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北京市突发地质灾害监测预警系统设计与实
现
作者:李潇许飞青于喆韩征李凯郭亚杉冒建
来源:《城市地质》2021年第04期
关键词:GIS;物联网;多源异构;突发地质灾害;信息系统;监测预警
北京市位于华北平原西北隅,是世界上突发地质灾害较为频繁的首都城市之一,灾害形式
以泥石流、崩塌、滑坡、采空塌陷为主,主要分布在北山和西山的沟谷、陡坡、矿山分布集中
地区及新构造活动较强烈的地区(北京市地质矿产勘查开发局等,2008)。北京市人口密度
大,经济社会发展程度高,自1949年以来,各类突发地质灾害造成的死亡人数已超过600
人,直接经济损失达数亿元。2012年7月21日,自有气象记录以来的最大降雨,给首都带来
一场特大自然灾害并诱发了崩塌、泥石流、滑坡等次生地质灾害,造成了严重的人员伤亡和财
产损失。
2000年以来,全国各省市陆续着手建立地质灾害监测预警系统。三峡库区较早地建立了
地质灾害监测预警信息管理系统(刘传正等,2004),浙江、江蘇、天津等省市也都分别针对
各自地区的地质条件特点建立了基于WebGIS的监测预警系统(余风华等,2006;单玉香等,
2007;董元等,2008;王爽等,2012)。北京市在2003年启动了地质灾害气象预报预警工作,并
在基于GIS的地质灾害预警、评价以及相关信息系统建设等方面做了一系列的积极探索(文斌
等,2007;白利平等,2009)。这一阶段建立的系统基本以预警评价分析为主,自动化程度不
高。
随着基于GIS技术的专业分析日渐成熟和新一代移动通信、云计算、大数据以及北斗卫
星、5G等技术迅猛发展,基于前端感知、网络传输、应用分析三级结构的物联网技术也逐步
应用于地质灾害监测体系(朱永辉等,2010;何文娜,2013;李超岭等,2015;Baumetal.,
2010),各省市也在纷纷探索运用新技术建立地质灾害监测预警信息系统(黄健,2012;徐永
强等,2013;杜金星等,2014;杨雪艳等,2015;贾进科等,2016),在数据快速获取和自动预警
方面取得了一定成果。但总体基本以单灾种、小区域范围建立的孤立系统居多,且在多种监测
数据采集汇聚上受标准不一致的制约未能很好地解决,针对崩滑塌多灾种、监测设备多样化、
监测点数量多、多种模型集成统一的大型信息系统更不多见。由于地质条件和气候的差异性,
已有的一些较为成熟的预警模型并不适用于北京。2018年北京市启动建设基于新一代信息技
术的、涵盖突发地质灾害监测预警工作全流程的信息系统,并在全面、快速地获取隐患点监测
信息,自动、智能地完成信息处理流程,精细、准确地生成预警分析产品,便捷、直观的成果
查询展示,低成本、集约化的建设运行投入等方面取得了积极成效。
本文详细介绍了北京市突发地质灾害监测预警系统的功能与总体设计,论述了系统采用的
关键技术,并举例介绍了系统实现的应用案例。相关技术成果和方法可为突发地质灾害监测预
警工作提供有效参考和借鉴。系统总体架构与功能设计
北京市突发地质灾害监测预警信息系统是实现从监测数据采集、集成、管理、分析、预警
预报的全流程业务系统,是以物联感知技术、传输通讯技术、信息化软硬件环境为基础,以地
理信息平台、大型数据库平台为支撑,在行业标准体系和信息安全规范体系的框架下,对地质
灾害监测成果、调查成果、评价成果等结构化、非结构化、空间的多源数据进行汇聚、融合和
集成,构建系统应用,实现设备管理、数据管理、预警分析、应急指挥、三维展示、数据共享
等功能,为政府决策、专业人员和社会公众提供北京突发地质灾害信息成果服务。其总体技术
架构从下向上分别为物联感知层、基础层、数据层、支撑层、服务层和用户层(图1)。
(1)物联感知层依托物联网技术,对地质灾害隐患点进行监测数据采集,将获取的数据
通过移动互联网、专线网络、北斗卫星通道等方式传输至基础层。
(2)基础层全面依托于云平台,按需使用计算,存储、网络、安全服务等资源,并将从
物联感知层接收的数据推送至数据层进行汇聚、融合和处理。
(3)数据层实现对数据资源的处理入库和数据库的管理维护。
(4)支撑层将应用所需的GIS组件、三维模型组件、预警模型库、各类接口、标准及数
据服务等进行模块式封装,为服务层的预警分析、查询展示、决策支持等应用提供支撑,为其
他系统对接共享时提供调用服务,满足基于自定义的组件调用、快捷开发及专业技术人员的差
异化需求。
(5
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