地质灾害监测系统_地质灾害监测系统平台

2024-07-20 00:38:46

1.地质环境监测体系框架

2.三峡库区万州—巫山段地质灾害监测预警研究

3.中国地质环境监测院关于推进地质环境监测体系建设的实施方案

4.地质灾害监测仪器设备研发

5.地质灾害监测的目的是什么？

地质灾害监测系统_地质灾害监测系统平台

地质灾害监测方法地质灾害的监测方法可用简易监测和仪器监测。重要危险隐患点应用仪器监测。

地质灾害监测方法主要有卫星与遥感监测；地面、地下、水面、水下直接观测与仪器台网监测。矿山之星地质灾害监测仪器包含传感器、接收机等。

地质环境监测体系框架

一、内容概述

国家高新技术产业化项目“基于北斗一号卫星系统的地质灾害监测示范工程”的目标是在传统的地质灾害监测系统基础上，利用“北斗一号”卫星系统作为信息传输系统，选择有代表性的典型滑坡、崩塌、地面沉降区和地震带作为示范区，建立我国滑坡、崩塌、地面沉降、地应力实时监测系统，提高对重点地区地质灾害的监测效率和预警能力。

图1 系统总体结构框架示意图

针对我国地质灾害监测的实际情况，开展了北斗通信系统的研究、数据集仪的研制、信息系统的开发等关键技术的研究（图1）。

1）设计并研发了基于北斗一号卫星的通信系统，包括通信接口的定义与规范以及通信协议的制定，最终实现了自报式传输实时数据、查询式传输历史数据、交互式查询工作参数以及交互式设置工作参数的功能。

2）根据地质灾害监测的实际情况，对北斗用户机的通信控制器、运行环境要求、供电系统以及防雷性能等方面进行了野外适应性改造，使其更加适应野外运行环境，保证数据传输的稳定、安全、准确。

3）自行研制开发了6类数据集仪，分别为JCHT数据集仪、BDDZ3000-X数据集仪、CR1000数据集仪、GH数据集仪、SMARTDATA数据集仪、JL-1数据集仪，用于各监测示范区地质灾害监测数据的集以及与北斗传输系统的联通。集仪研发中同时兼顾了北斗通信与ZIGBEE、GPRS和GSM等无线通信的联合运用，以适应灾害监测数据在正常状态和应急状态的数据传输需要。

4）开发了基于北斗一号卫星系统的信息系统，包括总中心软件和各示范区分中心软件，总中心软件可监控各野外监测站运行状态，还实现了地质灾害监测站管理查询、监测设备管理查询、地质灾害监测数据存储和分析处理等功能；分中心软件除实现了监测数据的查询、存储和分析功能外，还可以根据数据传输情况自动补发数据、设置监测站参数和前端监测状态的控制等，实现对野外监测站点的远程监控。

在以上关键技术研发的基础上，建成了东部地面沉降监测、典型区域滑坡监测、三峡库区滑坡崩塌监测和地震活动带地应力监测四大类，包括上海、三峡库区、四川雅安、汶川地震区等13个地质灾害监测示范区，安装了82套基于北斗一号卫星系统的野外监测设备。整个地质灾害监测系统按照监测站、地区级和国家级的管理模式运行，该自动化地质灾害监测示范系统是目前国内覆盖范围最广、涉及地质灾害类型最全、监测传感器种类最多的自动化监测系统。四大类13个监测示范区的建设对地质灾害监测起到了很好的示范作用，为进一步的国家级地质灾害监测网络建设奠定了坚实的基础。

二、应用范围及应用实例

本项目的研发成果在上海、三峡库区、四川雅安、汶川地震区等13个地质灾害监测示范区进行了应用（图2），安装了82台套地质灾害监测、传输设备，实现了各示范区地质灾害监测数据的实时集、传输和分析、处理，起到了很好的示范作用。

图2 建成的树坪滑坡监测站

本项目成果在地质灾害防治和应急救灾领域有较广的应用前景：以北斗一号卫星系统作为地质灾害监测数据的传输方式，开辟了一条新的数据传输途径，是对传统传输方式很好的补充。它证明北斗卫星通信是地质灾害监测数据传输手段中一种行之有效的方法，特别是在山区、边远地区，北斗卫星通信是有效的自动化传输手段；在某些应急情况下，北斗卫星通信可能是唯一的传输手段。本项目的成功建设为在全国地质灾害监测中推广运用北斗一号卫星系统奠定了工程和技术基础，并对建设基于实时监测技术的我国地质灾害自动化监测网络和应急救灾起到了示范和引导作用，可以更好地为提供地质灾害防治决策的技术支撑。

三、推广转化方式

本项目是北斗一号卫星系统在地质灾害领域的首次应用，得到了专家和同行的普通认可，获得了2009年度中国十大地质科技新进展称号和2012年度国土科学技术二等奖。近年来，四川雅安地质灾害监测预警示范区多次接待国内外专家、学者和同行进行学习、交流，起到了较好的推广、示范效果。

技术依托单位：中国地质环境监测院

联系人：周平根

通讯地址：北京市海淀区大慧寺20号

邮政编码：100081

联系电话：010-62179926

电子邮件：zhoupg@mail.cigem.gov.cn

三峡库区万州—巫山段地质灾害监测预警研究

一、总体设想

我国地质环境监测工作总体设想是：健全一套体系、建实一个网络、提升四个能力、延伸一项服务。简称“1141”。具体内容是：

健全和完善与全面建设小康社会相适应的、符合可持续发展要求的一套全国地质环境监测体系，包括行政管理体系、工作队伍体系、监测网络体系、法规制度体系、技术标准体系等。

逐步部署开展地质环境监测示范区建设，建实一个覆盖我国人口密集区、经济社会快速发展区、国家重点产粮区、重大工程建设与运行区、生态环境重点保护区、国民经济重大战略部署和调整区的专业监测网络。

借助国家地下水监测工程和重大地质调查专项研究工作，系统提升全国地质环境监测能力、预报预警能力、决策支持能力和信息服务能力等4个方面的能力。

延伸服务领域，建立一个完善的地质环境保护科普体系，为促进人与环境和谐共处、科学利用和保护环境、防治地质灾害服务，为满足行政管理、科学研究和社会公众对地质环境信息的基本需求服务。

二、总体框架

不断完善监测网络是推进地质环境监测体系建设的中心任务。全国地质环境监测网络总体框架如图6-1所示。

(1)地质环境监测网络由专业监测网络、信息网络和群测群防网络等组成。专业监测网络包括突发性地质灾害监测网、缓变性地质灾害监测网、地下水地质环境监测网、矿山地质环境监测网、地质遗迹监测网，以及其他地质环境监测网等。按照事权划分，专业监测网络分为，即国家级骨干网、省级基本网和地市级延伸网。国家级骨干网由区域控制性监测点(区)构成，主要目的是了解全国地质环境的宏观动态变化特征；省级基本网由地域控制性监测点(区)构成，主要目的是系统、全面地掌握本行政区内的地质环境动态变化特征，省级基本网获取的监测数据是最重要的基础数据；地市级延伸网由局部针对性监测点组成，以满足于当地实际需要为原则。信息网络由国家级地质环境信息中心、省级地质环境信息中心和监测信息传输网络组成。

(2)地质环境监测网络建设在不同地区应有所侧重。山地丘陵区以突发性地质灾害专业监测网络和群测群防网络建设为主；平原盆地区和岩溶分布区以地下水和地面沉降、地裂缝、地面塌陷等监测网建设为主要任务；在矿产开发区，重点建设矿山地质环境监测网络。地质遗迹、地热、矿泉水、水土地质环境等的监测网络建设根据各地区实际情况确定。

