识，构建预警模型及判据；管道监测预警模块则主要用于将地质灾害图形显示、信息查询、数据分析、实时监测、预警预报以及应急指挥决策集为一体，并根据评估结果进行预警级别划分，包括注意级、警示级、警戒级、警报级。

需要说明的是，在综合监测模块中，其主要包括地质灾害综合信息管理模块、实时监测数据处理与分析模块以及监测预警与发布模块；地质灾害综合信息管理模块主要是实现对地质灾害空间数据与属性数据的有效管理，包括基础地理数据、基础地质数据、地质灾害数据及前期课题的研究成果数据；监测预警与发布模块则是通过Web服务器部署研发的Web应用程序，通过Web服务请求获取地图服务器与数据库服务器上提供的资源，运行相对应的应用程序，调用相对应的服务器资源反馈给用户。

该预警系统的总体设计主要是在系统分析的基础上，对整个系统的划分(确定子系统或模块)、计算机设备的配置(包括软、硬件设备)、数据的存储规律以及整个系统实现的规划等进行安排。如图2所示，整个系统按四层结构进行设计，即表现层、系统层、平台层以及数据层；其中，表现层为用户提供统一的入口，平台层、系统层集成各类业务系统，实现各模块功能，数据层完成信息资源的整合、管理等。

请参照图3，该地质灾害属性信息数据库主要是通过地质灾害监测预警平台属性数据库E-R结构关系图进行监测的。其中，地质灾害属性信息主要包括了各种地质灾害(滑坡、崩塌、泥石流)的基本特征信息、相关附件信息等，其中基本特征信息根据目前最新的地质灾害调查规范确定，又分为基本信息表与详细信息表两张数据表进行管理，附件信息主要是与灾害体相关的文档信息、多媒体等文件信息。

请参照图4，地质灾害综合信息管理模块则主要是通过数据管理模块程序流程逻辑进行管理的。当用户进入数据管理操作页面，通过不同的操作请求，可以实现相应的操作功能。

数据管理模块主要操作功能包括数据查询、查看、添加、修改、删除以及批量删除。其主要操作对象分别为：Domain：空间数据表，是对地质灾害数据库中所有的空间数据进行相应操作；Domain：属性数据表，是对地质灾害数据库中所有的属性数据进行相应操作；Domain：监测数据表，是对地质灾害数据库中的监测数据(专业监测与群测群防)的相关操作。

请参照图5，监测预警模块中，主要是通过监测预警模块程序流程逻辑进行运行的。当用户进入数据管理操作页面，通过不同的操作请求，可以实现相应的操作功能。监测预警模块主要操作功能包括数据查询、查看、添加、修改、删除以及批量删除。主要操作对象分别为：Domain：预警模型与判据，用于计算的预警模型与判据，包括GMD模型，安全系数和可靠概率判据、变形速率判据及综合信息预报判据等；Domain：预警级别，保存所获得的滑坡预警级别划分(注意级、警示级、警戒级、警报级)。

请参照图6，该系统还包括系统管理模块主要是为了保证油气管道地质灾害监测预警平台的有效运行，主要操作内容包括日志管理、安全管理、模块管理与字典管理。

其中，①日志管理主要是提供系统操作日志的查询与查看功能，可以通过用户名称、操作时间以及操作类型的不同进行查询，此外还可以查看单次操作日志记录的详细信息。查询结果是直接作为信息查询数据在页面自定义控件GridViewPage中以列表形式显示。

②安全管理包括了三方面内容，用户管理、角色管理以及参数管理，分别说明如下。用户管理实提供用户名称与用户单位的查询条件，用户列表显示系统所有用户情况信息，可以进行用户详细信息查看、用户添加、初始化密码、角色分配以及删除操作，其中角色分配是为用户设置一个系统已存在的角色，可以通过角色管理来创建系统的不同角色。角色管理是提供角色名查询条件，角色列表显示系统所有角色情况信息。在列表信息中具有角色编辑与删除操作，此外还可以进行角色添加、角色授权与批量删除操作。参数管理是系统对某些常用变量的定义进行初始化设置，修改参数的内容包括页面自定义控件GridViewPage中的列表默认每页记录数，系统显示名称以及用户的初始密码等。

