CN116504028A - 一种地质灾害监测预警系统 - Google Patents

Abstract

一种地质灾害监测预警系统，属于地质灾害监测预警领域；所述系统用于区域地质灾害的监测及预警；包括数据采集层、数据传输层、数据平台以及功能应用层；所述数据采集层用于采集所述区域地质灾害监测及预警所需的数据；所述数据传输层用于数据传输；所述数据平台用于存储所述区域地质灾害监测预警所需的数据；所述功能应用层包括灾情管理模块、预警判据管理模块、灾害点管理模块、仪器设备管理模块、群测群防管理模块、专题分析管理模块、应急管理模块、以及系统管理模块。所述系统可与国家级地质灾害监测系统兼容，将原始数据接入国家监测平台的同时，对市县的数据二次开发、封装和管理，有效服务于市县一级的地质灾害监测工作。

Description

一种地质灾害监测预警系统

技术领域

本发明属于地质灾害监测预警领域，特别涉及面向市县一级的地质灾害监测预警系统。

背景技术

地质灾害监测预警系统属于防灾、减灾、避灾的工具，其目的在于第一时间获取灾害客体信息，以便迅速做出险情响应，减小灾害客体对人类主体在生命健康和财产方面的威胁。在实现以上目的过程中要注意几个关键问题：对地质灾害客体精准及时的掌握（灾情管理）；对地质灾害客体发展趋势及威胁态势的专业研判（预警判据管理）；监测系统本身的灾害点数据及仪器设备数据动态更新维护（灾害点管理和仪器设备管理）；灾害点评判数据对外同步和遥感巡查等专题数据接入（专题分析管理）；灾情初期迅速调动多方力量完成前期处置（应急会商管理）；系统高效维护（系统管理）。

按信息获取手段划分，地质灾害监测可分两类；一类是“群防”，即依靠群众直接对灾害客体完成信息采集，属于人为监测；一类是“专防”，即布设专业的仪器设备对灾害客体完成数据采集，属于自动化监测。客观上，灾害点数量大、重要程度不一、监测环境各异，以上特点决定地质灾害监测系统应当依靠“群防+专防”的模式才能实现其目的，“群防+专防”是地质灾害监测的主要方向。

中国幅员辽阔，从西向东分为三个阶地，第一阶梯为柴达木盆地，以及位于昆仑山、祁连山南部，横断山脉以西和喜马拉雅山以北的地区，平均海拔在4000米以上的青藏高原；第二阶梯为内蒙古高原、黄土高原、云贵高原及准噶尔盆地、四川盆地、塔里木盆地，平均海拔在1000-2000米；第三阶地为东北平原、华北平原、长江中下游平原、辽东丘陵、山东丘陵、东南丘陵，这些地区大部分海拔在500米以下；第三阶梯继续向海洋延伸，形成近海大陆架。河流主要有长江、黄河、珠江，三大河流累计全长14010公里，累计辐射总面积为299.25万平方千米。以上情况决定了中国地质灾害监测的复杂性，需要结合本地区地理特点，建立适用本地区的、上下兼容、量身定做的地质灾害监测预警系统，才能真正发挥监测系统减灾的作用。

分析目前的地质灾害监测系统，主要有三类：（1）监测设备硬件厂商提供配套硬件的软件监测系统，这类监测系统重视与硬件设备的组合效应，主要用于辅助监测设备硬件产品的销售，未考虑多方需求，功能完备性及兼容性方面效果不佳，且监测指标不成体系，并不是真正意义上的监测系统；（2）学院派探索者，面向学术研究领域对地质灾害监测系统提出超前构想，个别会结合落地的应用项目进行初步探索，具有某种程度上的理念超前性，但是实践性和普适性方面有待考量，缺乏大面积推广的可能性；（3）国家职能部门及相关事业单位依据国家需求，开发国家层面及省级层面的地质灾害监测预警系统；这类监测系统中灾情管理和预警判据管理未作明确区分，这就决定了系统用户需要具有较好的专业技术背景，客观上制约了其发挥多用户协同监测效应；并且，这类监测系统面向全国全省，数据庞大，在市县级以下的地质灾害监测细化不足，无法满足市县地质灾害监测工作的需求。

综上，一方面地质灾害监测系统客观上需要“专防”和“群防”相结合，按灾情管理、预警判据管理等多个模块分工协作，并结合地域特点量身部署，才能形成合力；另一方面，目前的监测系统产品在完备性、兼容性、实践性和普适性、本地适用性方面不足，无法满足市县一级的地质灾害监测工作的需求，缺乏在市县一级推广的可能性。

