基于MAS的达州地质灾害远程监控系统

      摘  要: 将地质灾害监测与三维可视化及地理信息系统相结合，建立了基于网络三维地理信息系统的地质灾害远程监控系统，实现了基础地理信息数据、灾害数据、监测数据的综合呈现。通过中国移动MAS平台实现灾害信息的自动查看和报警，为地质灾害指挥决策提供科学支持。

　　我国是世界上地质灾害频发的地区之一。地质灾害的监测预警和防治管理的核心是基于遥感技术RS(Remote Sensing)、地理信息系统GIS（Geography Information System)和全球定位系统GPS(GlobalPositioning System)及地质灾害监测技术，实现分布于不同部门和网络节点的多源空间数据、时态数据、属性数据的高效管理、共享、综合分析和利用，为地质灾害防治工作服务，为各级政府部门、灾害监测预警和防治管理部门及其决策人员、科学研究和社会公众服务。

　　达州市位于四川省东北部，大巴山南麓。达州市地势东北高(大巴山区)，西南低(盆地丘陵区)。山地占幅员面积的70.70%、丘陵占28.10%、平地占1.20%。达州市河流主要属长江支流的嘉陵江水系。达州市地质灾害高易发区主要集中分布在东北部大巴山中山峡谷地带、西南部低山深丘地带、东南部华蓥山以及人类工程活动的集中区域。截止2008年底，经调查统计全市范围内共计1 781处地质灾害隐患点，其中滑坡1 555处，崩塌147处、不稳定斜坡49处、塌陷29处，其他灾害7处。根据地质灾害危害程度的大小，以全市7个县（市、区）历年防灾预案和已开展的地质灾害调查与区划成果确定的重大地质灾害危险（隐患）点为基础，结合市国土资源局历年调查了解的重大地质灾害点危害情况和2008年汛期检查情况，确定9个主要地质灾害危害点纳入市级地质灾害防灾预案，并就其发展变化趁势进行预测分析。

　　InfoEarth iTelluro是一款高效、稳定的网络三维地理信息系统平台，为地质灾害防治管理、决策和信息发布提供了统一的解决方案和平台技术。“达州市地质灾害远程监控系统工程”基于iTelluro技术和短信服务器(MAS)技术，结合专业监测、群测群防、视频监测等技术，实现了面向达州地质灾害预警的三维GIS平台。达州地质灾害预警子系统，实现了达州地质灾害预警系统、MAS 短信系统、视频监控系统的无缝集成，取得了良好效果。

1 InfoEarth iTelluro体系结构

　　InfoEarth iTelluro由中国地质大学（武汉）研制开发，是面向地学领域的一款网络三维地理信息可视化平台，它采用面向Internet的分布式计算技术和三维可视化技术，支持跨区域、跨网络的复杂大型网络三维应用系统集成，为地质灾害防治管理、决策和信息发布提供了统一的解决方案和平台技术。

　　InfoEarth iTelluro基于主流技术平台.NET开发，产品开放性好、架构灵活、三维功能和GIS功能强大、支持TB级海量、多源(包括DEM、DOM、DLG、三维模型数据和其他专题数据)数据一体化管理和快速三维实时漫游功能，支持三维空间查询、分析和运算，可与常规GIS软件集成，提供全球范围基础影像资料，可方便快速构建三维空间信息服务系统，亦可快速在二维GIS系统完成向三维的扩展。

　　InfoEarth iTelluro的三维客户端GlobeEngine采用全组件化开发,通过应用工业标准的组件化技术，使得GlobeEngine可以嵌入任意客户端，与其他业务系统无缝集成；甚至可以实现嵌入浏览器，作为Web应用程序的一部分。

2 系统设计

　　2.1开发环境

　　本系统基于iTelluro三维GIS平台，以Microsoft.Net 2.0为开发平台，选用C#语言，Web服务器采用IIS，在线数据通信部分在.Net平台使用C/S模式开发；系统的后台数据库选用Microsoft SQL Server 2005Express，监测数据存储在PostgreSQL数据库中。

　　2.2 系统体系结构

　　整个系统包括客户端、服务器端和数据库3个部分，系统体系结构图如图1所示。

　　客户端是整个系统功能实现的关键部分,它将服务器端通过http协议返回的空间数据(遥感影像和DEM、行政区划、灾害数据、基础地理等)展示给用户。

　　服务器端基于Web服务,由.net和ASP.net开发，通过http协议向客户端提供功能和数据，通过iTelluro Server向系统服务器端提供空间数据服务、分析及查询服务。

　　系统数据库选用SQL Server 2005 Express。三维空间数据采用iTelluro自有的三维数据引擎保存。iTelluro基于改进的椭球四叉树空间索引DHEQT(Distributed Hash Table based Ellipsoidal Quadtrees)技术，可以实现10 TB数据的高效存取和索引(已在三峡库区地质灾害预警指挥系统中成功应用),为海量空间数据及大尺寸图像在网络上快速浏览提供保障[5]。监测数据和其他通过文件形式保存的数据不做改变，通过适配器模式，应用相应的调用接口进行数据读写。