③模块管理包括了系统模块管理与系统菜单管理两项；其中，模块管理是系统提供树状列表的形式展开系统所有功能模块，并以模块详细信息查看的形式对应显示，用户可进行模块节点添加、编辑以及删除操作；菜单管理是系统提供树状列表的形式展开系统所有的菜单项，并以菜单详细信息查看以及该菜单的操作权限记录分别列表显示。针对菜单信息可以添加菜单子节点、编辑、删除以及添加该菜单项的操作权限，并同步显示在下面的操作权限记录列表中。

④字典管理主要是用户存储系统运行过程中涉及到的专业术语及其多个文字值选项的管理，系统提供文字值连接代码与汉字名查询条件，所有的查询结果以列表的形式显示。针对每个文字值都可以进行详细信息查看、编辑、添加以及删除操作，并且对每一个文字值都可以进行其多项文字值选项管理。

请参照图7，监测预警模块中模块功能的实现都是通过BaseJcyjDao基类实现。

请参照图8，数据管理模块主要是实现人机交互对系统运行数据进行有效管理，涉及到的数据包括地质灾害基本信息、监测基本信息、地质灾害治理工程信息、元数据信息、地质灾害挖掘信息以及地质灾害预警结果等，主要操作方式包括查询、查看、添加、修改、删除以及批量删除。

其中，①信息查询：提供灾害编号与灾害名称两种方式联合搜索查询功能，可以查询的内容包括地质灾害信息、地质灾害勘察信息、监测信息、预警结果等。查询结果以电子表单及空间图层的形式显示。

②信息查看：在查询得到的信息列表显示中，存在一列“操作”提示功能，通过单击“查看”按钮，就可以实现该条数据的详细信息查看，查看功能基本上对所有信息都具备。详细信息将通过新打开内部网页窗口的形式并按照分项说明进行显示。

③信息添加：在查询得到的信息列表显示中，通过单击信息列表框上“添加”按钮，可以实现该项信息添加，信息添加功能基本上对所有信息都具备。信息添加页面是打开新的内部网页，并按照分项说明的形式显示。

④信息修改：在查询得到的信息列表显示中，存在一列“操作”提示功能，通过单击“修改”按钮，就可以实现该条数据的详细信息修改，修改功能基本上对所有信息都具备。将通过新打开内部网页窗口的形式并按照分项说明进行显示。

⑤信息删除与批量删除：在查询得到的信息列表显示中，通过单击信息列表框上“删除”或“批量删除”按钮，可以实现该项信息删除以及选定的批量删除功能。

本系统通过打开登录界面，输入相应的用户名、密码和验证码，点击登录；进入系统后，系统主页简要统计了系统当前接入的监测设备台数及其运行情况，监测数据的总数、新增情况等。

用户如需退出系统，只需点击右上角的“安全退出”按钮，在对话框里点击确定即可退出系统。

更改用户密码时在系统右上角点击“修改密码”打开修改密码的界面，输入原密码和新密码后，点击确定即可。

若要进行地灾信息查看：对于普通用户，开通地质灾害信息查看权限。点击菜单基础数据→灾害点列表，进入地质灾害基本信息列表页面。列表展示了系统所管理的地质灾害的基本信息列表，如地质灾害编号、名称、地理位置等。用户可在右下角选择分页浏览，或者在页面上方选择行政区划、输入地质灾害编号、名称等信息进行查询特定的地质灾害点。

若要进行监测数据查看：点击菜单监测数据→监测数据查看，打开监测仪器状态列表查看页面。页面以列表的形式展示了省内的地质灾害点，分页浏览、查询及定位功能与地灾信息查看页面相同，这里不再赘述。

点击监测数据查看按钮，弹出新窗口，打开监测数据查看页面。在该页面显示所选灾害点的监测点列表，以及最新的监测数据等。可以在列表右下角选择页码进行分页查看，也可以在右上角的下拉菜单进行选择，以筛选监测仪器类别查看。