发明内容

本发明目的是提供一种地质灾害监测预警系统，运用科学的系统架构，解决当下地质灾害监测预警系统专防与群防未能很好结合、由于用户专业知识背景差异而无法形成多方协同合力、功能模块单一、上下兼容性不足、本地针对性不足的问题；本发明的目的主要面向市县一级的地质灾害监测系统，某种程度上客观地填补市县一级地质灾害监测系统的空白。

本发明提供一种地质灾害监测预警系统，用于区域地质灾害的监测及预警；所述系统包括数据采集层、数据传输层、数据平台以及功能应用层；

所述数据采集层用于采集所述区域地质灾害监测及预警所需的数据；按照所述区域中各灾害点的特点，数据采集方式分为“专防”和“群防”；所述“专防”采用监测设备进行数据采集；所述“群防”的数据采集形式包括利用App定期采集、通过人工表单采集或通过电话热线进行数据采集；

所述数据传输层用于数据传输，将所述数据采集层采集的所述数据传输至所述数据平台；

所述数据平台包括数据库，用于存储所述区域地质灾害监测预警所需的数据；所述数据库包括系统数据库、详查数据库、监测数据库、以及预警数据库；所述系统数据库用于存储所述系统的基本信息；所述详查数据库用于存储所述区域中所述各灾害点的特征数据；所述监测数据库用于存储所述区域中所述各灾害点的监测数据，包括专业监测数据库和群测群防监测数据库；其中，所述专业监测数据库用于存储所述数据采集层中获得的“专防”数据，所述群测群防监测数据库用于存储所述数据采集层中获得的“群防”数据；所述预警数据库用于存储监测预警模型；

所述功能应用层包括灾情管理模块、预警判据管理模块、灾害点管理模块、仪器设备管理模块、群测群防管理模块、专题分析管理模块、应急管理模块、以及系统管理模块；

所述灾情管理模块用于地质灾害风险预警公布，以及发布灾情智能报表；

所述预警判据管理模块用于对采用“专防”的所述灾害点进行预警判据管理，依据临滑判据设置综合预警判据，并依据所述综合预警判据判断所述各灾害点的预警状态；

所述灾害点管理模块用于对地质灾害点信息进行存储及动态更新，标记所述区域中各灾害点防治对策，分别标记为“专防”或“群防”；

所述仪器设备管理模块用于对所述监测设备进行管理；

所述群测群防管理模块用于获取所述各灾害点巡查路线及基本情况，形成巡查台账；

所述专题分析管理模块用于将数据服务商的数据产品导入所述系统，和/或将所述系统生成的数据产品传给数据需求商；

所述应急管理模块用于灾害的应急管理，包括专家库及应急预案库；

所述系统管理模块用于所述地质灾害监测预警系统的管理。

所述监测设备按照监测指标需求选择普适型设备；对于区域内危险性大需要重点关注的所述灾害点，所述监测设备采用具有一定边缘计算能力的高集成数据采集模块。

所述数据传输采用窄带自组网基站和宽带自组网基站、蜂窝网络、或卫星通讯。

所述数据平台采用ETL和基于MQTT的数据集成模式对多元异构数据集成；其中，对于已布置的无法兼容的监测设备，采用ETL模式集成数据；对于新布设的普适性监测设备，采用基于MQTT的数据集成模式集成数据。

所述数据平台的集成方式具体如下：

步骤S05-1、对所述已布置的无法兼容监测设备，收集所述无法兼容监测设备的对应关系及换算规则，搭建多源异构数据服务平台，并在所述多源异构数据服务平台上部署各所述无法兼容监测设备的厂商数据接收和解算软件；

步骤S05-2、按所述厂商数据和解算软件分门别类布置各所述无法兼容监测设备的数据接收服务器，利用步骤S05-1中已经安装在所述多源异构数据服务平台的接收和解算软件抽取分散在各所述数据接收服务器中的数据，并将抽取的数据转换成统一的数据格式；

步骤S05-3、搭建MQTT服务器，确立一套数据标准、统一各型监测数据的数据结构，将所述普适性监测设备的监测数据入库；

步骤S05-4、运行数据平台，将步骤S05-2与步骤S05-3中的监测数据分别通过所述多源异构数据服务平台及所述MQTT服务器写入所述数据平台，完成新老设备的监测数据集成。

在所述预警判据管理模块中依据临滑判据设置所述综合预警判据，所述各灾害点按照所述综合预警判据形成预警状态，所述预警状态按级别高低分为红、橙、黄、蓝四个等级；所述综合预警判据确立方法如下：