　　2.3 系统功能模块

　　系统包括三维地理信息、灾害数据管理、信息浏览查询、短信报警及用户身份权限认证五大功能模块,如图2所示。

　　(1) 三维地理信息模块。包括基本的GIS功能：对各类影像数据、矢量数据及标注图层进行管理，地图的放大缩小、漫游，距离量测、面积量测和体积量测，POI信息点查询定位，飞行和定位路线的录制，坡度、坡向信息以及地形坡面分析。

　　系统集成了基础地理、基础地质、灾害易发性分区、防治规划等数据，以上数据分别来自WMS、ArcIMS等数据源，可为地质灾害防治管理、决策提供基础数据，图3为加载了灾害易发性分区图的系统运行界面。

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      (2)灾害数据管理模块。主要针对达州市1 781处地质灾害隐患点及9处重点防御监测点,建立其属性信息数据表[6]并与地理信息相关联，实现在三维视图中的查询、编辑。其中，灾害点管理包括空间信息管理、属性信息管理、群测群防信息管理和“地质灾害主要危险点防御预案表”的录入、查询以及备份。监测点管理内容包括监测点空间信息、属性信息和监测设备信息(每个监测点安装有一台雨量计、一台裂缝位移测量仪和两部视频监控红外摄像机)等。

　　(3)信息浏览查询模块。用户可以在三维视图上通过点选相应的灾害点或监测点进行信息查询,也可以通过关键字查询定位地标信息以及灾害信息。同时，可以查看监测仪器的实时和历史数据。雨量计监测数据分别以日降雨量和小时降雨量为单位统计为柱状图；裂缝位移测量仪监测数据统计显示为曲线图；监控视频查看窗口能够显示监测点的实时图像，这样即使是在中心机房也能全面系统地了解各个灾害点和监控点的详细情况。

　　(4) 短信报警模块。通过移动MAS服务器，系统使用者可以以手动方式发送目标短信内容至目标联系人，同时，短信自动报警模块会将实时监测预警数据通过短信方式及时有效地发送到预先设置的职能部门领导及办事人员的手机终端上，以提高报警的精确度和及时性。

　　(5) 用户身份权限认证模块。包括权限认证和用户管理两个部分。用户需要登录才可以使用该系统，各个功能模块也需要登录后才可用。已登录用户可以添加、删除、编辑和设置其属性信息。

　　2.4 监测数据与三维地理信息系统集成

　　裂缝位移测量仪和雨量计在前端采集到的数据通过GSM网络发回到监测中心服务器，监测中心服务器采用PostgreSQL数据库存储全部监测数据。当系统客户端要查看监测信息时，则向系统服务器端请求统计图表页面，服务器端使用Npgsql库远程连接访问监测数据库，并查询相应监测信息进行统计和显示。这样为多来源监测数据的新增、更新、删除提供了便捷的方法和接口。

　　监控视频图像通过专用光纤传输至视频中心服务器，三维地理信息系统客户端通过向服务器端请求，调用视频设备控件，则可查看到实时监控图像。

　　2.5 系统实现

　　基于网络三维地理信息系统和MAS的达州地质灾害远程监控系统对达州市1:10 000航拍影像图、达州市地质灾害易发分区图、达州市地质灾害防治分区图进行分析与处理，实现了该地区的三维可视化。在此基础上建立灾害点监测点属性数据库，可以对所有地质灾害隐患点进行属性信息查询和编辑，同时结合监测仪器和监控设备实现监测点的远程实时监控预警。图 3是系统运行的主界面，图 4为监测点实时雨量、位移监测数据及监控视频的查看界面。

3 MAS功能和短信预警

　　短信报警根据用户预先设定的不同级别（按照地质灾害危险程度分为橙色、红色、$、绿色、蓝色5个等级）的报警阈值，系统提供Windows服务对监测数据库进行实时查询和分析，一旦监测数据通过报警模型计算，达到对应的报警阈值，即通过中国移动MAS服务器发送实时危险情况到相关负责人的手机终端，实现远程监测预警。短信自动报警运行流程图如图5所示。

　　如图5所示，短信自动报警运行流程可以划分6个步骤：①用户分等级、分设备设置报警阈值及相关责任联系人；②创建Timer对象，从配置文件读取报警运行时间间隔并创建报警器控件（需要报警的设备、报警级别、报警阈值、报警联系人）；③获取监测数据库中的最新数据，并判断前次报警后是否还有新数据，如果有新数据则进入下一流程；否则结束此次报警进入下一次报警逻辑；④进行报警计算，计算模型包括雨量和位移，如果计算结果超过报警阈值则进入下一流程；否则进入下一报警逻辑； ⑤通过MAS短信服务器把报警短信发送至相关责任人，写发送记录到数据库；⑥进入下一次报警逻辑阶段，当时间间隔到达用户设定的报警逻辑时间间隔，则进入流程③）。

　　达州市地质灾害远程监控预警三维地理信息系统，是基于基础地理信息、地质灾害数据库、监测设备信息、监测数据库等数据库及短信平台，并结合三维地理信息技术和地质灾害专业监测技术实现的地质灾害监控预警系统。

　　系统运行于Internet互联网络环境下，系统的建立和使用提高了达州市区域地质灾害防治、监测、预警技术水平，在2009年夏季的汛期防治工作中起到了重要作用。本系统对我国地质灾害防治信息化建设具有一定的示范价值和现实意义。