蘇白燕,許 強(qiáng),黃 健,梁 繁

(1.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，成都 610059；2.四川省國土資源資料館，成都 610045)

隨著人類空間活動的復(fù)雜性空前提高，地質(zhì)災(zāi)害事件日益增多，每年因地質(zhì)災(zāi)害事件造成的非正常死亡、傷殘人數(shù)眾多，經(jīng)濟(jì)損失巨大，地質(zhì)災(zāi)害防治形勢日益嚴(yán)峻。

地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警應(yīng)具有實(shí)時性與動態(tài)性，這是由地質(zhì)災(zāi)害事件的不確定性和巖土體自身的復(fù)雜性所決定的。進(jìn)而在預(yù)警分析時就需要實(shí)時動態(tài)地接收地質(zhì)災(zāi)害變形等現(xiàn)場的最新數(shù)據(jù)信息，并對獲取的地質(zhì)災(zāi)害大數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時分析，準(zhǔn)確地進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警。數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)是在大數(shù)據(jù)快速發(fā)展的背景下，通過實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的快速處理與分析，并挖掘出新知識，服務(wù)于用戶決策指揮。該技術(shù)在金融、石油等行業(yè)已得到了廣泛應(yīng)用，故本研究將其引入到地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警領(lǐng)域，以建立更完善的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。

1 地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型研究現(xiàn)狀

經(jīng)過廣大學(xué)者的多年探索，目前地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型已經(jīng)有了較大的發(fā)展，主要經(jīng)歷了從現(xiàn)象預(yù)報(bào)、經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)到統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)、灰色預(yù)報(bào)[1-3]，再到非線性預(yù)報(bào)、系統(tǒng)綜合預(yù)報(bào)、全息預(yù)報(bào)[3-4]，以及實(shí)時跟蹤動態(tài)預(yù)報(bào)的階段。

早期國外學(xué)者在對地質(zhì)災(zāi)害研究過程中，發(fā)現(xiàn)災(zāi)害的發(fā)生與降雨有關(guān)聯(lián)。為此，通過搜集大量的歷史降雨過程數(shù)據(jù)，結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法，獲取降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的雨量基準(zhǔn)線[5-7]；隨后在雨量臨界線的基礎(chǔ)上，增加了土體含水率、地下水位等指標(biāo)[8]?；诮涤陻?shù)據(jù)的預(yù)警方法主要是應(yīng)用于區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警，對象包括淺層滑坡、剖面泥石流等；針對單獨(dú)的崩滑體災(zāi)害一般是以變形、受力及傾斜度作為監(jiān)測預(yù)警指標(biāo)，如深層滑坡。許強(qiáng)等[9-10]提出斜坡變形一般要經(jīng)歷初始變形、等速變形、加速變形3個階段，并在累計(jì)位移-時間曲線的基礎(chǔ)上，通過坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)量綱統(tǒng)一，建立改進(jìn)的切線角滑坡臨滑預(yù)警判據(jù)。何滿潮[11]通過對滑坡體內(nèi)部相對運(yùn)動力學(xué)指標(biāo)的監(jiān)測分析，實(shí)現(xiàn)誘發(fā)滑坡的多因素歸一為力學(xué)問題，并建立對應(yīng)的預(yù)警臨界值。余斌等[12]通過對單溝泥石流詳細(xì)的現(xiàn)場調(diào)查，將其地形、地質(zhì)與降雨多因素概化為單一參數(shù)，并建立了具有較強(qiáng)針對性的溝谷型泥石流預(yù)警模型。此外，還有利用新型技術(shù)開展滑坡監(jiān)測預(yù)警研究[13]?？梢?，基于監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型研究是目前最為廣泛、應(yīng)用成果也最多的一種方法，特別是關(guān)于泥石流災(zāi)害預(yù)警方面。但是針對崩滑體的監(jiān)測預(yù)警研究，由于受到個體特征具明顯差異性、成功案例數(shù)據(jù)偏少及規(guī)律總結(jié)不足等條件的限制，仍需要進(jìn)一步開展深入研究。

2 數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)

數(shù)據(jù)驅(qū)動源自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，其主要是在程序設(shè)計(jì)時以數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)作為導(dǎo)向[14]。從現(xiàn)有的問題事實(shí)出發(fā)，基于大量的中間數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)據(jù)處理與分析的方法(小波分析、多元統(tǒng)計(jì)等)從大量原始數(shù)據(jù)中獲取有效信息，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)、數(shù)據(jù)評價、數(shù)據(jù)監(jiān)控及診斷的多種目標(biāo)。地質(zhì)災(zāi)害減災(zāi)防災(zāi)領(lǐng)域中這個概念是最近才出現(xiàn)。由于地質(zhì)信息的復(fù)雜性及模型構(gòu)建的難度較大，所以必須通過綜合利用海量的地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)數(shù)據(jù)及成果信息，如專家知識庫等，并結(jié)合到近年來實(shí)現(xiàn)的多源實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)基于海量數(shù)據(jù)的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)、決策和優(yōu)化等功能，這就是動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用。