给各所述监测设备设置红、橙、黄、蓝不同报警等级的阈值；

针对所述各灾害点，在单个监测设备预警等级的基础上，对所述灾害点的各所述监测设备进行状态组合，形成该灾害点的综合预警模型；

所述综合预警模型动态调整。

采用本发明提供的所述地质灾害监测系统，可以实现以下技术效果：

（1）灾情管理和预警判据管理剥离，提高地质灾害监测预警工作高效性，多方协作形成合力。体现在系统应用层上多模块的协同的业务逻辑，灾情管理者只需做好关注灾情发展告警处置、应急会商等工作，无需投入时间和精力介入专业性较强的预警判据管理和灾害点管理，多方剥离；群测群防管理单独成为模块，为灾情管理提供强有力的辅助；仪器设备管理引入用户仪器设备厂商，方便监测系统仪器设备的高效维护。

（2）系统拥有专题分析管理模块，充分利用了已有的专利技术，搭建基于数字孪生技术的灾害单体监测数字孪生模块，为重点灾害点的监测工作提供解决方案。系统还可接入遥感等其他数据，可对外同步地质灾害数据。

（3）采用传统的ETL和基于MQTT的数据集成模式对多元异构数据集成，最大程度利用了已布置的老旧设备，降低了硬件成本。对于已布置的无法兼容老硬件设备，采用传统的ETL模式集成其数据；对于新布设的普适性硬件，基于MQTT的数据集成模式集成数据。

（4）系统硬件采用普适性设备，具有较好的兼容性和可拓展性，对上可以将数据直接同步给国家及省级监测系统，对内能够充分利用本地化产生的数据。系统提供监测设备能够关联操作，可实现设备的重复使用。

附图说明

为了更完整地理解本发明，现在将参考结合附图的以下描述，其中：

图1为本发明提供的一种地质灾害监测预警系统的系统组成示意图；

图2为本发明提供的一种地质灾害监测预警系统的系统的数据流向示意图。

具体实施方式

为说明清楚本发明的目的、技术细节及有效应用，使之便于本领域普通技术人员理解与实施，下面将结合本发明实施例及附图作进一步的详细阐述。显然，此处描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种地质灾害监测预警系统，用于区域地质灾害的监测及预警；如图1所示，所述系统包括数据采集层、数据传输层、数据平台以及功能应用层。

所述地质灾害监测预警系统中，所述数据采集层用于采集地质灾害监测预警所需的数据；按照所述区域中各灾害点的特点，数据采集方式可以分为“专防”和“群防”。

所述“专防”的数据采集按照灾害点的类别可以分为滑坡数据采集、崩塌数据采集、泥石流数据采集等。所述滑坡数据采集指标主要为变形及降雨，包括滑坡位移、裂缝、倾角、加速度、雨量和含水率等；优选地，土质滑坡必须采集的数据包括位移、裂缝雨量，选测项包括倾角、加速度和含水率；岩质滑坡必须采集的数据包括位移、裂缝和雨量等，选测项包括倾角、加速度。所述崩塌数据采集指标主要为变形和降雨，包括裂缝、倾角、加速度、位移、雨量等；优选地，土质崩塌必须采集的数据包括裂缝和雨量，选测项包括位移、倾角和加速度；岩质崩塌必须采集的数据包括裂缝、倾角、加速度和雨量，选测项包括位移。所述泥石流数据采集指标主要以监测降雨、物源补给、水动力参数为主，具体有雨量、泥位、含水率、倾角和加速度等测项；优选地，沟谷型泥石流必须采集的数据包括雨量和泥位，选测项包括含水率；剖面型泥石流必须采集的数据为雨量，选测项包括倾角、加速度、含水率和泥位。

优选地，所述“专防”的数据采集还可以根据实际地需求，补充开展物理场监测（例如应力应变）。优选地，各类监测设备按照监测指标需求，选择普适型设备，例如，可在中国地质环境监测院网站上寻找普适型设备的仪器供应商名单；对于区域内危险性大需要重点关注的地质灾害点，监测设备可以采用具有一定边缘计算能力的高集成数据采集模块，发生地质灾害紧急情况时，能够实现阈值触发并支持本机和当地报警等功能。

所述“群防”监测数据采集形式包括App定期采集的数据、人工表单、以及电话热线等。“群防”监测指标按灾害类别可分为滑坡指标、崩塌指标、以及泥石流指标；滑坡指标包括滑坡灾害点附近的地表裂缝、建筑物开裂等宏观变形监测，地声监测与动物异常观察、地表水和地下水异常观测等；崩塌监测指标包括崩塌前缘地块崩落或挤压破碎等宏观变形、岩体撕裂或摩擦声音等；泥石流监测指标包括沟道地堵塞情况、水流浑浊变化或断流、洪流砂石撞击声音等。