(3)突发性地质灾害监测网络建设的总体思路是：紧密围绕提高预警预报水平，群专结合、点面结合、监测与研究结合，建立支撑网络。基本构想是：从国家层面上选择自然地理条件、气候条件、地质构造条件和突发地质灾害类型具有代表性的地区，以基础地质调查、地质灾害调查和监测预警示范区建设成果为依托，用多种手段和方法，点(单体监测、定点巡查等)、面(雨量监测、遥感监测、群测群防等)结合，建立区域性突发性地质灾害监测预警基地，长期坚持，面向国内外科研、教学单位开放运行。监测预警基地不仅仅服务于当地防灾减灾，更重要的是通过长期监测和分析研究，不断加深对灾害形成机理的认识，逐步完善预警预报判据，有效改进预警预报方法，进而提高地质灾害预警预报水平。多个国家级和省级区域性监测预警基地构成支撑全国地质灾害气象预警预报的骨干专业监测网络，与群测群防网络、重大单体监测点、示范区等共同构成全国突发性地质灾害监测网络。并在人口密集区、国家重点产粮区、重大工程建设与运行区、生态环境重点保护区、国家经济重大战略部署与调整区建立相应网络。

图6-1 全国地质环境监测网络总体框架

三、工作要点

1.健全法规，创新地质环境监测管理机制

法规制度是设置监测机构、开展监测工作的依据。通过解放思想、改革创新，把工作实践中合理的做法规范化。目前针对地质环境监测法规制度不健全，亟待编制出台与地质环境监测工作相关的法律法规和制度，建立健全适应市场经济要求的地质环境监测管理的法规制度体系，明确地质环境监测工作的公益性地位、监测经费的多元化投入机制、监测行为和监测设施保护措施、监测资料汇交与共享和监测成果的法律效力等，为地质环境监测体系的有效运行提供保障。

探索与企业合作的新机制，将矿山开发企业等建设单位纳入监测责任人范畴，担负起其工作领域地质环境监测的责任。

2.统一认识，健全完善地质环境监测体系

遵照国土部党组提出的地质工作“一张图”思路，以提升地质环境监测服务水平和能力为目的，以推进地质环境监测网络建设为核心，积极构建由监测行政管理体系、监测法规制度体系、监测机构队伍体系、监测技术标准体系、监测网络体系等组成的地质环境监测体系。

3.统筹部署，科学规划地质环境监测工作

科学规划地质环境监测工作，就是要在现有工作基础上，进一步优化调整地下水、地面沉降和突发性地质灾害监测网，建立健全矿山地质环境、地质遗迹保护监测、水土与生态地质环境监测网，融合各种监测手段，协调监测周期，提高“一孔多用”和“一图多用”能力，形成有机协调的监测网络体系。

地下水环境监测应以现有地下水动态监测网点为基础，充分考虑地面沉降区、地热分布区及矿泉水开发区的监测需求。

突发性地质灾害监测应逐步形成由专业监测预警试验基地、群测群防网络、重大单体监测点、典型监测示范区等构成的全国突发性地质灾害监测网络。

地面沉降和地裂缝监测，应充分利用优化的地下水监测网络，继续完善长江三角洲、华北平原和汾渭盆地的两级(国家级和省级)地面沉降和地裂缝监测网，对圈定的新的地面沉降和地裂缝分布区建立监测站网。

矿山地质环境监测，应分期部署矿山地质环境监测示范区，逐步建立覆盖全国88个重点矿产开发区的矿山地质环境动态监测网。实现国家、地方和矿山企业监测机构联合监测、定期监测与应急监测的矿山地质环境综合监测。

根据国家需求和地质环境保护轻重缓急，启动地质遗迹监测工作。

浅表层水土环境监测应以土壤质量监测为重点，在现有监测示范区建设的基础上，逐步拓展到主要农业经济区带。

4.明确职责，理顺地质环境监测机构体系

在现有地质环境监测机构的基础上，完善“国家—省—市—县”四级公益性监测机构队伍，依靠法规制度，明确公益性专业监测队伍、地勘单位监测队伍和企业监测队伍的职责分工，建立共同责任机制，构建权责明晰、分工合理、有机衔接的监测机构和队伍体系。

5.制定标准，规范地质环境监测工作技术要求

制定不同专业地质环境监测技术要求与实施细则，如地下水动态监测规程、地面沉降监测规程、矿山地质环境监测技术要求等。建立监测数据集与汇交制度，制定地质环境监测信息化技术标准，规范监测数据格式标准；建立不同专业地质环境监测数据库，开发统一的地质环境监测信息系统；建立与制定不同专业地质环境监测年报制度与技术要求。

6.搭建平台，共享地质环境监测信息与成果

充分利用“国家级地质环境监测预报”组织实施的有利时机，加强信息网络能力建设，建设和完善地质环境信息平台，建立地质环境“一张图”动态更新机制，实现地质环境监测数据的资料共享和监测成果快速综合集成和地质环境监测成果的综合集成与高效利用。

我国正处于经济高速增长期，制约经济社会发展的耕地、淡水、能源和重要矿产相对不足，经济建设发展与地质环境保护的矛盾将会更加突出，地下水超、地质灾害、矿区占用与破坏土地、水土污染等问题将长期存在。地质环境监测是国土开发与地质环境保护的“眼睛”，尽快健全完善地质环境监测体系，提升地质环境监测成果为国土开发利用与地质环境保护的服务能力，是地质环境保护部门义不容辞的责任。

中国地质环境监测院关于推进地质环境监测体系建设的实施方案

欧阳祖熙　张宗润　陈明金　师洁珊　陈征　韩文心

（中国地震局地壳应力研究所，北京，100085）

摘要为了较好地解决滑坡监测中高度的不确定性问题，需要配合使用多种类型的监测系统。本文系统介绍了三峡库区万州、奉节、巫山等地开展的地质灾害监测预警研究工作，包括基于3S技术和地面变形监测台网建立的研究区典型地段滑坡监测网、研制的新型滑坡无线遥测台网，以及流动倾斜仪、激光测距仪等专用设备。通过近年来获得的一些典型监测结果剖析了不同技术和方法在地质灾害监测预警相关方面应用的有效性。

关键词三峡库区　滑坡　监测预警系统　3S技术

1　引言

自1998年以来，中国地震局地壳应力研究所（以下简称地壳所）三峡库区地质灾害项目组依托院三峡建设委员会移民局“三峡工程万州库区GPS滑坡监测示范研究”，科技部“十五”攻关项目“示范区新型、高效地质灾害遥测台网技术系统研究”，重庆市和移民局下达的“奉节、巫山高边坡与高挡墙稳定性监测”，以及地壳所与德国地球科学研究中心和英国伦敦大学学院关于“应用PSInSAR遥感技术监测三峡库区滑坡及库岸变形”等项目的支持，在万州、巫山、奉节三地移民局和国土局的配合下，广泛深入地开展了库区地质灾害监测预警系统的研究。监测的对象由滑坡、危岩与库岸变形，扩展到高挡墙、高边坡和移民楼房基础的稳定性，监测技术体现了多学科的融合。

几年来，在进行地质调查的基础上，项目组运用3S技术，建立地质灾害地理信息系统（GIS）；开展全球卫星定位（GPS）滑坡变形监测及多手段仪器监测；并整合现今成熟的、先进的传感器与测量技术、计算机信息处理技术与通讯技术，以 GSM/GPRS为通讯平台的无线遥测台网，可以选择连接不同的传感器来监测崩、滑体地表变形、深部位移、地下水动态、声发射、裂缝变化、雨量，以及库岸及抗滑桩等工程构筑物内部应力及所受的推力等；在遥感（RS）技术应用方面，将国际上新近提出的角反射器技术用以进行InSAR信号处理，建立了试验台网。迄今，项目组在库区库岸与滑坡变形监测及灾害预警系统的工作中已获得了多项阶段性成果，一些典型地区的监测成果为减灾决策提供了重要依据。

2　库区地质灾害监测网设计的指导思想

库区崩塌、滑坡监测的主要目的是：全面了解和掌握崩、滑体的演变过程，及时捕捉崩、滑体灾变的特征信息，为崩塌、滑坡灾害的正确评价分析、预测预报及治理工程等提供可靠的资料和科学依据。同时，监测结果也是检验崩塌、滑坡分析评价及滑坡工程治理效果的尺度。