美國國家自然科學(xué)基金會在2000年首次提出動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動應(yīng)用系統(tǒng)，簡稱DDDAS。隨后J.Brotzge等[15]深入研究了DDDAS在天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用。J.Mandel等[16]提出了采用DDDAS技術(shù)的實(shí)時林火模擬系統(tǒng)，涵括了林火與數(shù)字氣象的實(shí)時預(yù)測。近十年來，動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)在中國也興起了一股研究熱潮。周云等[17]充分研究了動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)的理論體系及內(nèi)容。歐陽穎等[18]在農(nóng)業(yè)與環(huán)境科學(xué)上對動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用前景做了詳細(xì)的闡述。楊廣斌等[19]采用動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)，模擬了林火蔓延的精度及其誤差，并通過誤差的修正與計(jì)算，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下獲得了修正參數(shù)，從而完成了蔓延模型的自動修正。韓守鵬等[20]對DDDAS自適應(yīng)的應(yīng)用、算法和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等3個層次做了詳細(xì)分析，并據(jù)此采用并行和分布式技術(shù)解決了建模過程及仿真環(huán)境中遇到的關(guān)鍵問題。由此可見，對于解答復(fù)雜系統(tǒng)的理論及應(yīng)用，DDDAS這個范式起著重要的作用。

實(shí)測數(shù)據(jù)和仿真系統(tǒng)間的動態(tài)反饋是DDDAS中最為明顯的標(biāo)識，主要體現(xiàn)在2個方面：一是將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入仿真系統(tǒng)，使其反映數(shù)據(jù)的原有特征；二是將其得出的結(jié)果來對原始系統(tǒng)的實(shí)際測點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，使其能適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境的變化。DDDAS這種設(shè)計(jì)范式，其主要的價值體現(xiàn)在應(yīng)用系統(tǒng)與測量系統(tǒng)產(chǎn)生的共生反饋。換言之，是將二者結(jié)合，應(yīng)用系統(tǒng)可以從測量系統(tǒng)中實(shí)時動態(tài)地對數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的反應(yīng)，同時也能對測量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時動態(tài)的控制，使其結(jié)果變得更為可靠，基本思想見圖1[21]。

圖1 動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動應(yīng)用系統(tǒng)(DDDAS)實(shí)現(xiàn)基本流程圖Fig.1 The basic flow chart of Dynamic Data Driven Application System (DDDAS)

如果在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建時，通過將動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)和預(yù)警系統(tǒng)邏輯分開，則可以有效化解動態(tài)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)流程之間的矛盾。

3 動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警總體設(shè)計(jì)

中國西南地區(qū)近年地震頻發(fā)，局地暴雨集中，誘發(fā)了大量的地質(zhì)災(zāi)害。盡管國家從多個方面對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了有效的防治，但是地質(zhì)災(zāi)害事件仍時有發(fā)生，究其原因，主要還是地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生具有明顯的不確定性與隱蔽性。通過多年的重大地質(zhì)災(zāi)害案例事件的總結(jié)分析，可見地質(zhì)災(zāi)害事件的不確定性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①發(fā)生位置的不確定性；②發(fā)生時間的不確定性；③發(fā)生形式的不確定性；④危害后果的不確定性。

地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警涉及地質(zhì)災(zāi)害機(jī)理、監(jiān)測方案與技術(shù)、預(yù)警模型與判據(jù)，以及集成上述成果基礎(chǔ)上的系統(tǒng)研發(fā)，因此研究工作會面臨所涉信息量之大、數(shù)據(jù)類型之多、流程之復(fù)雜等多方困難。