所述地质灾害监测预警系统中，所述数据传输层用于数据传输，将所述数据采集层采集的所述数据传输至所述数据平台。

所述数据传输可采用多种形式，例如，可采用窄带自组网基站和宽带自组网基站，两者采用SD-WAN/互联网/专线传输媒介；对于网络信号较好的地区，还可采用蜂窝网络，例如，2G/4G/5GNB-IoT/mMTC；对于无网络信号的区域，可采用卫星通讯，如北斗、窄带物联网卫星等。

所述地质灾害监测预警系统中，所述数据平台包括数据库，用于存储所述区域地质灾害监测预警所需的数据；所述数据库包括系统数据库、详查数据库、监测数据库、以及预警数据库。

所述系统数据库用于存储并表示所述地质灾害监测预警系统的基本信息；主要包括基本的信息表、用户角色表、角色的权限表、系统配置表、系统菜单表等。

所述详查数据库用于存储并表示地质灾害点的特征数据；主要包括地质灾害的基础信息、附件信息、图层、字典、行政区划等。所述详查数据库主要按照详查表单设计，用于表示地质灾害点的特征数据，包括地质灾害的工程地质图件、地层岩性、矢量图件、照片及文字报告等。

所述监测数据库用于存储所述地质灾害的监测数据，包括专业监测数据库和群测群防监测数据库。

所述专业监测数据库用于存储所述数据采集层中获得的“专防”数据；包括专业监测点信息表、监测仪器信息表、监测剖面图表以及存储监测数据的监测点编号映射关系表、监测数据表以及监测数据类型表；所述群测群防监测数据库用于存储所述数据采集层中获得的“群防”数据；包括群测群防监测基本信息表，表中有地质灾害点的监测点数、监测阶段等信息；各个数据表之间通过监测点编号、灾害点编号进行关联、组织，方便实时调用监测数据并处理分析，以及满足最终地质灾害预警模型的数据需求。

所述预警数据库用于存储监测预警模型；包括监测预警模型及其参数取值表、预警过程及预警结果、预警短信模块、预警短信、责任人和对象，根据不同的灾害类型、不同的监测点类型构建单体监测点的预警模型库、判据库及综合分析预警模型。

优选地，所述数据平台采用传统的ETL（Extract-Transform-Load，即数据抽取、转换、装载的过程）和基于MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）的数据集成模式对多元异构数据集成。其中，对于已布置的无法兼容老硬件设备，采用传统的ETL模式集成其数据；对于新布设的普适性硬件，采用基于MQTT的数据集成模式集成数据。上述混合模式能够最大程度利用已布置的老旧设备，降低硬件成本。

所述地质灾害监测预警系统中，所述功能应用层包括灾情管理模块G100，预警判据管理模块G200，灾害点管理模块G300，仪器设备管理模块G400，群测群防管理模块G500，专题分析管理模块G600，应急管理模块G700，以及系统管理模块G800。上述模块分别面向政府管理部门、当地的地质环境监测员、地质灾害调查员、仪器设备供应商、群测群防员、数据服务商、本地地质灾害联防应急小组、以及系统管理员。

优选地，按照“数据中台”理念，对功能应用层各模块的功能，梳理支撑其功能业务逻辑，按照梳理的业务逻辑对需要的数据进行前期预处理。

所述灾情管理模块G100用于地质灾害风险预警公布、发布灾情智能报表。

所述灾情智能报表根据事先由所述系统管理模块G800设定的数据结构，调用实际数据（包括重要灾害点的处理进度数据、所选时间段内灾害点报警数据、仪器异常情况数据），自动生成报表及文档；所述报表及文档可以从所述灾情管理模块G100中导出，避免低效率的人工统计。所述灾情管理模块G100面向政府管理部门，能够使用户掌控害点总体发展态势、了解辖区防灾减灾工作，完成险情播报处置，进行灾情初期应急响应等。

所述预警判据管理模块G200用于对采用“专防”模式的灾害点进行预警判据管理，依据临滑判据设置综合预警判据，并依据所述综合预警判据判断每个地质灾害点的预警状态。

所述预警判据管理模块G200面向当地的地质环境监测员，该模块的主要特点是让当地的地质环境监测员对采用“专防”模式的灾害点进行预警判据管理。用户运用自身知识储备，结合统计的数据，依据单个灾害点的特点进行预警判据的设置及调整。