为了达到上述目的，库区地质灾害监测系统总体设计思想为：

（1）针对不同崩、滑体的地质构造与变形阶段特征，应用不同的方案、手段进行监测；

（2）鉴于崩、滑体变形破坏过程的高度不确定性，同一崩滑体上宜用多种手段监测，形成点、线、面、地表与地下相结合的立体监测网，使其互相补充、检核；

（3）在群测群防工作的基础上，发展常规人工仪器观测与无线自动遥测的技术、建立静态和动态监测相结合的监测预警网络，分别服务于地质灾害的长期、中期预测和短期预警。

3　地质灾害监测方法与技术

依据崩、滑体变形监测的物理量，兼顾变形测量对精度的要求和监测工作的效率，结合当前国内外监测技术和方法的发展水平，在实际应用中用GPS、InSAR、激光测距、流动倾斜、裂缝监测技术测量地表形变，一些地段也用了传统方法如全站仪和水准测量；钻孔测斜仪监测深部位移；孔隙水压力计监测地下水动态变化；钢筋应力计与锚索（杆）应力计，分别用于监测抗滑桩内部钢筋和锚索、锚杆的受力变化；同时，用遥测台网技术集包括地表变形、深部位移、地下水、钢筋计、危岩声发射等在内的各种动态监测数据。下面简要评述这些方法的特点与适用领域。

3.1　GPS（全球卫星定位系统）大地测量网

全球卫星定位系统（GPS）是美国国防部研制的导航定位授时系统，由24颗等间隔分布在6个轨道面上、大约20000km高度的卫星组成。在地球上任何地点、任何时刻，在高度角15。以上天空至少能同时观测到4颗以上的卫星。用户在地面用接收机接收这些卫星发射来的信号，测定接收机天线到卫星的距离，就可以计算出接收点的三维坐标。近年来，我国开发和应用GPS定位技术的发展速度很快，如在长江三峡工程坝区已建立了GPS监测网，实践证实，高性能配置的GPS水平定位精度可达毫米级，完全可用于崩塌、滑坡的位移监测。

相对于传统的大地测量方法，GPS测量技术应用于滑坡监测有以下优点：①观测点之间无需通视，选点方便；②不受天气条件限制，可以进行全天候的观测；③观测点的三维坐标可以同时测定；④新一代 GPS接收机具有操作简便、体积小，耗电少的特点。所以，这种方法已广泛运用于滑坡变形监测、施工安全监测以及滑坡工程治理效果监测之中。但是，由于监测站建设和获取数据周期较长，在灾害的短期预警中该方法用得较少。

3.2　专用仪器监测网

在此类测量方法中，有多种传统的测量仪器目前仍在广泛使用，如经纬仪、全站仪、水准仪和钻孔测斜仪等，它们主要用于各种工程治理项目的施工安全监测中。除了前述的仪器外，我们还从三峡库区的具体环境条件出发，结合地质灾害其他方面监测工作的需要，开发了便携式倾斜仪、流动激光测距仪等设备，弥补GPS观测受房屋、山坡遮挡而不便施测的不足，以便对位于河谷斜坡地形上的库区移民新城镇的滑坡地表变形、房屋及地基基础变形进行全面监测。在一些经过工程治理的重点滑坡、变形体上，结合治理效果监测，还大量运用了钢筋计和锚杆（索）计以监测抗滑桩内部应力及滑坡的推力。

在地表开展各种流动仪器观测具有监测参量多，灵敏度高，测量范围较大，效率高，成本低，操作简单等特点，因此这类测量方法适用于滑坡治理施工安全监测和效果监测，与前一种GPS流动站观测法相同，也大量应用于多种地质灾害的中、长期监测预报中。

3.3　地质灾害无线遥测台网

目前，国外崩塌、滑坡监测预警技术已发展到一个较高的水平。首先是较普遍用了全自动、多参数监测的遥测台网；其次，在地质灾害模型预报和预警系统方面，已运用3S(GPS、GIS和RS）技术进行地质灾害空间分析、模型预报和预警系统研究。国内在上述方面尽管还存在较大的差距，但近年来，铁道部、交通部等个别研究所及少数矿区已尝试用小型遥测台网进行滑坡灾害的监测预报；2002年，中国地震局地壳所在三峡库区又率先建立了用于地质灾害监测预警的多参数无线遥测台网。

“RDA型地质灾害无线遥测台网”系地壳所开发的基于GSM/GPRS技术的新型无线遥测台网。该系统主要由监测子、监测预警数据中心和GPRS数据通讯公网等三部分组成（系统构成见图1）。GPRS是在GSM基础上发展起来的一种无线分组交换的数据承载业务。相对于GSM/SMS的电路交换数据传送方式，GSM/GPRS用分组交换数据传送方式，提高了传输速率，有效利用无线网络信道，全面实现了移动Internet功能，对于每个用户永远在线等方面具有非常明显的优势。

图1　GPRS滑坡无线遥测系统构成

根据单体滑坡监测的需要，可以确定所需遥测子站的个数，各遥测子站可以选择连接不同的传感器来监测滑坡地表位移、深部位移，或者地表倾斜、裂缝变化、雨量，以及监测护岸、抗滑桩等工程构筑物内部应力和所受的推力等。监测预警数据中心系统软件功能包括接收各地质灾害点遥测子站的数据、数据入库、显示变形趋势曲线和超限自动报警等功能。同时，数据中心站可对各遥测子站发出指令，改变其工作参数，如数据样间隔（5分钟、1小时、24小时等）。系统可接入地区监测预警中心微机局域网，支持运行基于GIS的减灾决策支持系统。市、县级地质灾害监测指挥中心的计算机屏幕上可以准实时地密切监视滑坡加速变形趋势，支持对库岸和滑坡破坏进行短期及临滑预报，也可以对发生的地质灾害进行现场监测和救助指挥。从2002年我们在万州WJW滑坡建成第一个遥测台网以来，在万州和巫山运用“RDA型地质灾害无线遥测台网”监测的崩、滑体已有近20处，积累了丰富的数据。该地质灾害无线遥测系统主要具有以下特点：

（1）监测参量多，精度高

系统集成了包括：滑坡地表变形（位移、沉降）、倾斜变形测量仪、裂缝测量仪、崩滑体微破裂声发射信号记录仪、钻内地层滑移变形测斜仪、孔隙水压测量仪、钢筋测力计、锚索（杆）拉力计等8种滑坡监测仪器。这些测量仪器均具有较高的测量精度和较大的动态范围。

（2）自动遥测，无人值守

遥测仪器均内置微处理器和无线数据传输模块，动态范围大，全自动监测，无线传输，可用交流电源或太阳能电池供电。

（3）无障碍设计

所研制的仪器在测量、数据传输等方面均符合无障碍设计要求，因而有安装方便，环境适应性好等优点。

（4）依托先进的通讯技术

本遥测台网综合运用了最新发展的GSM/GPRS通讯技术，既适应三峡库区的地形条件，便于安装和维护，又具有高容量、覆盖范围广以及成本较低等特点。

3.4　崩塌滑坡应急监测系统

以往，无论在三峡库区还是我国其他地方，发现有崩塌滑坡迹象时，常因缺乏应急监测手段，未能详细积累数据，错失研究的机会且不论，有时终因措施不力造成人民生命的损失。我们在RDA型遥测台网的基础上，将通讯改为GSM/SMS，即短信息方式，目的是使系统对通信公网的适应能力更强，架设更简便可靠。在监测环境偏远以及应急监测的场合，这一点显得尤为重要。

应急监测系统优选了地表倾斜、激光测距、裂缝测量仪等手段。一旦有群众报告或者通过仪器监测发现某地滑坡有加速变形迹象，便能急速赶赴现场，及时安装台网，实施24小时连续监测。既能有效避免不测的发生，还可积累研究滑坡变形破坏阶段的宝贵资料。2003年，应万州地方的要求对公路、桥梁开展的应急监测便收到了良好的效果。

3.5　合成孔径干涉雷达InSAR测量技术

合成孔径雷达干涉（InSAR

InSAR—Interferometry Synthetic Aperture Radar的缩写。

）测量技术，是利用相邻航线上观测的同一地区的两幅SAR影像的相位差来获取地面数据的测量技术，其主要特点是利用雷达数据中的相位信息。

干涉雷达优点较多：具全天候工作能力，发射的微波对地物有一定穿透能力，能提供光学遥感所不能提供的信息，且为主动式工作方式。对于欧洲雷达卫星 ERS-1/2和加拿大雷达卫星RADRSAT-1，用干涉技术来产生 DEM，监测地面位移变化，精度可以达到毫米量级。因此，该技术手段特别适用于大面积的滑坡、崩塌、泥石流以及地裂缝、地面沉降等地质灾害的监测预报，是一项快速、经济的空间探测高新技术。