下载监测数据：即在列表最左侧的复选框中，勾选需要下载监测数据的监测仪器，然后选择需要下载的时间、格式，然后点击下载数据按钮，即可保存相应的监测数据。可以使用Excel软件打开、编辑。

若要查看监测曲线，则需要勾选要查看的监测仪器，点击监测曲线按钮，打开监测曲线查看页面。可以在页面中重新选择时间段，重新绘制曲线或者导出数据。将鼠标移动到监测曲线上，会显示鼠标处的监测时间与监测值。按住鼠标左键然后拖动，可以局部放大所框选时间段的监测曲线。

若要进行数据对比，则在复选框中勾选需要进行数据对比的监测仪器，然后点击数据对比按钮，打开数据对比页面。在页面中，点击+按钮，添加对比监测时间。选择多期要对比的时间以后，点击绘制曲线按钮，根据所选择的时间段绘制监测曲线。可以通过此功能进行监测数据的同比、环比等对比，了解检测部位的监测内容变化情况。

若要添加监测仪器，则在表格右下角提供添加按钮，用于新增监测仪器。点击添加按钮，打开添加监测仪器页面。项目右侧带红色星号的为必填项目，依次填入相应的值，然后点击保存即可进行提交保存；点击重置按钮，清除修改记录，恢复成编辑之前的内容；点击关闭按钮，关闭监测仪器详情添加页面。

若要进行监测仪器详情修改，则在表格最右侧提供了4个按钮，即监测数据报表、监测仪器详情、监测仪器详情修改以及删除监测仪器。点击监测仪器详情修改按钮，打开监测仪器详情修改页面。可以对监测仪器的相关信息进行修改，修改完成后点击保存按钮，进行提交保存；点击重置按钮，清除修改记录，恢复成修改前的内容；点击关闭按钮，关闭监测仪器详情修改页面。

预警模型管理，比如针对黄土地区滑坡和泥石流的发育特点，提出了3种预警模型，分别用于对滑坡和泥石流的预警，则点击菜单预警模型→预警模型管理，打开监测预警模型管理页面即可。

监测点的阈值是针对监测点单点监测值变化情况而设置的变化情况等级，可以作为灾害点稳定性情况的参考。点击菜单预警模型→阈值查看，打开监测预警阈值管理的地质灾害点列表页面，点击“查看按钮”，打开地质灾害点监测点列表页面，点击“查看按钮”，即可打开阈值查看页面。

监测预警是在预警模型的基础上，根据实时监测数据和相关阈值设定，综合分析地质灾害的预警等级，并进行综合展示的模块。由于本系统目前没有预警结果，此处使用其他数据作为演示。点击菜单监测预警→预警结果，打开灾害点预警结果页面，用户可以根据行政区划、灾害点编号、灾害点名称来进行筛选。

列表显示有预警等级计算结果的地质灾害点，根据其危险程度，划分为注意级(蓝色)、警示级(黄色)、警戒级(橙色)、警报级(红色)共4个等级，分别对应代码C1、C2、C3、C4。

系统界面提供了预警信息、灾害点详情两个按钮，点击预警信息按钮，打开预警信息页面，点击灾害点详情按钮则打开灾害点详情页面。在预警信息页面，首先用图形的形式直观地展示了当前地质灾害点以及其内设置的监测点的危险性等级，使用不同的颜色对应不同的危险性等级。

点击预警曲线按钮，可以打开对应监测点的预警曲线。对于视频监测点，则点击打开监测视频页面，可以查看监测视频以及对监控球机进行相应的操控。

点击发送短信按钮，可以就某一监测点的监测情况向对应的管理人员发送预警短信，提醒其进行相应的处理工作。

监测预警预报的最终目的是及时将预警信息发送到对应管理人员处，以便于及时开展避险工作，达到降低因地质灾害产生的人员伤亡和经济损失的目的。预警发布模块则是设定预警信息发送等级、发送对象的关键模块。

预警短信则是采用短信的形式发布预警信息，信息的发送状态可以在预警信息页面进行查看。点击菜单预警发布→预警短信，打开管预警短信页面，可以根据手机号码或者责任人姓名进行查找筛选。