在所述预警判据管理模块G200中依据临滑判据设置综合预警判据；每个地质灾害点按照所述综合预警判据形成预警状态，预警状态按级别高低分为红、橙、黄、蓝四个等级。所述综合预警判据确立方法如下：给所述数据采集层中“专防”数据的采集设备每个仪器设备设置红、橙、黄、蓝不同报警等级的阈值，当所述仪器设备采集的数据超过设置的相应阈值后，该仪器设备会自动报警；每个灾害点的设备状态组合构成该灾害点的预警状态，用户在单个设备预警等级的基础上，按照自身知识经验和统计数据预估多个设备状态组合形成的该灾害点的综合预警模型，并在后期的监测观察中动态调整该模型。

在所述预警判据管理模块G200中，对于仪器设备数据异常及掉线的情况，用户可点击报修，报修数据传输给仪器设备管理模块G400，后续本模块用户可对该仪器的维修进度进行跟踪和查看。

所述灾害点管理模块G300用于对地质灾害点信息进行存储及动态更新，标记每个灾害点防治对策；具体而言，该模块用于更新区域灾害点数据，导入新的灾害点基础信息及删除旧的灾害点信息等。

所述灾害点管理模块G300主要面向地质灾害调查员，目的是帮助用户对辖区内地质灾害点信息进行动态更新，完成地质灾害点的台账动态管理。可通过本模块界面对灾害点进行增减操作，提供按照经纬度批量导入地质灾害点数据的功能。

所述仪器设备管理模块G400用于对监测仪器设备进行管理。

所述仪器设备管理模块G400主要面向仪器设备供应商，目的是实现监测仪器设备的专业化管理。用户登录系统可以查看区域内的设备在线率、申请报修的情况，并可进行维修、更换、绑定等操作。根据预警判据管理模块G200反馈的所述报修数据，结合仪器设备信息，开展维修或更换工作；维修或更换的过程留下全流程记录（图片、影像）并通过本模块上传至系统，供所述预警判据管理模块G200查看验收。本模块提供设备与灾害点绑定关联等操作。

所述群测群防管理模块G500用于获取灾害点巡查路线及基本情况，形成巡查台账。

所述群测群防管理模块G500主要面向街道及镇一级的群测群防员，群测群防员可以将每次巡查的路线及基本情况上传系统，形成巡查台账，并可根据“明白卡”群众反馈的情况规划重点区域的巡查工作。

所述专题分析管理模块G600用于将数据服务商的数据产品导入所述系统，和/或将所述系统生成的数据产品传给数据需求商。

所述专题分析管理模块G600主要面向数据服务商。将数据服务商的数据产品导入所述系统指所述系统接受数据服务商提供的数据产品，例如所述系统可以接入遥感数据分析商提供的数据产品（例如Insar巡查报告、地质灾害危险性区划），以及数字孪生供应商提供的本区域内重点地质灾害点的数据产品等。将所述系统生成的数据产品传给数据需求商指所述系统向外界提供数据产品。一种典型的数据输出服务是系统将本区域的灾情数据发送给地图服务商，地图服务商通过交通大数据推送给地图用户，减少由于地质灾害引发的次生灾害的可能性（如交通事故）。

所述专题分析管理模块G600主要将数据服务商的数据产品导入系统，以及将系统生成的数据产品传给数据需求商，该模块能较大程度地为系统赋能增效。输入的数据产品有遥感数据分析产品及数字孪生产品，数字孪生产品可按照中国专利“一种基于数字孪生技术的滑坡监测系统及方法（ZL202210885360.9）”、“一种基于数字孪生的泥石流监测系统及方法（ZL202211170033.1）”、“一种基于数字孪生技术的崩塌监测系统及方法（ZL202211065374.2）”中提到的方法，建立被选定需要特别关注的地质灾害的数字孪生体，并将数据接入系统；可以给所述预警判据管理模块G200提供仿真分析服务，方便该模块用户提前预判、分析、验证灾害点的情况，以实现对所述灾情管理模块G100提供更加精准和丰富的报表服务。

所述应急管理模块G700用于灾害的应急管理，包括专家库及应急预案库。

所述应急管理模块G700主要面向本地地质灾害联防应急小组，小组成员包括自然资源、交通、水利等专业的应急值班员、技术专家、灾害发生地群测群防员（依据灾害点而设置）。本模块为用户提前设定好专家库，提供专家的筛选、更新和简历查看的功能。本模块提前设定好应急方案库，提供预定应急会议的一键启动按钮，启动会议按钮后系统自动发送信息给预案中提及的应急小组成员。本模块提前储备好各个灾害点的应急预案，当该灾害点发生险情时，用户可调用针对该灾害点提前储备的应急预案。