三峡地区植被茂盛，雨水充沛，地貌差异较大，不利于干涉雷达信号的处理，曾有人在该地区做过尝试未获成功。为此，地壳应力研究所与德国地球科学研究中心（GFZ）合作，用了国际上新推出的角反射器技术以进行 InSAR信号处理。角反射器是用三块角形金属板制作的一种装置，它对照射其内的雷达波可按原方向反射回去，反射信号相对于周围环境有显著的增强。通过在工作区范围内均匀布设人工角反射器，并确定一些稳定的点作为天然反射点，便于图像的配准和精确计算角反射器的位移。对于三峡库区如此大的范围，仅仅利用有限的点位进行 GPS或其他仪器设备测量滑坡体形变是有局限的，因此，探索利用InSAR技术开展三峡库区滑坡监测，具有重要的意义。2003年，我们已经在万州和巫山两地安装了14个角反射器，进行试验监测和研究，同时还联合进行 GPS变形监测作为对比。

4　用于地质灾害监测预警的GIS系统

地质灾害监测地理信息系统是一个能够有效管理各种四维空间（含地理坐标和时间变化）数据的信息系统。它以崩滑体等监测对象为基础，把地形、城市规划、监测点分布等空间数据，按其空间位置存入计算机；通过数据库模块、曲线显示模块与数据分析模块，实现监测数据的存储、更新、查询、趋势分析、绘图显示及图、表输出等功能。

系统主要由四部分组成：地理信息子系统、地质基础资料文献管理子系统、地质灾害监测数据库子系统和监测数据分析子系统。

地壳所自1998年在重庆市万州区开展地质灾害的监测与研究工作以来，首先致力于建立基于GIS的地质灾害数据和资料管理平台，在2000年研制成功“万州库区移民工作地理信息系统”。之后，又逐步完善相关的数据库管理系统，充实数据分析模块，增加自动报警功能，实现了含数据管理、分析于一体的滑坡监测预警GIS系统，并相继推广到巫山、奉节两县。

系统用面向对象的编程语言Visual C++6.0为开发工具，以MapInfo为基本开发平台；地质灾害监测数据库利用Microsoft SQL Server 2000创建，通过ADO技术进行数据库连接、访问。地质灾害监测预警GIS系统以大比例尺电子地图作为工作用图，可以任意缩放、漫游、能够自动查找地图目标，并与数据库相关联。该系统为管理各种工程地质、水文地质资料，为管理上述几类地质灾害监测网和监测数据，为数据的分析与结果显示，包括为群测群防工作的管理均提供了一个有效的平台，进而为滑坡稳定性的研究打下了很好的基础（系统总体结构如图2）。

图2　地质灾害监测预警GIS系统总体结构框图

根据前述功能的要求，该系统可以输出多种表达数据处理及空间分析结果的图形、图表与三维模拟图等可视化形式。图3显示了巫山县GIS系统的一个界面，显示出滑坡、道路及四类监测站的分布，即为一例。

图3　巫山GIS系统显示的GPS和倾斜监测站分布图

1.GPS静态监测站；2.GPS动态监测站；3.流动倾斜监测站；4.GPS坐标控制点

数据分析流程基本上有如下的3个方面：

（1）整个监测系统获得的数据，包括自动传输与流动观测的，经过校核确认无误后，即可存入当地地质环境监测站基础数据库。

（2）基于地理信息系统的地质灾害趋势分析及预警技术研究，包括进行监测结果的统计分析、时间序列分析、地表位移矢量图分析、滑坡的深度—位移曲线分析、位移—降雨量分析等，并进而确定在不同的地质环境下滑坡预警的阈值。

（3）所获得的滑坡变形时间变化曲线及其二维平面分布图像的结果，可用于做进一步的滑坡稳定性分析研究。

5　各类监测技术的应用与典型监测结果

5.1　GPS技术用于滑坡变形监测

自1999年底万州库区建成含120余个流动站的GPS滑坡变形监测网，到2002年底，共完成了8期测量。结果显示，多数滑坡近期变形速率较低，在5mm/a以下；但半边石坝与实验小学等少数滑坡年变形速率分别达84mm和49mm；关塘口、青草背等滑坡也有明显变形。图4显示了万州城区滑坡现今变形的分区特点：变形大的地区多为陡坡，有的是古滑坡分布地区；近期的变形主要和人类工程活动以及强降雨等因素有关。

图4　万州城区滑坡变形分布示意图

1.GPS滑坡监测点；2.滑坡；3.滑移矢量；4.变形较小的稳定地区

上述结果对于库区城镇的建设规划有指导意义。据了解，有的基础设施项目选在上述变形区域内，自2002年初开工，场平屡屡受阻，历时3年无法开展基本建设，付出了沉重的代价。对这几处稳定性差的滑坡体，加强了跟踪监测和研究。例如万州 SMB滑坡2003年继续发生变形垮塌，其北部区域5月以来曾发生严重变形。图5给出了3条有代表性的基线变化情况，纵坐标表示日降雨量以及GPS基线长度变化，单位为mm。由图中可以看到，2003年一季度该区变形速率不高，4月18日（即图中第108日）降大雨84mm后，滑坡变形明显加速。G123-134是接近主滑方向的测量基线，到6月累计变形量达到400m左右。除了该区是因人类工程活动触发滑坡变形因素外，强降雨的影响不可低估。

又如奉节新县城地区有大小崩塌、滑坡50余处，其中以三马山、宝塔坪、白衣庵、南竹园等大型滑坡对新建县城的影响最大。由于新县城地处复杂的地质构造部位，岩层较为破碎，冲沟发育，高阶地较窄，且连续性差。新建移民区大多分布在地势较陡的沟、谷坡上，人工开挖的高陡边坡随处可见，并以高度大、连续分布长为特点，边坡高度可达30～40m，长度数百米。高边坡的稳定性问题是奉节县城最大的潜在地质灾害问题之一。

2002年我们在奉节建立了含290个监测桩的GPS和地表倾斜变形监测网。到2003年中，整个县城近8km2范围的变形分布如图6所示，发生最大变形的地区是西部朱衣河谷坡一带的高边坡。这些地带大多是高阶地、陡坡，表现的主要地质灾害问题是建筑载荷导致的自然高、陡边坡、古滑坡失稳；因平整建筑场地而切削边坡，填平坡脚、沟谷，产生的高边坡与回填边坡的失稳等。

图5　SMB滑坡地表变形 GPS测量成果

图6　2003年奉节新县城变形等值线图

5.2　在滑坡工程治理安全施工阶段运用的监测技术

本阶段的监测工作主要用于评价滑坡（危岩）治理施工过程中滑坡的稳定程度，及时反馈、跟踪和控制施工进程，对原有的设计与施工组织的改进提供最直接的依据，对可能出现的险情及时发出报警信号，以便调整有关施工工艺和步骤，避免恶故的发生。做到信息化施工，以期取得最佳的经济效益。目前，在安全监测中使用了大量的专用仪器布设监测网，这已为广大工程技术人员所熟悉，这里仅举一例说明“RDA型地质灾害无线遥测台网”的应用成果。从2002年5月起在万州 WJW滑坡建立了无线遥测台网。该滑坡为三峡库区二期地质灾害工程治理项目，从2002年11月开始施工，2003年2月完成。图7所示为沿滑坡主滑方向激光测距遥测仪获得的结果。尽管施工包括59个抗滑桩的开挖与浇注，但由于设计与施工合理，整个施工期间滑坡体位移仅几个毫米，可见通过遥测台网连续监测，可以及时准确掌握滑坡变形动态，确保施工安全。

5.3 工程治理效果监测

仍以万州WJW滑坡为例。该滑坡治理工程取以预应力锚拉抗滑桩为主，地表排水及生物工程为辅的综合治理方案。治理效果监测网用了GPS、深部位移、孔隙水压力测量和钢筋应力计等仪器监测方法，在关键部位还设置了遥测台网进行连续监测。