本发明主要从灾情获取、数据采集、平台建设、模型分析、监测预警几方面入手进行研究。灾情获取、数据采集采用空天地一体的管道地质灾害快速获取技术路线。

如图9所示，管道地址灾害的识别主要通过宏观判断和微观识别。宏观上，通过遥感技术对地形地貌、地层岩性、宏观变形以及诱发因素来对常见的地质灾害进行识别与稳定性评判，并对隐蔽性崩滑灾害进行早期识别。微观上，通过调查地质条件了解岩性组合、坡体结构，通过微地貌条件了解地形坡度、临空条件，通过变形历史了解管道地质灾害发生历史、变形迹象。

本发明还包括对管道地质灾害自动实时预警，如图10所示。当对监测数据进行监控，满足一定的条件时，启动预警程序。通过监测数据预处理中心对单点监测数据和多点监测数据进行进一步分析。根据变形预警判据(包括改进切线角自动计算分析、累积位移变形速率、累积加速度自动计算分析)以及辅助预警判据(包括雨量、含水率监测、群测群防监测)综合判定滑坡预警等级，由低到高依次为注意级、警示级、警戒级、警报级。通过短信、邮件将时间、灾害点基本信息、预警登记信息自动发送给专家、管理人员、责任人、威胁对象，根据专家判定是否需要发布地址灾害预警信息。若为警报级，则通过短信、邮件发送时间、灾害点基本信息、警报信息以及应对措施建议，包含专家给出的应急方案以及管理人员、责任人、威胁对象等行动建议。

如图11所示，本发明的油气管道地质灾害监测预警平台主要开发业务包括：用户管理、数据管理以及地质灾害监测预警三个部分。其业务的管理主要是根据系统管理人员对用户权限的设定来实现不同用户具备相应的系统业务操作功能。系统各个业务功能相对独立，各业务之间是通过一定的参数进行联系并实现各业务相应的功能。

用户管理是根据研究区行政级别管理模式对地质灾害监测预警系统的操作用户进行有效的、合理的管理，不同级别的用户将具备相应的操作权限，并且可以通过超级用户对下级用户的权限进行再次分配等操作。

数据管理是对系统运行过程中所涉及到的数据进行有效管理，包括数据查看、添加、修改等操作，是系统数据库的综合管理模块，是规范系统运行的数据，保证数据的完整性及合理性，实现系统各项功能对数据的要求。

地质灾害监测预警是通过实时监测数据计算分析，以定性与定量相结合的方式判别地质灾害演化阶段，在此基础上，选择合适的地质灾害预警模型与判据条件，并结合到实时监测曲线的显示，专家会商的方式确定是否发布地质灾害预警以及预警等级等信息。

油气管道地质灾害监测预警平台所涉及到的数据比较复杂，归纳起来可以分为五个方面，分别是空间数据、属性数据、元数据、监测数据以及成果数据。元数据是具有一定约束、限制的规范化数据，广泛意义上也包括了地质灾害相关专业术语等数据，这类数据原则上是不允许进行修改的。空间数据包括研究区基础地理信息、基础地质数据以及地质灾害所涉及到的空间数据，从范围上可以分为全部区域级别与示范区级别空间数据，从比例尺度上又可分为大比例尺与小比例尺空间数据。属性数据主要是地质灾害勘察、设计、施工过程中产生的文字、表格、图件等数据，这些数据比较繁琐复杂，主要是以文字报告、AutoCAD图件以及相关照片等形式进行存储，数据入库具有工作量大、数据表设计复杂等困难，此外属性数据也包括了地质灾害应急抢险过程中产生的照片、多媒体以及文字报道等信息。监测数据是针对地质灾害监测预警所部署的专业监测与群测群防信息以及其返回的动态监测数据。最后通过系统各个功能所生成的结果数据都将被存储在结果数据库中，便于系统调用显示。