通過分析研究運(yùn)用DDDAS范式構(gòu)建了基于動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)框架(圖2)。技術(shù)路線為：需先實(shí)現(xiàn)災(zāi)害數(shù)據(jù)的現(xiàn)場采集、傳輸與處理，構(gòu)建相應(yīng)的預(yù)警數(shù)據(jù)庫及模型庫，并集成歷史的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，進(jìn)而對災(zāi)害的不同階段的發(fā)展過程及趨勢建模分析與預(yù)警，最后結(jié)合實(shí)時的數(shù)據(jù)對預(yù)警模型參數(shù)進(jìn)行修正，使預(yù)警結(jié)果更為真實(shí)。另外，在有關(guān)部門對地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急指揮中，依靠預(yù)警系統(tǒng)的初步預(yù)警結(jié)果，對地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)急監(jiān)測點(diǎn)的選取與布局進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而構(gòu)建災(zāi)害演化過程及監(jiān)測曲線的動態(tài)變化與災(zāi)害發(fā)展過程之間的信息反饋與自動校正機(jī)制。

3.1 與傳統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)比較

動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)如圖3-A所示。與傳統(tǒng)模式下的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)對比(圖3-B)，其顯著差別在于預(yù)警系統(tǒng)在動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動下反饋調(diào)節(jié)較強(qiáng)，能針對積累的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)開展有效的趨勢擬合分析，能很好地借助實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)地跟蹤與調(diào)節(jié)，從而增加監(jiān)測預(yù)警結(jié)果的確定性，可靠性得到提高。

3.2 實(shí)現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)

成功構(gòu)建基于動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動下的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，需要在系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)上，解決動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動的監(jiān)測曲線擬合分析、動態(tài)預(yù)警模型的選擇、實(shí)時的預(yù)警分析與反饋調(diào)節(jié)、平臺數(shù)據(jù)庫與模型的構(gòu)建及預(yù)警調(diào)度的管理等關(guān)鍵性技術(shù)。

圖2 動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動的地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)總設(shè)計(jì)圖Fig.2 The overall design of the real-time monitoring and warning system for geological disaster by dynamic data-driven architecture

圖3 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)流程圖Fig.3 Flow chart of monitoring and early warning system for geological disaster

a.動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動的監(jiān)測曲線擬合分析

地質(zhì)災(zāi)害的演化階段最直接的信息反應(yīng)就是監(jiān)測曲線；但是由于監(jiān)測數(shù)據(jù)受多種因素的干擾，會造成曲線所展示的信息出現(xiàn)失真，甚至錯誤。因此，針對歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理與分析，必須借助一系列的時序數(shù)列處理方法(如誤差剔除、插值等)；另外，統(tǒng)計(jì)分析及濾波等手段可被用來實(shí)現(xiàn)基于歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)的趨勢擬合分析，進(jìn)而通過獲取的實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)修正，為災(zāi)害預(yù)警的等級劃分及其穩(wěn)定性評估提供可靠的數(shù)據(jù)。

b.動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動的預(yù)警方法

同樣，由于誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的因素具有明顯的不確定性，在對地質(zhì)災(zāi)害演化階段及發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)警分析時，模型或判據(jù)的計(jì)算結(jié)果與真實(shí)的地質(zhì)災(zāi)害變化過程存在一定的差異性，難免產(chǎn)生預(yù)測上的誤差。所以，為了有效地減小這種誤差，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時運(yùn)算分析，并且能夠?qū)崿F(xiàn)模型的動態(tài)修正，從而實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警結(jié)果更符合其實(shí)際演化情況。

c.系統(tǒng)建設(shè)主要的研發(fā)技術(shù)

基于動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)總體設(shè)計(jì)，在動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動的監(jiān)測曲線擬合方法與實(shí)時預(yù)警動態(tài)反饋機(jī)制等理論研究的基礎(chǔ)上，采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)和Web技術(shù)，研究動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動的地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)平臺建設(shè)中關(guān)鍵問題的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

4 動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

實(shí)時動態(tài)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警是以地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理與分析、預(yù)警模型與判據(jù)的建立及以動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)的數(shù)據(jù)與模型服務(wù)流為理論基礎(chǔ)及技術(shù)支撐。所以，本文是通過系統(tǒng)的分析、總體的設(shè)計(jì)制定地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，主要是集成了前人的研究成果，并對動態(tài)的監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與分析進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時動態(tài)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。

地質(zhì)災(zāi)害綜合信息管理平臺是運(yùn)用服務(wù)流引擎與動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的，并采用現(xiàn)今流行的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸，結(jié)合預(yù)警數(shù)據(jù)庫，完成了實(shí)時地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)(圖4)。系統(tǒng)主要功能分為：實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸、動態(tài)數(shù)據(jù)展示、系統(tǒng)管理。