图7　万州 WJW滑坡工程治理施工安全监测位移曲线

图8 为A2号抗滑桩上3002遥测子站2003年8月到12月观测结果的日变化曲线。由图可见：锚拉抗滑桩内力（钢筋计、锚杆计观测）和滑坡深部位移的变化与地下水孔隙压力（渗压计观测）的变化呈明显的相关关系；根据气象资料，滑坡孔隙水压力的变化与降雨亦有直接关系。但是从总趋势看，抗滑桩内力、深部位移变化不大，说明 WJW滑坡经过治理后基本上处于稳定状态，这与其他监测点仪器巡测的结果基本一致。

图8　3002遥测子站观测结果曲线显示

图9 为巫山GIS系统上分析、显示的WZB边坡倾斜变形矢量图，是使用仪器监测网进行工程治理效果监测的实例。如矢量图所示，4个测点的倾向均与坡向大体一致，2003年累计角变量≤0.02°，说明经过治理后的边坡稳定性良好。

5.4　滑坡变形应急监测

巫山县残联滑坡位于巫山新县城中心地带，滑坡区内高程在278～492m之间，为河流谷坡地形，坡角在10°～30°之间。滑坡体为第四纪坡积物，含碎石、粉质粘土，厚度0～12m，总体积约15万m3。由于本区域为斜坡区，公路及房屋等建设须对原始边坡不同程度的开挖、切坡，2001年已发现有变形发生。地勘资料表明残联滑坡周界明显，滑面渐趋形成，属推移式滑坡。2002年虽经两度治理，其西区在2003年仍有明显变形，危及其下的公路和移民楼房的安全。

图9　巫山县 WZB边坡倾斜变形矢量图

图10　巫山残联滑坡激光测距曲线（2003年9月～2004年2月）

应巫山县国土局要求，2003年9月安装了遥测台网。残联滑坡遥测台网安装在最能反映滑体变形特征的部位，四台遥测子站沿主滑方向形成一条测线。

激光测距的监测数据随时间的变化如图10所示。上条曲线为测距结果，测线长51.3m，滑坡向下滑移对应测线缩短，单位为mm；下条为环境温度曲线，单位为℃，横坐标为测量时间，按－年－月－日时：分格式显示。

从2003年9月12日至2004年2月3日，可大体分为两个阶段：

第一阶段：9月12日到9月27日为滑坡体中部抗滑桩完工之前，由于开挖引起边坡内部应力调整。受滑坡体上部载荷的影响，土体向前挤压。滑坡体中、下部向临空面的蠕滑变形明显，下滑速率大致均匀，约2mm/d,16天总计变化量达30mm。

第二阶段：在滑体中部的部分抗滑桩竣工后，位移速率变缓，降至0.5～1mm/d；到2004年2月上旬，变化量仅0.1mm/d。这说明抗滑治理工程对滑体变形起到了遏制作用，达到了抢险治理的目的。

6　结论

（1）基于3S技术和地面变形监测台网，基本建立了研究区典型地段滑坡监测系统。运用GPS等空间技术可以获得滑坡变形区域分布状况，不但有利于确定需要重点监测的滑坡，而且对库区城镇改造规划有指导意义。遥测台网可快速测定变形速率，是掌握滑坡动态变形趋势与开展应急监测的有效工具。

（2）为了较好地解决滑坡监测中高度的不确定性问题，需要配合使用多种类型的仪器。作者等为此研制的新型滑坡无线遥测台网和流动倾斜仪、激光测距仪，精度高，性能稳定，有较大的推广价值。

（3）由于滑坡、高边坡所处地质环境差异以及影响因素的不同，其破坏机理和危险性程度也不尽相同。正确认识、区分滑坡与高边坡的地质环景，合理布置稳定性监测点位，对其稳定性监测、分析及评价具有十分重要的意义。

在此，对参加过此项工作的杨旭东、陈诚、范国胜、李涛等同志表示感谢。

参考文献

[1]卓宝熙.“三 S”地质灾害信息立体防治系统的建立及其实用意义[J].中国地质灾害与防治学报，1998,9(4）:252～257

[2]崔，李宁.边坡工程——理论与实践最新发展[M].北京：中国水利水电出版社，1999

[3]欧阳祖熙，张宗润，张路等.重庆市万州区三峡工程移民地理信息系统.见：地壳构造与地壳应力文集（12).北京：地震出版社，1999:140～146

[4]欧阳祖熙，张勇，张宗润等.全球卫星定位技术在三峡库区滑坡监测中的应用.见：地壳构造与地壳应力文集（13).北京：地震出版社，2000:185～191

[5]欧阳祖熙，丁凯，师洁珊等.一种新型地质灾害无线遥测台网.中国地质灾害与防治学报，2003,14(1）:90～94

[6]欧阳祖熙，王明全，张宗润等.用 GPS技术研究三峡工程万州库区滑坡的稳定性.中国地质灾害与防治学报，2003,14(2）:76～81

[7]欧阳祖熙，师洁珊，王明全等.RDA型滑坡变形无线遥测台网.见：中国土木工程学会第九届全国土力学及岩土工程学术会议论文集.北京：清华大学出版社，2003:1261～1266

[8]陈明金，欧阳祖熙，师洁珊等.基于GPRS技术的地质灾害无线遥测系统.自然灾害学报，2004,13(3）:65～69

[9]陈明金，欧阳祖熙.预应力锚索抗滑桩内力反演计算.见：地壳构造与地壳应力文集（17).北京：地震出版社，2004:139～145

[10]欧阳祖熙，张宗润，丁凯等.基于3S技术和地面变形观测的三峡库区典型地段滑坡监测系统.岩石力学与工程学报，2005（待刊）

地质灾害监测仪器设备研发

（2008—2010年）

组织开展地质环境监测是国土部门的重要职责，不断完善地质环境监测体系是做好地质环境监测工作的基本保证。党中央、院高度重视地质环境保护工作，《院关于加强地质工作的决定》把强化地质环境和地质灾害调查监测作为6项主要任务之一，院批准的《全国地质灾害防治“十一五”规划》和《全国地质勘查规划》对地质环境监测和地质灾害预警预报工作作出了总体部署。国土部、中国地质调查局领导在多次讲话和批示指示中，对做好地质环境监测工作提出了明确要求。《关于中国地质环境监测院发展思路的意见》和《中国地质环境监测院技术业务中长期发展规划》把推进地质环境监测体系建设、提升地质环境监测能力和服务水平作为“立院之本”。

为了更加有力、有序地推进地质环境监测体系建设，中国地质环境监测院紧密结合学习实践科学发展观试点活动，深入思考汶川大地震后应急技术支持的经验教训，在广泛征求意见的基础上，编制了《中国地质环境监测院关于推进地质环境监测体系建设的实施方案（2008—2010年）》（以下简称“方案”），确定了今后3年的主要目标任务，明确了年度重点工作内容。

一、总体思路

（一）指导思想

深入贯彻落实科学发展观，以推进地质环境监测网络建设为核心，以完善制度、创新机制为保障，以提升服务水平和能力为目的，精心组织、合理安排、突出重点、坚持不懈，奋力把地质环境监测体系建设推向一个新的高度。

（二）主要着力点

地质环境监测工作是公益性地质工作，地质环境监测体系包括行政管理体系、工作队伍体系、监测网络体系、法规制度体系、技术标准体系等。推进地质环境监测网络、法规制度和技术标准建设，提升工作队伍服务水平和能力是“方案”的主要着力点。

在推进国家级地质环境监测网络建设方面，重点从以下几个方面入手：一是从实际出发，统筹考虑“国家级地质环境监测与预报”财政专项和与地质环境监测有关的地质大调查项目、国家科技支撑项目及高新技术产业项目，协调一致，合力推进。二是积极探索与地方、企业合作的新机制，推进重要经济区、重大工程区和主要矿产开发区的地质环境监测网络建设。三是积极向国家有关部门申报专项资金，增加对监测网络建设与运行的支持力度。

在指导帮助省级地质环境监测机构推进地方地质环境监测网络建设、提升队伍工作能力方面，一是中国地质环境监测院投入少量中央财政资金，通过示范区和试验基地建设，起到带动和推进地方地质环境监测网络建设的作用；二是加强对省级地质环境监测工作的针对性技术指导和培训，组织开展相关学术研讨和经验交流，促进省级队伍工作能力的提升；三是积极为省级总站申报地质环境监测网络建设与运行的省级财政资金提供技术支持。