油气管道地质灾害监测预警平台数据流程图如图12所示。

用户登录系统后，将根据用户权限分配用户可以操作的相应的系统功能，主要包括数据管理以及监测预警。其中数据管理是针对系统元数据、空间数据、属性数据、监测数据以及运行过程的结果数据进行有效的合理管理，主要操作包括了数据查询、添加、修改及删除，其中元数据信息原则上不容许进行修改操作。

监测预警主要涉及到监测数据库与属性数据库中的数据，首先需要对监测数据预处理，做出监测曲线，判断地质灾害目前所处的演化阶段，再根据建立的预警预报模型与判据条件进行计算分析，获得地质灾害的预警级别，并通过三维展示平台进行预警结果的显示。

中间操作数据通过临时存储的办法进行有效的管理，一部分不需要的将被释放，另一部分涉及再次调用的将被保存在系统数据库结果数据库中。另外，各个功能模块的结果数据都将被保存在数据库指定的结果数据表中，便于在展示平台中查询及调用。

系统数据存储设计

(1)数据模型分析

数据模型是对现实世界部分现象的抽象，它描述数据的基本结构及其相互之间的关系和在数据上的各种操作，是数据库系统中关于数据内容和数据之间联系的逻辑组织的形式表示。地质灾害综合信息系统数据库的建立由空间数据和属性数据两部分组成，空间数据包括地理基础数据、气象数据资料、基础地质数据、灾害专题数据库和影像数据，如地理基础数据包括的行政界限、水系和基础地质数据包括的地质构造、地层界线等；属性数据由两部分组成，一部分是监测数据，包括预警示范区地质灾害仪器监测点(MSD)和重要防灾及预警示范区域视频监测数据等，另一部分是业务数据，如群测群防数据、搬迁避让场址点信息、地质灾害勘查数据和地质灾害详查数据等。本系统基于ArcSDE进行空间数据管理，它将空间数据和非空间数据存储在单一的关系型数据库中，使得空间数据和属性数据都得到数据库技术的支持。本系统采用基于ESRI提供的地理数据库(Geodatabase)空间数据模型。

矢量数据根据空间实体的要素类别(点状、线状和面状实体)、专题类别进行分层管理，并按同一个空间参考系、同一比例尺进行分类组织。每个矢量地图可分为若干层，每一层对应着Geodatabase中的一个要素类，独立的层(点、线、面)可作为Geodatabase要素类，复合的层(点线、线、面)可作为Geodatabase要素集。每个栅格地图对应一个独立的栅格要素类。所有矢量地图和栅格地图组成一个Geodatabase。

现场收集、整理以及监测获得的属性数据、空间数据在同一关系型数据库(Oracle10g)中，这些数据可以通过关系型数据库的外键建立参照关系，也可以使用地理数据库(Geodatabase)中的关联类数据结构来实现空间数据与空间数据之间、空间数据与属性数据之间或者属性数据与属性数据之间的关联关系。

(2)空间数据库设计

空间数据是对地理客体的描述，而地理客体可被看作为一个特定的开放系统，系统内部的组成又可以进一步分为若干不同层次的子系统，对其分析研究时，不但要从宏观上总体把握，而且要从多个角度、不同层面对系统的微观领域进行详细分析和认识，这就决定了GIS必须具有多尺度地理数据集，以实现对地理客体进行不同详细程度的表达或反映，满足系统多层次的需求。

地质灾害空间数据库数据包括地理基础数据、气象数据资料、基础地质数据、地质灾害数据、影像数据等。采用多尺度空间数据库管理，针对不同受灾等级地区采用不用精度的空间数据。背景空间数据是针对研究区范围，提供1:25万比例尺的标准图幅的数据，重要灾防及预警示范区空间数据是为了突出重点受灾区域以及预警示范区域，提供大于等于1：5万比例尺的空间数据。某些重点地质灾害点区域比例尺越大越好，如1:1000，1:2000。空间数据库以标准图幅为单位进行管理，一个标准图幅创建一个要素集，建立统一的空间参考，然后再分各个要素类，不同的矢量数据存储在不同的要素类中，所有的空间数据都将通过图层的形式来进行管理。