所述系统管理模块G800用于所述地质灾害监测预警系统的管理。

所述系统管理模块G800面向系统管理人员，提供用户管理、系统模块管理、后台管理等功能。

所述地质灾害监测预警系统的所述功能应用层模块分工合理，协同效应显著：所述灾害点管理模块G300不负责对每个灾害点的评价，评价工作由所述预警判据管理模块G200和所述群测群防管理模块G500负责；所述预警判据管理模块G200负责对每个“专防”灾害点的评价工作，所述群测群防管理模块G500负责辖区采用“群防”灾害点的管理评价工作，上述产生的评价数据决定每个灾害点的等级（红、橙、黄、绿），评价结果作为所述灾情管理模块G100的工作基础。所述灾情管理模块G100不负责灾害点数据更新和设备维护，灾害点数据更新和设备维护由所述灾害点管理模块G300和所述仪器设备管理模块G400负责。所述灾情管理模块G100只负责辖区内灾情态势总体管理、灾情初期应急、资源调度等工作。以上模块的设置方式最大程度实现了地质灾害监测的目的。

如图2为本发明所述地质灾害监测预警系统的数据流向示意图，所述地质灾害监测预警系统中，所述灾害点管理模块G300负责更新区域灾害点的数据，标记每个灾害点防治对策（“专防”或者“群防”）。

若针对某灾害点的所述防治对策为“专防”，则将所述灾害点信息发送至所述预警判据管理模块G200。所述预警判据管理模块G200对所述灾害点管理模块G300发送的信息做好技术审核，形成建议及方案，将所述建议及方案报送给灾情管理模块G100审批，审批结束后所述灾情管理模块G100公布审批结果。所述仪器设备管理模块G400依据所述灾情管理模块G100公布的所述审批结果进行监测设备的布设，并将工作结果在所述仪器设备管理模块G400记录备案，所述仪器设备管理模块G400将工作成果发送至所述预警判据管理模块G200验收。已建的“专防”灾害点的预警阈值工作由所述预警判据管理模块G200管理，并根据各类阈值设置各种预警等级，数据超过预警等级，会在所述灾情管理模块G100呈现。

若针对某灾害点的所述防治对策为“群防”，则将所述灾害点信息发送至所述群测群防管理模块G500；所述群测群防管理模块G500分析所述灾害点管理模块G300发送的信息，安排对应灾害点的群测群防员，形成方案建议，将所述方案建议报送给所述灾情管理模块G100审批，审批结束后所述灾情管理模块G100公布审批结果，并将结果返还给所述群测群防管理模块G500；所述群测群防模块G500依据审批结果录入群测群防员、灾害点附近区域需发放明白卡群众，定期组织巡查工作上传数据至系统。

本发明所述地质灾害监测预警系统的构建方法和流程如下：

步骤S01、明确布设区域内系统功能应用层主要模块及其用户。

所述灾情管理模块G100的用户为当地政府负责地质灾害管理的部门（如自然资源局），所述预警判据管理模块G200的用户为当地的地质环境监测员（如地方环境监测院或站），所述灾害点管理模块G300的用户为地质调查局负责该图幅的负责人（如地方地勘单位）、所述群测群防管理模块G500的用户为镇或街道群测群防员（如街道办或村委会）。开发者与所述灾情管理模块G100、所述预警判据管理模块G200、所述群测群防管理模块G500的用户协商确立所述设备管理模块G400及所述应急管理模块G700的主体用户，并分析上述各模块的需求，梳理出各模块的业务逻辑。

步骤S02、收集布设区域内地质灾害监测资料，建立监测系统知识库。

从步骤S01中确立的用户手中收集本地区地质灾害监测资料，包括但不限于地质灾害监测预警标准、区域防灾减灾目标和指南、区域历史监测数据、气象数据、降雨阈值、历史灾害发育统计数据、区域构造图、行政区划图等，对于已有的监测系统及数据一并做好收集及记录。形成区域地质灾害监测系统知识库，形成所述灾害点管理模块G300。

步骤S03、对布设区域内的各灾害点进行分类，在布设区域内布设仪器设备，制定群测群防方案。

依据步骤S02中知识库里的地质灾害分布图及地质灾害调查成果报告，将辖区需要监测的地质灾害点按照“专防”和“群防”分为两类，并依据灾害点附近网络情况确立各灾害点数据传输方式。针对判为“专防”的灾害点，需制定细化方案；针对被判为“群防”的灾害点，需确立群测群防员。将上述完成后的两个方案报送给所述灾情管理模块G100审批并公布；所述设备管理模块G400根据公布结果实施仪器设备的布设与绑定工作，并工作结果发给所述预警判据管理模块G200验收。