在法规制度和技术标准建设方面，考虑推进地质环境监测立法是一项长期任务，难以在近年内完成，从实际与可能出发，“方案”中主要列出了一些急需出台的关于地质环境监测工作的部门规章、规划和行业技术标准。中国地质环境监测院将积极与国土部、中国地质调查局沟通，牵头组织有关单位和专家完成起草工作。

（三）地质环境监测网络总体框架

不断完善监测网络是推进地质环境监测体系建设的中心任务。经过广泛讨论和认真思考，提出全国地质环境监测网络总体框架如图1所示。主要说明以下几点。

图1　全国地质环境监测网络总体框架

1.地质环境监测网络由专业监测网络、信息网络和群测群防网络等组成。专业监测网络包括突发性地质灾害监测网、缓变性地质灾害监测网、地下水环境监测网、矿山地质环境监测监督网等。按照事权划分，专业监测网络分为，即国家级骨干网、省级基本网和地市级延伸网。国家级骨干网由区域控制性监测点（区）构成，主要目的是了解全国地质环境的宏观动态变化特征；省级基本网由地域控制性监测点（区）构成，主要目的是系统、全面地掌握本行政区内的地质环境动态变化特征，省级基本网获取的监测数据是最重要的基础数据；地市级延伸网由局部针对性监测点组成，以满足于当地实际需要为原则。各级监测网的关系如图2所示。信息网络由国家级地质环境信息中心、省级地质环境信息中心和监测信息传输网络组成。

2.地质环境监测网络建设在不同地区应有所侧重。山地丘陵区以突发性地质灾害专业监测网络和群测群防网络建设为主；平原盆地区和岩溶分布区以地下水和地面沉降、地裂缝、地面塌陷等监测网建设为主要任务；在矿产开发区，重点建设矿山地质环境监测网络。地质遗迹、地热、矿泉水、水土地质环境等的监测网络建设根据各地区实际情况确定。

3.突发性地质灾害监测网络建设的总体思路是：紧密围绕提高预警预报水平，群专结合、点面结合、监测与研究结合，建立支撑网络。基本构想是：从国家层面上选择自然地理条件、气候条件、地质构造条件和突发地质灾害类型具有典型代表性的地区，以基础地质调查、地质灾害调查和监测预警示范区建设成果为依托，用多种手段方法，点（单体监测、定点巡查等）、面（雨量监测、遥感监测、群测群防等）结合，建立区域性突发性地质灾害监测预警基地，长期坚持，面向国内外科研、教学单位开放运行。监测预警基地不仅仅服务于当地防灾减灾，更重要的是通过长期监测和分析研究，不断加深灾害形成机理的认识，逐步完善预警预报判据，有效改进预警预报方法，进而提高地质灾害预警预报水平。多个国家级和省级区域性监测预警基地构成支撑全国地质灾害气象预警预报的骨干专业监测网络，与群测群防网络、重大单体监测点、示范区等共同构成全国突发性地质灾害监测网络。2008～2010年，重点推进国家级监测预警试验基地建设，取得成功经验后，向省（自治区、直辖市）推广。

二、目标任务

（一）总体目标

到2010年，初步建立规范地质环境监测工作的制度、规划和技术标准体系，探索形成合作推进地质环境监测工作的多种新机制，国家级地质环境监测网络建设取得重要进展，全国地质环境监测队伍的服务水平和应急响应能力明显提高，全国地质环境监测工作经验交流与技术培训实现经常化。

（二）主要任务

1.积极推进地质环境监测工作制度规划和技术标准体系建设。积极汇报协调，力争促成部、局出台规范地质环境监测工作的2个文件和9项技术标准。2个文件是：地质环境监测管理办法和全国地质环境监测中长期规划；9项技术标准是：国家级地下水监测点建设技术要求、突发性地质灾害气象预警预报技术要求、突发性地质灾害监测预警试验基地建设技术标准、地质灾害群测群防体系建设技术要求、地质环境监测预算定额标准、地质环境监测信息化技术标准、地下水动态监测规程、地面沉降监测规程、矿山地质环境监测技术要求。

图2　地质环境监测网络分级及其关系示意图

2.大力推进国家级地质环境监测网络建设。一是突发性地质灾害监测网络建设，建立并运行3个国家级区域性突发性地质灾害监测预警试验基地，升级改造全国地质灾害预警预报可视化远程会商系统，初步形成以预警预报为龙头、以监测预警试验基地为支撑、以可视化远程会商系统为平台、以服务群测群防为主要目的的全国突发性地质灾害监测预警体系。二是地下水环境监测网络建设，优化调整国家级地下水监测网点，总数增加到1500个，完成1000个孔的洗孔，并安装自动化监测仪与数据实时传输系统、建立孔口保护设施。深化北京、乌鲁木齐和济南3个地下水监测示范区的工作，将其打造成产学研相结合的国家级地下水科研基地。在西南岩溶石山地区选择典型地下河流域，建设1个国家级地下水监测示范区。三是矿山地质环境监测监督网络建设，实现定期开展全国矿山地质环境动态调查与评估，建立1～2个国家级矿山地质环境监测示范区。四是地面沉降监测网络建设，建立1个国家级地面沉降监测预警示范区。五是水土地质环境监测网络建设，探索水土地质环境监测方案，建立1个国家级示范区。

3.加快推进应急响应和信息服务能力建设。建立突发地质环境应急监测和技术支持的中国地质环境监测院和地方监测机构合作机制，完善基于卫星通讯的应急指挥和远程会商系统，提高应急监测和现场处置的技术装备水平。分类整合建实地质灾害、地下水和矿山地质环境数据库，建立高效、统一的网络化地质环境监测信息服务平台。

4.探索建立合作推进地质环境监测工作的新机制。在西气东输管道地质灾害监测预警、沧州地面沉降监测示范区建设、西南岩溶石山地区地下水监测示范区建设、深圳海水入侵监测等方面，探索建立中国地质环境监测院与地方、企业合作推进地质环境监测工作的新机制。

5.加强对省级地质环境监测工作的技术指导和服务。每年召开1次全国地质环境监测工作经验交流会，举办2～3期地质环境监测技术方法、地质灾害预警预报、数据库和信息系统建设等方面的培训班。依托中国地质环境信息网，根据省级总站需要提供网站托管服务。建立中国地质环境监测院与省级总站之间双向的干部交流与技术人员挂职锻炼制度。

6.加大地质环境监测项目申报力度。继续推进“国家级地下水监测工程”项目的申报，陆续启动“矿山地质环境动态评估”、“国家级地质环境监测与预报”（增加财政专项资金支持力度）和“国家级地质灾害监测预警工程”等项目的申报工作。

三、年度工作内容

（一）2008年

1.牵头组织省级总站和有关专家，完成“地质环境监测管理办法”和“国家级地下水监测点建设技术要求”、“地下水动态监测规程”的起草（修订）工作，报部、局审批，力争年内发布实施。

2.建设运行四川雅安、云南新平和三峡库区3个区域性突发地质灾害监测预警试验基地，升级改造全国地质灾害预警预报会商系统，试验运行基于卫星通讯的应急处置和远程会商系统，论证提出应急监测技术装备购置总体方案和分年度实施方案，建立中国地质环境监测院和省级地质环境监测机构之间突发地质环境应急监测合作机制、经费补偿机制和全国范围的技术支持专家库。

四川雅安和云南新平监测预警试验基地建设要与成都理工大学、四川省和云南省地质环境监测总站（院）及当地国土部门等密切配合，建成集监测、预警、科学研究、教学实习和群测群防为一体的综合性基地。

三峡库区监测预警试验基地建设要与中国地质大学（武汉）等密切合作，完善监测预警网络，使之成为服务于国家重大工程的监测预警、科学研究和教学实习基地。

所有区域性突发地质灾害监测预警试验基地应积极面向国内外其他科研、教学单位开展合作，扩大影响。

3.分片组织省级总站和有关单位进行讨论协商，完成国家级地下水监测网络的优化调整，总数到达1500个以上；完成400个监测孔的洗孔，并安装自动监测与实时传输设备，建立孔口保护设施；开展重点城市和地区300个点的地下水有机污染监测。