(3)属性数据库设计

专业属性数据库将根据数据来源形式及类别进行专门管理，主要包括：地质灾害详细调查、勘察、治理设计以及施工等不同阶段产生的数据，例如详细调查就有典型地质灾害的工程地质图件、地层岩性、岩体结构、变形破坏迹象等相关信息、矢量图件、照片及文字报告等。由于以上数据是多源的，则相应地需要采用不同的输入方法。大多数图形数据可能来自纸质图件，这些数据可根据实际情况选用扫描矢量化或者数字化仪输入；对于已经有可用的电子数据，应尽量直接加以利用，避免大量的重复输入。另外考虑到监测数据涉及到多种监测仪器设备、监测数据管理等存在较为复杂的逻辑关系，因此将监测数据独立出来，构建一个独立的监测数据库。

A.属性数据库E-R结构

地质灾害监测预警平台属性数据库E-R结构关系图详见图3所示。可见，地质灾害属性信息主要包括了各种地质灾害(滑坡、崩塌、泥石流)的基本特征信息、相关附件信息等，其中基本特征信息根据目前最新的地质灾害调查规范确定，又分为基本信息表与详细信息表两张数据表进行管理，附件信息主要是与灾害体相关的文档信息、多媒体等文件信息。

B.属性数据库逻辑结构

将数据库E-R概念结构转化为数据库系统所支持的实际数据模型，即数据库的逻辑结构。地质灾害监测预警系统基础属性数据表，主要用于管理地质灾害详细调查数据，数据形式包括文字字段、照片、报告文件、多媒体等格式。各属性数据表详细的数据结构都是参照中国地质环境监测院制定的《1:50000地质灾害调查信息化成果技术要求》进行设计，部分内容介绍如下。

a.灾害体基本信息表

灾害体基本信息表为数据库管理地质灾害基本信息的数据表，数据表设计的内容详见表1所示。

表1灾害体基本信息表

数据项名	类型	长度	精度	可否为空	关键字
						灾害体编号	char	12		NOT NULL	主键
灾害体名称	VARchar2	50		NULL	否
						灾害类型	char	50		NULL	否
市(州、地)	VARchar2	20		NULL	否
						县(市、特区、区)	VARchar2	20		NULL	否
乡镇	VARchar2	20		NULL	否
						村	VARchar2	20		NULL	否
组	VARchar2	10		NULL	否
						经度	NUMBER	10	3	NULL	否
纬度	NUMBER	10	3	NULL	否
						目前稳定状况	VARchar2	20		NULL	否
发展趋势分析	VARchar2	20		NULL	否
						已毁坏房间	NUMBER	5	0	NULL	否
造成人员伤亡	VARchar2	50		NULL	否
						导致经济损失	VARchar2	50		NULL	否
威胁对象	VARchar2	50		NULL	否
						威胁人口	VARchar2	50		NULL	否
威胁财产	VARchar2	50		NULL	否
						监测	VARchar2	50		NULL	否
防治	VARchar2	50		NULL	否
						已投入防治经费	VARchar2	100		NULL	否
全貌照片	BLOB			NULL	否
						地质平面图	BLOB			NULL	否
地质主剖面图	BLOB			NULL	否
						备注	VARchar2	1000		NULL	否

b.滑坡灾害属性表

滑坡灾害属性表为数据库管理滑坡灾害详细的属性信息的数据表，数据表设计的内容详见表2所示。

表2滑坡灾害属性表

c.崩塌灾害属性表

崩塌灾害属性表为数据库管理崩塌灾害详细的属性信息的数据表，数据表设计的内容详见表3所示。

表3崩塌灾害属性表

数据项名	类型	长度	精度	可否为空	关键字
						灾害体编号	char	12		NOT NULL	主键
坡脚高程	NUMBER	10	2	NULL	否
						坡顶高程	NUMBER	10	2	NULL	否
崩塌类型	VARchar2	10		NULL	否
						崩塌规模	NUMBER	10	2	NULL	否
地层岩性	VARchar2	500		NULL	否
						地质构造	VARchar2	500		NULL	否
地震烈度	char	1		NULL	否
						微地貌	VARchar2	10		NULL	否
地下水类型	VARchar2	10		NULL	否
						结构特征	VARchar2	1000		NULL	否
变形特征	VARchar2	1000		NULL	否
						失稳因素	VARchar2	100		NULL	否

