生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)在乾陵遺址保護(hù)中的應(yīng)用研究

張健

摘 要：該系統(tǒng)基于遙測(cè)RTU與北斗衛(wèi)星通訊方式實(shí)現(xiàn)對(duì)遺址保護(hù)區(qū)陵墓周邊及內(nèi)部生態(tài)環(huán)境指數(shù)的安全監(jiān)測(cè)；系統(tǒng)完成墓冢內(nèi)部與周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)參數(shù)的實(shí)時(shí)不間斷采集，并通過衛(wèi)星信道將參數(shù)實(shí)時(shí)傳輸至后臺(tái)監(jiān)控中心，并在管理平臺(tái)軟件上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)顯示；該系統(tǒng)具有測(cè)量精度高、參數(shù)測(cè)量類型多、靈活性與實(shí)時(shí)性好、遠(yuǎn)程監(jiān)控便捷等特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：生態(tài)環(huán)境；在線監(jiān)測(cè)；遺址保護(hù)

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1. 引言

乾陵位于陜西省乾縣城北梁山上，距西安市80km，陵墓鑿山穿穴而建、規(guī)模宏偉、封閉嚴(yán)密、距今已1200多年。由于陵墓位于地殼表層風(fēng)化巖體內(nèi)，透水性強(qiáng)；遇水或擾動(dòng)后極易失穩(wěn)破壞；而遺址所處地區(qū)屬暖溫帶，大部分古遺址處于高含水狀態(tài)；同時(shí)，乾陵地處高原丘陵、溝壑區(qū)南緣的石灰?guī)r殘丘區(qū)，滲水情況十分嚴(yán)重；而人類活動(dòng)、地震等因素破壞了遺址原有封閉的地質(zhì)環(huán)境，改變了遺址賦存條件；致使乾陵遺址出現(xiàn)諸多地質(zhì)病害，若不對(duì)上述災(zāi)害及時(shí)加以監(jiān)測(cè)與治理將會(huì)嚴(yán)重影響到遺址及其古文物的封存[1]。

針對(duì)目前乾陵地質(zhì)災(zāi)害與周邊生態(tài)環(huán)境破壞的嚴(yán)峻局面，陵區(qū)管理部門擬建立一整套針對(duì)唐乾陵墓區(qū)周邊生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)的在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)之上結(jié)合遺址保護(hù)的具體要求及工程特點(diǎn)探討生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)所須解決的關(guān)鍵問題和防治對(duì)策，力求在遺址完整性保護(hù)與危害預(yù)測(cè)方面制定切實(shí)有效的解決方案。

2. 生態(tài)環(huán)境在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 整體目標(biāo)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)能夠有效提升生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理?xiàng)l件；增強(qiáng)信息處理的時(shí)效性與可靠性、縮短數(shù)據(jù)匯集與統(tǒng)計(jì)分析所需時(shí)間，為災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警提供快捷的氣象、環(huán)境信息和預(yù)報(bào)成果[2]。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

生態(tài)環(huán)境在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是由：前端傳感器陣列、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信中心、分析預(yù)警與監(jiān)測(cè)管理子系統(tǒng)等五大部分組成[3]：其中，數(shù)據(jù)采集部分基于遙測(cè)RTU對(duì)各傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚、處理；數(shù)據(jù)傳輸部分則通過北斗衛(wèi)星通訊系統(tǒng)為遙測(cè)站點(diǎn)與監(jiān)測(cè)中心提供數(shù)據(jù)通訊；衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信中心中的衛(wèi)星地面指揮機(jī)接收傳來的衛(wèi)星數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行解析、處理與存儲(chǔ)；同時(shí)聯(lián)接GIS服務(wù)器并通過網(wǎng)關(guān)接口接入Internet；分析預(yù)警與綜合管理子系統(tǒng)為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析預(yù)警中心，也是整個(gè)系統(tǒng)的后臺(tái)分析處理核心之所在[3]。