优化调整后的国家级地下水监测网点包括：能够正常运行和能够修复的现有国家级地下水监测孔，3个示范区的自动化监测孔，北方平原盆地地下水动态调查评价项目设立的新的自动化监测孔，可以纳入国家级地下水监测网络运行的大调查项目勘探孔和监测孔，部分省级专门监测孔升级为国家级点。

4.对地质灾害和地下水方面的调查监测数据库分别进行整合，充实数据信息，完善功能；基本完成网络化地质环境信息平台的开发，具备信息统一发布功能。

5.启动3个合作推进地质环境监测新机制试点。与中石油合作，探索西气东输管道沿线突发性地质灾害监测预警合作机制；与河北省有关单位合作，探索沧州地面沉降监测预警合作机制；与深圳有关单位合作，探索地下水监测合作机制。

6.研究编制华北平原水土地质环境监测网络建设方案。

7.主要面向省级监测机构技术人员，举办2期地下水监测技术培训班；召开1次全国地质环境监测工作经验交流会。

8.继续推进“国家级地下水监测工程”的申报；积极与部、局沟通，争取矿产两权费用和价款对“矿山地质环境动态评估”的经常性专项资金支持。

9.探索建立地质环境监测机构之间人员双向交流学习的长效机制。中国地质环境监测院派出2～3人（以中层干部和技术人员为主）到省级总站挂职锻炼和从事一线技术工作；省级总站可以根据实际需要选派人员到中国地质环境监测院或其他总站挂职或交流学习。

10.研究提出健全地质环境监测机构、理顺地质环境监测工作管理体制的意见和建议，报国土部和中国地质调查局。

（二）2009年

1.牵头组织省级总站和有关专家，完成全国地质环境监测规划和突发性地质灾害气象预警预报技术要求、突发性地质灾害监测预警试验基地建设技术标准、地质灾害群测群防体系建设技术要求、地质环境监测预算定额标准、地质环境监测信息化技术标准等的起草（修订），报部、局审批，力争当年发布实施。

2.继续建设运行3个区域性突发性地质灾害监测预警试验基地，基于卫星通讯的应急处置和远程会商系统正式投入使用。

3.组织完成300个监测孔的洗孔，安装自动监测与实时传输设备，建立孔口保护设施；组织开展重点城市和地区200个点的地下水有机污染监测。

4.与省级总站和有关单位合作，启动地面沉降监测预警示范区和矿山地质环境监测示范区建设。

5.规范3类数据库中的地理底图数据，细化基础数据分类，能够快速形成简洁明了的系列图件，及时提供应急技术支持；完善地质环境信息平台，增加数据查询下载、定制服务等功能，建立中国地质环境监测院与省级总站之间的监测信息共享和分工服务机制。

6.继续推进地质环境监测新机制试点工作；启动岩溶地下水监测示范区建设。

7.积极向部、局和财政部等汇报沟通，争取中央财政增加对“国家级地质环境监测与预报”项目的支持。

8.举办2～3期监测技术方法、数据库和信息系统建设方面的培训班，召开1次全国地质环境监测工作经验交流会。继续开展地质环境监测机构之间的人员交流。

（三）2010年

1.研究编制地质灾害、地下水和矿山地质环境监测“十二五”专项规划，完成地面沉降监测规程和矿山地质环境监测技术要求等的起草或修订工作。

2.完善3个区域性突发地质灾害监测预警基地的软硬件环境，实现开放运行。论证提出黄土高原、东南沿海和西北地区等区域性突发地质灾害监测预警试验基地的选区和建设方案。

3.组织完成300个监测孔的洗孔，安装自动监测与实时传输设备，建立孔口保护设施；开展重点城市和地区200个点的地下水有机污染监测。

4.探索建立中央与地方、企业相结合的矿山地质环境监测合作机制。

5.继续开展地质环境监测技术方法培训和人员交流。

6.启动“国家级地质灾害监测预警工程”项目的申报工作。

地质灾害监测的目的是什么？

一、内容概述

从近10年在地质灾害监测仪器领域取得的成果中选择了以下几种作为代表。

1.地质灾害多参数集传输仪

地质灾害多参数集传输仪是针对国内地质灾害监测行业的现状，参考了国内外广泛应用于地质灾害监测领域的多种工作模式的优缺点，以此为基础研制完成的，可以连接的传感器有拉杆式位移传感器、拉绳式位移传感器、磁致伸缩位移传感器、地声传感器、雨量传感器、含水率传感器、水位传感器、泥位传感器、倾斜传感器等。通过对这些传感器的组合搭配，可分别应用于监测滑坡、泥石流、崩塌、地面沉降等领域；集的数据通过中国移动的GPRS网络以TCP/IP模式传输到后端的数据监控中心服务器显示存储，如果现场没有GPRS信号，可以通过北斗卫星以短报文模式进行数据传输，系统框图见图1，实物见图2。

图1 地质灾害多参数集传输仪框图

主要技术指标：

1）样方式：定时集，可远程设置集时间；

2）模拟输入通道：4路；

3）A/D分辨率：等效16位；

4）数字输入输出通道：雨量开关量输入及报警开关输出；

5）工作温度：-30～50℃；

6）传输模式：中国移动GPRS或北斗卫星短报文；

7）供电电压：直流12V，交直流两用供电。

图2 地质灾害多参数集传输仪主机及配套传感器

2.滑坡预警伸缩仪和裂缝报警器

这两种仪器主要是监测裂缝变化，在达到预设的报警阈值时发出避险警报，可以替代人工的巡视巡查，应用于滑坡、崩塌的地面或房屋裂缝的监测。滑坡预警伸缩仪的工作原理见图3，裂缝报警器的工作原理见图4，实物见图5。

图3 滑坡预警伸缩仪原理框图

主要技术指标：

1）监测范围：滑坡预警伸缩仪为0～1000mm，裂缝报警器为0～100mm；

2）监测精度：都是1mm；

3）A/D分辨率：等效于16位；

4）报警声压：滑坡预警伸缩仪为105dB，裂缝报警器为100dB；

5）供电电压：滑坡预警伸缩仪为12V碱性电池，裂缝报警器为3V碱性电池。

滑坡预警伸缩仪在利用报警器报警的基础上，又增加了利用无线开关量模块进行远程报警的功能，在居民点布设的主机可以接收多个滑坡预警伸缩仪发来的报警信号，实物见图6。

图4 裂缝报警器原理框图

图5 滑坡预警伸缩仪和裂缝报警器

3.分布式电导率地质灾害监测装置

分布式电导率地质灾害监测装置主要应用于海水入侵监测，通过对海水入侵观测井内不同深度井液的电导率数值的集，利用水的电导率与含盐量呈线性关系，根据电导率数值与电极所在的井深，确定咸淡水的分界情况，方便、快捷、准确地完成对海水入侵这类地质灾害状况的监控。

分布式电导率地质灾害监测装置由主机、电缆、分布式测量电极组成。在一个观测井内布设30个测量电极，电极间距1m，每一个电极通过继电器连接在主机的数字输出引脚上。主机在定时时间到后控制30个继电器按顺序分时通断30个电极，通过AD集的数据存入主机的存储器，在后续处理中以曲线形式表达监测效果，系统框图见图7，工作示意见图8，实物见图9。

图6 具有无线报警功能的滑坡预警伸缩仪

图7 分布式电导率地质灾害监测装置框图

图8 分布式电导率地质灾害监测装置工作示意图

图9 分布式电导率地质灾害监测装置

主要技术指标：

1）电导率监测范围：500μs/cm～0.3s/m；

2）测量精度：1%；

3）供电电源：直流12V，交直流两用供电；

4）工作环境温度：-5～＋40℃；

5）电极最大控制范围：24m。

4.泥石流监测分析预警装置

图10 泥石流监测分析预警装置框图

图11 泥石流监测分析预警装置

开展泥石流预警研究，获取准确可靠的数据是关键。泥石流监测分析预警装置是根据泥石流特征的主要参数设计的，泥石流地声信号具有较低的频率，而且其信号卓越频率较其他频率成分（环境噪音）高出许多，为我们检测识别信号提供了有利条件。泥石流地声信号的强度（幅值）与泥石流规模成正比，可以通过泥石流地声数据的集分析来确定规模，根据规模程度进行预警。通过对泥石流地声的强度、频率范围和延续时间三要素的集分析能初步摸清泥石流地声的活动特征、分布规律、发展趋势，提供有效的预防和预警技术方案，促进泥石流防灾能力的提高，为地质灾害监测预警提供技术方法支持。系统框图见图10，实物见图11。