步骤S04、搭建系统数据传输层。

采用以SD-WAN/互联网/专线为传输媒介的窄带自组网基站和宽带自组网基站，对于网络信号较好的地区，还可采用蜂窝网络2G/4G/5GNB-IoT/mMTC；对于无网络信号的区域，可采用卫星通讯，如北斗、窄带物联网卫星等。

步骤S05、数据集成，构建数据平台。

按照系统数据库、详查数据库、监测数据库、预警数据库的形式，构建数据平台。其中监测数据库集成采用传统的ETL模式和基于MQTT的数据集成模式对多元异构数据集成。对于步骤S02知识库中涉及的本地已有的老旧设备数据，采用传统的ETL模式集成；对于步骤S03中采用的普适性设备的监测数据采用基于MQTT的数据集成模式。

由于地质灾害监测系统仪器设备布置的种类较多，对老旧设备的使用是一大难题，搭建新的系统若放弃老旧设备将会造成不必要的成本浪费，本步骤采用两套方案的结合旨在解决以上问题。具体步骤：

步骤S05-1、对与现有的“普适性”标准不一的设备，且无法纳入到最新体系的设备（简称Y-OLD），收集这些监测设备的对应关系，换算规则，搭建一个多源异构数据服务平台，并在所述多源异构数据服务平台上部署好各设备厂商的数据接收和解算软件。

步骤S05-2、按设备厂商和解析软件分门别类布置各类设备数据的服务器（例如雨量计数据接收服务器、GNSS数据接收服务器、裂缝计数据接收服务、深部位移数据接收服务器），利用已经安装在所述多源异构数据服务平台的接收和解算软件抽取分散在所述各类服务器中数据，并将抽取的数据转换成统一的数据格式。以上模式是对无法兼容的老旧设备的数据抽取、转换、装载操作，采用这种模式（即ETL模式）虽然可能造成平台维护工作量增大，但可最大程度利用老旧设备，且无需改变现有监测设备的数据传输方式，快速实现对数据的集成工作。

步骤S05-3、搭建部署一台MQTT服务器，确立一套数据标准、统一各型监测数据的数据结构。现场的数据采集设备为发布方，部署的所述MQTT服务器负责消息的分发，可根据数据的重要程度、每个传感器数据的重要程度不同采取不同质量级别的发送方式，例如特别重要的数据采用Qos-2。这种MQTT模式需要设备商和平台端协同完成，可能对新的硬件成本有一定提高（即要求普适型设备），但维护简单、节省资源（例如只需部署一台服务器）、缩短了数据延迟。实现所有监测数据的入库，而不需要设备商的服务器与解算软件，属于一种新的趋势。

步骤S05-4、运行数据平台，将步骤S05-2与步骤S05-3中准备好的监测数据分别通过所述多源异构数据服务平台及所述MQTT服务器写入所述系统数据中心，完成新老设备的监测数据集成。

步骤S06、对步骤S05中建立的数据平台中涉及的数据进行预处理；所述预处理包括：清理异常值、纠正错判数值、消除数据集成过程中产生的显著不良数据等。

依据步骤S01中确立的功能应用层各模块的业务逻辑，对步骤S05中集成的数据平台中涉及的数据进行预处理。

步骤S07、启动所述功能应用层中各模块并调试。对于出现数据异常情况，由所述预警判据管理模块G200分析，若确定为监测设备异常，由所述预警判据管理模块G200点击报修，所述设备管理模块G400收到报修信息进行维修更换工作，工作结果由所述预警判据管理模块G200进行验收。

步骤S08、适时启用所述专题分析管理模块G600。联系数据服务商和供应商，适时开通专题分析管理模块G600。对于威胁较大，影响较高而需要重点关注的地质灾害点，可以采取“一种基于数字孪生技术的滑坡监测系统及方法（ZL202210885360.9）”、“一种基于数字孪生的泥石流监测系统及方法（ZL202211170033.1）”、“一种基于数字孪生技术的崩塌监测系统及方法（ZL202211065374.2）”中提到的方法，搭建基于数字孪生技术的灾害单体监测的数字孪生模块。还可以接入遥感数据分析商提供的本区域的数据产品（例如Insar巡查报告、地质灾害危险性区划）。适时提供数据输出服务，例如将本区域的灾情数据发送给地图服务商，地图服务商通过交通大数据推送给地图用户，减少由于灾害引发的次生灾害的可能（如交通事故）。

步骤S09、数据更新。对于系统运行后新发现的灾害点，参照S02-S08的步骤进行操作，本轮所述操作均在系统的平台内完成。

本发明提供的所述地质灾害监测预警系统，可与国家级地质灾害监测系统兼容，将原始数据接入到国家监测平台的同时，对市县的数据二次开发、封装和管理，形成针对本地的地质灾害监测系统，有效服务于市县一级的地质灾害监测工作。