d.泥石流灾害属性表

泥石流灾害属性表为数据库管理泥石流灾害详细的属性信息的数据表，数据表设计的内容详见表4。

表4泥石流灾害属性表

系统设计工作是自顶向下的进行，首先是设计总体结构，然后再逐层进行各个模块的详细设计。其中，总体设计主要是在系统分析的基础上，对整个系统的划分(确定子系统或模块)、计算机设备的配置(包括软、硬件设备)、数据的存储规律以及整个系统实现的规划等安排。整个系统按四层结构进行设计。表现层为用户提供统一的入口；平台层、系统层集成各类业务系统，实现各模块功能；数据层完成信息资源的整合、管理等。

各层结构分别说明如下：

1、数据层

结合地质灾害数据收集的实际情况，将地质灾害数据库主要分成四个部分，分别为空间数据库、属性数据库、监测数据库以及元数据库，数据表统一采用Oracle_10g进行数据管理。

2、平台层

平台层主要由GME.NET框架平台构成。平台层作为油气管道地质灾害监测预警平台建设中的应用集成支撑，除了能够提供灵活的流程定制功能外，还可以实现不同的业务应用定制以及相互之间的整合，满足系统后续开发、维护需求。

3、系统层

应用系统大致可以分为两类：基于业务功能开发的数据管理系统，主要包括空间数据管理、属性数据管理、监测数据管理以及元数据管理；监测预警系统主要包括监测数据处理、演化阶段、预警模型与判据以及预警等级；三维综合信息展示平台主要包括图层信息、属性信息以及成果信息展示。基于系统管理功能开发的操作系统，主要包括日志管理、安全管理、模块管理以及字典管理。系统层主要基于平台层实现应用系统之间的整合、交互，将不同应用系统集成在一起。系统开发采用了微软.NET 2.0技术。

4、表现层

表现层采用微软.NET 2.0技术，构建油气管道地质灾害监测预警平台集成桌面。用户通过单点登录功能，直接输入用户名称与密码，平台对用户进行认证确认用户合法后，登录系统。用户登录后，系统根据用户权限的不同，组织用户操作界面，为用户提供一个统一操作模式的集成环境。

油气管道地质灾害监测预警平台设计的主要功能模块包括：系统管理、数据管理、监测预警以及三维综合信息展示平台，其模块功能及接口完成情况详见表5所列。

表5模块功能、接口一览表

与外系统接口设计主要包括用户接口、软件接口、外部接口以及内部接口。用户接口设计完全是按照Web设计标准进行，在界面设计上应做到简洁，易于操作，并且注意界面的布局，要突出显示比较重要的信息以及错误信息等。软件接口是Oracle数据库，作为系统运行的后台数据库，存储系统运行需要的各类数据信息。外部接口主要是与Visual Earth三维综合信息展示平台的接口设计。系统采用B/S结构设计，所有界面符合windows设计规范，系统不需要特定的硬件接口。

内部接口与要求规范统一，系统架构选型为轻量化的SOA架构，支撑各功能模块服务，拟采用Web服务中的WSDL作为平台内部服务间的接口定义描述协议。服务间调用、参数传递、返回值均遵守Web服务的结构定义规范。接口传递的信息将以数据结构封装的数据，以服务调用返回值的形式。

通过项目需求以及相关技术平台选择，项目组最终选择了Microsoft.NET平台作为系统的研建平台，开发平台为Visual Studio 2005。操作系统选择服务端为WindowsServer 2008，后台数据库为Oracle_11g，WEB服务器为IIS7.0(操作系统自带)。

油气管道地质灾害监测预警平台功能模块主要包括：系统管理、数据管理、监测预警以及三维综合信息展示平台。各个功能模块之间既保持了相对的独立性，又通过部分数据的交互调用实现一定程度上的连接。从操作流程上，基本上是按照系统管理→数据管理→监测预警→三维综合信息展示的流程进行，系统各功能模块分别说明如下。