主要技术指标：

1）A/D分辨率：等效12位；

2）样间隔：10～50μs；

3）频带：1～500 Hz；

4）程控放大器增益：5～1000倍程控可调；

5）通道数：3路传感器信号，用MSD-BUS协议；

6）工作环境温度：0～＋40℃；

7）供电电源：直流8～28V，交直流两用供电。

5.分布式地质灾害监测集传输仪

目前研制并应用的地质灾害监测仪器主要是通过线缆连接前端的传感器，主要缺点是架线比较困难、连接的传感器数量有限，不适合地形复杂、要求监测点多的监测环境。分布式地质灾害监测集传输仪在物理层和MAC层用了IEEE802.15.4协议，在网络层用了ZigBee协议，进行了降低功耗和简化路由算法的工作，有效地增加了传感器数量，相对于有线方式具有很大的优越性。仪器系统框图见图12，实物见图13。

图12 分布式地质灾害监测集传输仪框图

主要技术指标：

1）A/D分辨率：等效16位；

2）组网规模：1个主机和10个集器；

3）无线协议：780MHz，符合ZigBee规范的网状网拓扑结构；

图13 分布式地质灾害监测集传输仪

4）集器供电：3.6V电池；

5）主机供电：直流12V，交直流两用供电；

6）工作环境温度：-20～＋40℃。

6.地质灾害群测群防预警信息管理系统

地质灾害群测群防预警信息管理系统包括单机版、B/S版、宣传网站、C/S（三维）版。单机版系统是基于VB＋MapObject组件的开发模式研发的，地图格式为shp格式，主要用于群测群防基本信息的录入和管理，软件见图14。

图14 地质灾害群测群防预警信息管理系统单机版软件

B/S版系统是基于网络开发的，应用了超图公司SuperMap is.net平台的二次开发功能，通过网络实现了监测数据实时查询、群测群防体系管理、根据权限进行数据录入、群测群防两卡一表录入查询等管理功能，极大地方便了地方管理人员对于灾害点和群测群防点的管理，软件见图15。

地质灾害群测群防监测信息网是为了群测群防监测技术研发与示范项目的成果展示和仪器宣传而开发的网站。网站通过新闻、项目概况、仪器介绍、科普等栏目对项目的主要成果和地质灾害监测的重要性进行宣传。在未来实现对地质灾害监测类工作的统一宣传工作，软件见图16。

图15 地质灾害群测群防预警信息管理系统B/S 版软件

图16 地质灾害群测群防预警信息管理系统网站软件

C/S版（三维）是在之前的B/S版本的工作基础上研发的，系统基于iTelluro三维地理信息组件，在三维环境下实现了地质灾害、预警预案、群测群防、监测信息的一体化管理，基于插件式二次开发接口，可快速实现防治决策、综合管理等定制业务，软件见图17。

图17 地质灾害群测群防预警信息管理系统C/S 版软件

二、应用范围及应用实例

1.示范区应用情况

图18 水富县火车站安装的地质灾害多参数集传输仪

图19 大关县职业中学安装的分布式地质灾害监测集传输仪

以上研制的仪器均已在云南昭通市示范区内得到应用，在水富县布置了3套地质灾害多参数集传输仪，用于监测雨量、位移、含水率参数（图18）；在水富县、盐津县、大关县安装了滑坡预警伸缩仪150个、裂缝报警器300个、泥石流监测分析预警装置3套；在大关县职业中学安装分布式地质灾害监测集传输仪一套（图19）；分布式电导率地质灾害监测装置在河北南戴河及山东昌邑的海水入侵观测孔进行了监测（图20）；地质灾害群测群防预警信息管理系统在云南省昭通市进行了示范应用，对云南省昭通市主要县区的地形图及影像图进行了编辑处理，已录入灾害点882个、专业监测点8个。

图20 河北南戴河安装的分布式电导率地质灾害监测装置

2.推广情况及效果

1）在2008年的汶川震后重建工作中，为汶川灾区生产滑坡预警伸缩仪5000套、裂缝报警器85000套（图21）；在青海玉树震后重建工作中，安装了滑坡预警伸缩仪40套；在四川安县、云南昭通市成功预警预报4次（图22）。

图21 为汶川灾区生产组装了9万套裂缝报警器、滑坡预警伸缩仪及配套设备

图22 报警材料

2）地质灾害多参数集传输仪，在四川康定地区安装了7台（图23），四川中江县冯店垮梁子滑坡安装了2 台（图24），舟曲灾后恢复重建防治规划区地质灾害监测预警（二期）安装了73台（图25），重要地质灾害隐患监测示范（辽宁）16台（图26），目前均工作正常。

3）泥石流监测分析预警装置在北京怀柔幽谷深潭及门头沟矿区安装了6套（图27），在四川康定地区安装了9套（图28），目前均工作正常。

3.应用前景

地质灾害的破坏力巨大，对人类的生命财产及人类赖以生存和发展的与环境造成危害和破坏。这些仪器的推广不仅能使开发单位产生良好的经济效益，更重要的是通过应用，对地质灾害进行及时预警，可最大程度地减轻人民群众生命财产的损失和对环境的破坏，这个价值是无法用经济指标估量的。按照这种运行模式可以使有限的资金发挥最大的社会经济效益。

图23 四川康定现场

图24 四川冯店垮梁子现场

图25 甘肃舟曲现场

图26 辽宁现场

图27 北京怀柔现场

图28 四川康定现场

三、推广转化方式

1.申请专利保护知识产权

泥石流监测分析预警装置已经获得发明专利，见图29；地质灾害多参数集传输仪、滑坡预警伸缩仪和裂缝报警器已经获得实用新型专利，见图30至图32；地质灾害群测群防预警信息管理系统已经获得计算机软件著作权，见图33；分布式电导率地质灾害监测装置和分布式地质灾害监测集传输仪的发明专利已经通过了初审。

图29 泥石流监测分析预警装置发明专利证书

图30 地质灾害多参数集传输仪实用新型专利证书

2.培训、宣传与交流

在汶川震后重建工作中，进行了大量的现场培训指导工作（图34）；群测群防项目所研发的9项技术设备和软件在2008年科技部发布的《南方地区雨雪冰冻灾后重建实用技术手册》和国家减灾委及科技部抗震救灾专家组编《地震次生灾害应急实用技术手册》中列为代表国土部的9个地质灾害防治实用技术；2009年3月，全国地质环境工作会议上做了宣传报告对群测群防监测预警仪器展览；2009年5月，云南地质灾害防治工作会议上做了宣传报告并对仪器安装维护应用进行了培训；2009年7月，全国地质灾害汛期防治会议上发放了群测群防仪器宣传材料；2009年7月，协办昭通市地质灾害群测群防交流培训会，编写了群测群防知识宣传手册和群测群防监测预警系列仪器的使用说明书、录制了群测群防知识宣传节目；2009年9月，河北省地质灾害防治会议上做了宣传报告，对仪器安装使用维护进行了培训；2009年10月，全国地质灾害应急防治会议（长沙）上做了专题报告及仪器展示；2009年11月，国土部开展了黄石地质灾害应急演练，这些仪器参加了演练；2009年12月，东南亚国际滑坡会议上做了多媒体报告、仪器展示、并发表论文“低成本监测报警系统在中国的应用”。

图31 滑坡预警伸缩仪实用新型专利证书

图32 裂缝报警器实用新型专利证书

图33 地质灾害群测群防预警信息管理系统计算机软件著作权证书

图34 灾区安装培训指导

技术依托单位：中国地质调查局水文地质环境地质调查中心

联系人：张青曹修定

通讯地址：河北保定七一中路1305号

邮政编码：071051

联系电话：0312-5908718

电子邮件：zhqn123@163

地质灾害监测有以下目的：

1. 及时掌握灾害体变形动态，分析其稳定性，超前做出预测预报，防止灾难发生。