Claims (6)

1.一种地质灾害监测预警系统，用于区域地质灾害的监测及预警；所述系统包括数据采集层、数据传输层、数据平台以及功能应用层；

所述数据采集层用于采集所述区域地质灾害监测及预警所需的数据；按照所述区域中各灾害点的特点，数据采集方式分为“专防”和“群防”；所述“专防”采用监测设备进行数据采集；所述“群防”的数据采集形式包括利用App定期采集、通过人工表单采集或通过电话热线进行数据采集；

所述数据传输层用于数据传输，将所述数据采集层采集的所述数据传输至所述数据平台；

所述数据平台包括数据库，用于存储所述区域地质灾害监测预警所需的数据；所述数据库包括系统数据库、详查数据库、监测数据库、以及预警数据库；所述系统数据库用于存储系统信息；所述详查数据库用于存储所述区域中所述各灾害点的特征数据；所述监测数据库用于存储所述区域中所述各灾害点的监测数据，包括专业监测数据库和群测群防监测数据库；其中，所述专业监测数据库用于存储所述数据采集层中获得的“专防”数据，所述群测群防监测数据库用于存储所述数据采集层中获得的“群防”数据；所述预警数据库用于存储监测预警模型；

所述功能应用层包括灾情管理模块、预警判据管理模块、灾害点管理模块、仪器设备管理模块、群测群防管理模块、专题分析管理模块、应急管理模块、以及系统管理模块；

所述灾情管理模块用于地质灾害风险预警公布，以及发布灾情智能报表；

所述预警判据管理模块用于对采用“专防”的所述灾害点进行预警判据管理，依据临滑判据设置综合预警判据，并依据所述综合预警判据判断所述各灾害点的预警状态；

所述灾害点管理模块用于对所述区域中各灾害点信息进行存储及动态更新，标记所述区域中各灾害点防治对策，分别标记为“专防”或“群防”；

所述仪器设备管理模块用于对所述监测设备进行管理；

所述群测群防管理模块用于获取所述各灾害点巡查路线，形成巡查台账；

所述专题分析管理模块用于将数据服务商的数据产品导入所述系统，和/或将所述系统生成的数据产品传给数据需求商；

所述应急管理模块用于灾害的应急管理，包括专家库及应急预案库；

所述系统管理模块用于所述地质灾害监测预警系统的管理。

2.根据权利要求1所述的系统，所述监测设备按需求选择普适型设备；对于区域内危险性大需要重点关注的灾害点，所述监测设备采用具有边缘计算能力的高集成数据采集模块。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述数据传输采用窄带自组网基站、宽带自组网基站、蜂窝网络、和/或卫星通讯。

4.根据权利要求1所述的系统，所述数据平台采用ETL和基于MQTT的数据集成模式对多元异构数据集成；其中，对于已布置的无法兼容的监测设备，采用ETL模式集成数据；对于新布设的普适性监测设备，采用基于MQTT的数据集成模式集成数据。

5.根据权利要求4所述的系统，所述数据平台的集成方式具体如下：

步骤S05-1、对所述已布置的无法兼容监测设备，收集所述无法兼容监测设备的对应关系及换算规则，搭建多源异构数据服务平台，并在所述多源异构数据服务平台上部署各所述无法兼容监测设备的厂商数据接收和解算软件；

步骤S05-2、按所述厂商数据和解算软件分门别类布置各所述无法兼容监测设备的数据接收服务器，利用步骤S05-1中已经安装在所述多源异构数据服务平台的接收和解算软件抽取分散在各所述数据接收服务器中的数据，并将抽取的数据转换成统一的数据格式；

步骤S05-3、搭建MQTT服务器，确立一套数据标准、统一各型监测数据的数据结构，将所述普适性监测设备的监测数据入库；

步骤S05-4、运行数据平台，将步骤S05-2与步骤S05-3中的监测数据分别通过所述多源异构数据服务平台及所述MQTT服务器写入所述数据平台，完成新老设备的监测数据集成。

6.根据权利要求1所述的系统，在所述预警判据管理模块中依据临滑判据设置所述综合预警判据，所述各灾害点按照所述综合预警判据形成预警状态，所述预警状态按级别高低分为红、橙、黄、蓝四个等级；所述综合预警判据确立方法如下：

给各所述监测设备设置红、橙、黄、蓝不同报警等级的阈值；

针对所述各灾害点，在单个监测设备预警等级的基础上，对所述灾害点的各所述监测设备进行状态组合，形成该灾害点的综合预警模型；

所述综合预警模型动态调整。