實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)集成模塊是將各監(jiān)測儀器上報(bào)的數(shù)據(jù)從監(jiān)測儀器數(shù)據(jù)庫同步到系統(tǒng)的監(jiān)測中心數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)采用客戶端程序的方式實(shí)現(xiàn)，通過用戶配置的時間間隔和其他相應(yīng)的信息，監(jiān)視不同監(jiān)測儀器的數(shù)據(jù)變化，將新增的數(shù)據(jù)以JSON串，通過Web Service的方式發(fā)送到服務(wù)端，在服務(wù)端將新增數(shù)據(jù)入庫，并將系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)記錄到日志中，功能結(jié)構(gòu)如圖5所示。

監(jiān)測數(shù)據(jù)的動態(tài)處理及分析模塊，是在監(jiān)測數(shù)據(jù)庫已與源數(shù)據(jù)庫同步數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)建模的方式對監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的處理與分析，并繪制在相應(yīng)的圖表中，供用戶瀏覽分析。主要操作過程為：用戶通過數(shù)據(jù)處理模型設(shè)計(jì)器建立某類數(shù)據(jù)處理模型，系統(tǒng)根據(jù)用戶設(shè)計(jì)的模型，處理監(jiān)測數(shù)據(jù)。模型設(shè)計(jì)器包含常用數(shù)學(xué)處理工具和定制的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)處理工具，用戶通過組合工具的方式建立模型，靈活方便地搭建數(shù)據(jù)處理模型。而系統(tǒng)后臺通過用戶構(gòu)建的模型，以監(jiān)測數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，按模型中的工具依次處理數(shù)據(jù)。

圖4 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)功能模塊圖Fig.4 Functional block diagram of geological disaster monitoring and early warning system

圖5 實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸框架Fig.5 Real-time data transmission framework

圖6 黑方臺滑坡監(jiān)測示范區(qū)Fig.6 Demonstration of landslide monitoring at Heifangtai area

地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)包括了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫層、數(shù)據(jù)中間處理層、通用模塊層、專業(yè)功能業(yè)務(wù)層及用戶端表現(xiàn)層。系統(tǒng)通過WCF數(shù)據(jù)服務(wù)，構(gòu)建了監(jiān)測數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)清洗。通過客戶端技術(shù)，構(gòu)建了數(shù)據(jù)展示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)動態(tài)展示。地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理是成功預(yù)警的關(guān)鍵，主要涉及監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)處理、曲線實(shí)時繪制、監(jiān)測數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理以及數(shù)據(jù)服務(wù)流設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等。地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)主要功能包括實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)集成模塊、數(shù)據(jù)動態(tài)處理與分析模塊、模型調(diào)用及結(jié)果展示模塊。

5 動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用與分析

5.1 滑坡監(jiān)測示范區(qū)概況

黑方臺位于甘肅省永靖縣，地處湟水河與黃河交會口上游(圖6)。臺塬面西高東低，頂面海拔高度 1 664～1 864 m。黑方臺地層巖性由上往下依次為：Q3黃土(厚度26～48 m)，結(jié)構(gòu)松散，發(fā)育較多垂直裂隙；Q3粉質(zhì)黏土(厚度3～19 m)，結(jié)構(gòu)致密，弱透水；Q3砂卵石層(厚度1～6 m)，透水性較好；最下部為單斜構(gòu)造的砂質(zhì)泥巖，巖層傾向125°～220°，傾角8°～12°。黑方臺黃土滑坡監(jiān)測點(diǎn)基于臺塬黃土滑坡的成因機(jī)制和漸進(jìn)后退特征，以變形監(jiān)測為主，對典型黃土滑坡后緣裂縫處布設(shè)多個自動位移計(jì)，構(gòu)建了基于地表變形速率、速度增量的滑坡監(jiān)測預(yù)警綜合閾值(表1)。通過前期成因機(jī)理的研究，確定預(yù)警模型與滑坡變形閾值，開展對應(yīng)的實(shí)時監(jiān)測預(yù)警(圖7)。

5.2 系統(tǒng)應(yīng)用與檢驗(yàn)

針對黑方臺陳家6#滑坡的地表位移監(jiān)測，對其實(shí)時監(jiān)測預(yù)警結(jié)果如表2所列，詳見圖8、圖9所示。

表1 黑方臺滑坡預(yù)警級別劃分Table 1 The warning levels for Heifangtai landslide

圖7 黑方臺滑坡監(jiān)測預(yù)警顯示Fig.7 Monitoring and early warning display of Heifangtai landslide

表2 黑方臺滑坡監(jiān)測預(yù)警結(jié)果統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of monitoring and early warning results of Heifangtai landslides

圖8 黑方臺自動位移計(jì)累計(jì)變形曲線Fig.8 Cumulative deformation curve of the automatic displacement meter at Heifangtai2017年5月2日-13日