數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)共設(shè)置3個(gè)監(jiān)測(cè)站；根據(jù)實(shí)地勘驗(yàn)，擬將由市電供電的采集裝置立桿布署于離墓冢西南方向約50米的邊坡頂部；周圍視野開闊，附近無大型變電設(shè)施及無線電發(fā)射裝置，便于衛(wèi)星通訊終端全向天線的架設(shè)；由電池供電的采集裝置立桿布署于墓冢邊坡中上部隆起的滑坡臺(tái)階上；由太陽能供電的采集裝置立桿布署于墓冢西北方向約30米處；每套采集裝置中的RTU均與不同類別的傳感器相聯(lián)，采集到的數(shù)據(jù)通過RTU匯聚處理后由衛(wèi)星通訊終端傳輸至后臺(tái)監(jiān)測(cè)中心；考慮到系統(tǒng)長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的需要，系統(tǒng)中全部設(shè)置了防雷擊設(shè)備與衛(wèi)星通訊終端保護(hù)裝置[4]；

2.3 主要硬件設(shè)備選型與設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)整體建設(shè)目標(biāo)及技術(shù)指標(biāo)的要求，我們對(duì)系統(tǒng)中的主要硬件設(shè)備進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：

北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng)主要包括北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)通訊模塊、北斗二號(hào)衛(wèi)星、北斗地面指揮機(jī)與監(jiān)控中心；數(shù)據(jù)通訊端主要完成終端與空間衛(wèi)星之間上、下行數(shù)據(jù)的通訊、發(fā)送監(jiān)測(cè)站業(yè)務(wù)請(qǐng)求、接收指揮機(jī)控制指令并提供必要的顯示及數(shù)據(jù)接口；空間衛(wèi)星部分由2-3顆北斗地球同步衛(wèi)星組成，負(fù)責(zé)執(zhí)行地面中心站與衛(wèi)星通訊終端之間雙向無線電信號(hào)的中繼任務(wù)；每顆衛(wèi)星主要載荷是變頻轉(zhuǎn)發(fā)器及覆蓋定位通信區(qū)域點(diǎn)的全波束或區(qū)域波束天線；地面指揮機(jī)部分完成與空間衛(wèi)星之間上、下行數(shù)據(jù)處理并對(duì)各測(cè)站發(fā)送的業(yè)務(wù)請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)，完成全部測(cè)站定位數(shù)據(jù)處理與通信數(shù)據(jù)交換工作，同時(shí)對(duì)發(fā)送方進(jìn)行通信回執(zhí)確認(rèn)。

該子系統(tǒng)具有通信速度快、支持多用戶并發(fā)、抗雨衰、可靠性高、功耗低、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地滿足陵區(qū)生態(tài)環(huán)境多參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)與傳輸?shù)膽?yīng)用需求。

2.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

生態(tài)環(huán)境在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的主要組成從軟件實(shí)現(xiàn)上可分為四部分：即環(huán)境監(jiān)測(cè)前端、環(huán)境分析前端與環(huán)境監(jiān)督管理前端；從系統(tǒng)架構(gòu)上可分為三部分：即應(yīng)用程序客戶端、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)后臺(tái)。軟件設(shè)計(jì)采用三層架構(gòu)的設(shè)計(jì)方式：即通過服務(wù)器層實(shí)現(xiàn)應(yīng)用前端與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)共享、通過Java語言和相關(guān)服務(wù)程序及XML電子數(shù)據(jù)交換格式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)形式的新形態(tài)綜合管理系統(tǒng)。

3. 結(jié)語

系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)明確、功能完備、流程清晰，具有鮮明的針對(duì)性；系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面既考慮了監(jiān)測(cè)功能、數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境、測(cè)量精度要求，同時(shí)也兼顧了工程投資的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性；系統(tǒng)建設(shè)實(shí)施全過程監(jiān)理，方案設(shè)計(jì)能夠完全滿足客戶實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體目標(biāo)，遺址管理方通過該系統(tǒng)的運(yùn)行能夠準(zhǔn)確掌握陵區(qū)內(nèi)環(huán)境動(dòng)態(tài)信息，為遺址的環(huán)境保護(hù)與管理提供了有力支撐。

基金資助：2018年度湖北省教育廳人文社會(huì)科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目：18D028

參考文獻(xiàn)

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