系统管理是保证油气管道地质灾害监测预警平台正常运行的关键，其主要涉及到的功能包括日志管理、安全管理、模块管理以及字典管理。日志管理主要是用户管理各个用户登入、登出以及所有操作情况的记录表单。安全管理又包括了用户管理、角色管理以及系统参数管理，其中用户管理用于管理使用系统的可能操作人员，可分为系统管理员、专业用户与普通用户等；角色管理主要是根据不同的用户操作人员权限而分别定义了几种角色；系统参数管理主要是统一设定系统常用参数等信息。模块管理又分为系统模块管理与菜单管理，其中系统模块管理主要是用于对系统各个功能模块及其相互之间的调用关系等情况进行解释说明，而菜单管理则是根据系统定义的不同系统操作角色设置相应的操作菜单按钮等。字典管理主要是管理系统涉及到的专业术语，包括其英文定义以及含义解释等。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种油气管道地质灾害监测预警系统，其特征在于，包括：

管道地质灾害综合监测模块，用于通过设置在油气管道附近的监测设备获取油气管道穿越区域的坡体变化信息，包括坡体位移、深部位移、雨量、地下水变化；并通过设置在油气管道本体上的应变计获取管道本体的应变信息；

地质灾害属性信息数据库，用于存储所获取的监测信息以及与所监测的油气管道相关的地质灾害信息，并将监测信息以灾害基本信息表与详细信息表的形式存储；

管道地质灾害评估模块，用于根据监测信息以及与所监测的油气管道相关的地质灾害信息对油气管道运行的地质灾害进行评估；

管道地质灾害预警模块，根据评估结果进行预警级别划分，包括注意级、警示级、警戒级、警报级。

2.根据权利要求1所述的油气管道地质灾害监测预警系统，其特征在于，灾害基本信息表包括灾害体名称、类型、地理位置、目前稳定状况、发展趋势分析、灾害导致的结果、防治方法、已投入防治情况；详细信息表包括多个单独灾害体的详细属性表。

3.根据权利要求1所述的油气管道地质灾害监测预警系统，其特征在于，该系统还包括数据管理模块，用于根据用户的操作请求进行数据查询、查看、添加、修改、删除以及批量删除，数据管理模管理的数据包括地质灾害基本信息、监测基本信息、地质灾害治理工程信息、元数据信息、地质灾害挖掘信息以及地质灾害预警结果。

4.根据权利要求1所述的油气管道地质灾害监测预警系统，其特征在于，该系统还包括系统管理模块，用于进行日志管理、安全管理、模块管理与字典管理；通过日志管理对系统操作日志进行查询与查看，通过安全管理实现用户管理、角色管理以及参数管理；通过参数管理对常用变量的定义进行初始化设置和修改参数；通过模块管理进行系统模块管理与系统菜单管理；通过字典管理对用户存储系统运行过程中涉及到的专业术语及其多个文字值选项的管理。

5.根据权利要求1所述的油气管道地质灾害监测预警系统，其特征在于，该系统还包括地质灾害图形显示模块。

6.根据权利要求1所述的油气管道地质灾害监测预警系统，其特征在于，该系统为分布式系统，包括地图服务器、数据库服务器及Web服务器，数据库服务器主要管理地质灾害属性数据，包括灾害基本信息、地质灾害相关附件信息以及从现场远程传输的实时监测数据，附件信息包括照片、CAD图件、多媒体信息；Web服务器主要用于部署研发的Web应用程序，通过Web服务请求获取地图服务器与数据库服务器上提供的资源， Web服务器还负责处理客户端用户通过浏览器发出的Web请求，运行对应的应用程序，调用相关服务器资源反馈给用户。

7.根据权利要求1所述的油气管道地质灾害监测预警系统，其特征在于，该系统包括表现层、系统层、平台层和数据层，其中表现层为用户提供统一的入口；平台层、系统层集成各类业务系统，实现各模块功能；数据层完成信息资源的整合和管理。