圖9 黑方臺自動位移計(jì)變形速率曲線Fig.9 Deformation rate curve of the automatic displacement meter at Heifangtai2017年5月2日-13日

通過現(xiàn)場復(fù)核與確認(rèn)，發(fā)生滑坡的隱患點(diǎn)是位于黑方臺東北側(cè)磨石溝右岸(圖5紅框研究區(qū)內(nèi))的陳家溝6#滑坡。根據(jù)黑方臺這類滑坡的變形發(fā)展特征，在容易產(chǎn)生滑坡的區(qū)域布設(shè)了多臺自動位移計(jì)進(jìn)行監(jiān)測，2017年5月13日上午9:52，陳家溝6#滑坡后壁產(chǎn)生兩處小規(guī)?；瑒樱詣游灰朴?jì)完整捕捉了此次滑坡的全過程變形曲線并在變形超過紅色閾值后1 min內(nèi)發(fā)出了預(yù)警信息，當(dāng)?shù)厝藛T也采取了相關(guān)防范措施，未造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失(圖10)。陳家溝6#滑坡變形曲線如圖8所示，自2017年2月28日開始監(jiān)測以來，坡體無明顯變形；5月11日晚8:00，坡體的變形速率逐漸增加，且變形速率不再收斂；至5月13日早上9:12，變形速率超過20 mm/d的紅色速率閾值，預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)在9:13及時發(fā)出了紅色預(yù)警短信(圖11)，39 min后，即9:52，發(fā)生了滑坡。

陳家溝6#滑坡預(yù)警實(shí)例表明，針對這種突發(fā)型滑坡類型建立的預(yù)警判據(jù)模型對實(shí)時監(jiān)測預(yù)警具有較好的效果，預(yù)警滑坡的重要因素是其進(jìn)入加速變形階段后的速率閾值的及時響應(yīng)與結(jié)合速率增量的精準(zhǔn)判斷。同時，其關(guān)鍵要素是及時的預(yù)警信息發(fā)布。

圖11 陳家溝6#滑坡紅色預(yù)警短信Fig.11 Red alert SMS for Chenjia 6# landslide

6 結(jié) 論

隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及資源開發(fā)，尤其在西南地區(qū)，地質(zhì)條件十分復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害日趨嚴(yán)重，地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)面臨著重大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。針對當(dāng)前地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)過程中遇到的數(shù)據(jù)量巨大、模型與方法復(fù)雜等問題，本文以動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)為手段，利用服務(wù)流引擎來構(gòu)建一套地質(zhì)災(zāi)害自動監(jiān)測預(yù)警方法體系，充分采用服務(wù)流引擎技術(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)，研發(fā)出運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的新型地質(zhì)災(zāi)害動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)災(zāi)害信息實(shí)時查詢、處理與分析、動態(tài)監(jiān)測曲線的繪制及災(zāi)害自動預(yù)警等功能。

本文以甘肅黑方臺滑坡監(jiān)測示范區(qū)為例，檢驗(yàn)建成的基于動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，主要通過測試在實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸條件下，所構(gòu)建的數(shù)據(jù)與模型服務(wù)流引擎的實(shí)際應(yīng)用效果，獲得的主要結(jié)論如下：

a.黑方臺滑坡群具有明顯的突發(fā)性，是黃土地區(qū)的典型地質(zhì)災(zāi)害，對實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)的動態(tài)采集能力、數(shù)據(jù)傳輸、快速處理與分析能力等要求極高。因黑方臺滑坡具備漸進(jìn)后退特征，以變形監(jiān)測為主，部署多個具有自適應(yīng)采集數(shù)據(jù)能力的位移計(jì)，構(gòu)建地表變形的滑坡監(jiān)測預(yù)警綜合閾值，對其開展實(shí)時監(jiān)測預(yù)警。

b.通過2017年的監(jiān)測運(yùn)行，監(jiān)測系統(tǒng)捕捉到了2次滑坡預(yù)警，并且在5月13日，成功發(fā)出了滑坡災(zāi)害預(yù)警短信，通知現(xiàn)場負(fù)責(zé)人采取相關(guān)防范措施，未造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

c.該系統(tǒng)能有效地對滑坡進(jìn)行預(yù)警，并能夠有效地為管理部門在地質(zhì)災(zāi)害防治及應(yīng)急決策時提供先期的技術(shù)支撐。然而，由于地質(zhì)災(zāi)害的復(fù)雜性及其獨(dú)特個性特征，該系統(tǒng)能否適用于其他類型的滑坡災(zāi)害，還需要不斷的研究與完善。