蒋小川
国网山西省电力公司阳泉供电公司 山西 045000
摘要：近年来，随着传感技术、计算机技术、网络线路技术和3S技术（遥感RS、地理信息系统GIS和全球卫星定位系统GNSS）的不断发展，涌现出大量的地质灾害预报方法。本文在此基础上，结合滑坡特性与地质灾害的风险评估和预警的实际应用，引入输电线路网络技术和图像处理分析技术，研究和设计了具有高实时性的地质灾害监测预警系统，该系统集3S技术和电力传感技术等多种监测技术于一体，能更快速、准确地获得各种地质灾害的动态实时数据，实现动态实时监测、管理分析和决策，为预警预报和减轻或避免地质灾害提供决策依据和管理平台。
关键词：输电线路；地质灾害；3S技术；预警系统
引言
为防止山体滑坡、崩塌和泥石流等地质灾害，国家重大电力工程和水利工程等水土保持项目采用了多种检测技术，但传统的方法不能满足实时的要求，而计算机技术、输电线路技术和3S技术的发展为地质灾害预警和防治中及时、快速获取实时检测数据进行分析、处理、决策提供了强大的技术支撑.本文以第四系覆盖层边坡滑坡为研究对象，设计了基于输电线路的地质灾害监测预警系统，该系统集各种创新型检测技术于一体，实现其独特的监测预警平台，具有广泛的应用价值.
1 基于输电线路的地质灾害监测预警系统的设计
滑坡等地质灾害具有地理分布范围广且大多分布在山区、突发性强、破坏性大、监测预警难度大等特点，设计一种能分类部署的基于输电线路的滑坡等地质灾害监测预警系统平台势在必行。为了满足分布式布点监测预警和集中式布点监测预警的需要，本文设计和研究了基于电力专网和基于电力自组网两种组网方式下的地质灾害监测预警系统平台。
1.1 基于电力专网的监测预警系统平台
（1）前端监测系统：主要完成分布式监测点的地质、地貌、环境、气候等与地质灾害相关的传感数据、实时图像（或摄影）、图片（或航拍图片）、报警信息等的采集、预处理、存储和通过4GAPN系统的拨号接入电力专网实现与本系统服务器相连进行数据线路等功能。
（2）服务器系统：一般可设置监测预警系统专业服务器（包括线路设备和客户接入服务、数据采集存储处理决策服务等、数据转发和预警发布服务等）和Web服务器（包括域名解析和预警发布及浏览服务等），也可由一台或多台服务器承担。主要完成前端系统的接入和分析决策、指挥、预警及后台客户系统的接入，实现各类数据的存储、处理、转发、浏览查询、分析决策、防灾救灾指挥、灾害预警及发布等功能。
（3）后台客户系统：主要完成地质灾害检测预警系统的各类信息分析决策、预警、防灾救灾指挥、实时监视、浏览查询及历史信息的浏览查询等功能。
1.2 基于电力自组网的监测预警系统平台
当前电力自组网在各行各业都得到了广泛的应用，由于该网络突破了电力专网地理上的局限性，能够快捷、高效地进行部署，该网络是采用输电线路方式动态组网的、多跳转发的、移动性对等的网络，当前的电力自组网设备主要工作于2.4GHz和5GHz附近的多频率通道中，采用IEEE开发的802.11a/b/g/n等多种数据线路标准，以满足不同线路通道和数据速率传输的要求。因此，该电力自组网结构比较适合道路两侧或较集中的多条道路两侧和重要工程周围等的山体地质灾害监测点的监测数据传输。
在此系统中设置一些室内地质灾害监测站为监测子站，采用输电线路汇集相对集中的就近各自组网支路的接入，监测子站电力汇集设备与室内千兆交换机进行有线连接并通过光纤接入主监控室内，与服务器、客户端及企业内部网相连，其中各监测点采用百兆交换机或电力接入、前端监测设备或有（无）线传感设备及输电线路设备等构造百兆交换节点，各监测点之间的输电线路则采用以300Mbps5GHz作为骨干输电线路通道，54Mbps2.4GHz作为分支输电线路通道进行数据交换，内网和外网通过服务器系统采用双网卡隔离和线路，从而依据实际应用情况构成了电力自组网的地质灾害监测预警系统平台。
2 地质灾害监测预警系统平台中的关键技术及创新点
2.1 关键技术
（1）地质灾害监测点设备的供电问题。由于监测点的监测设备和线路设备主要采用低压直流电源，通常有5V/12V/24V/48V等几种直流电压供电，对于已有或方便提供交流220V的电源，将220V交流电转换成各设备需要的低压直流电供电就可以解决，但很多监测点分布在无低压电源或很难引入低压电源的野外边远或山区环境下，则要考虑如何解决设备的供电问题。设计时，通常采用蓄电池和太阳能自组电源供电，那么在这种供电方式下必须考虑所有设备的平均和最大工作功率，以及在无充电时的最大连续正常工作的小时数和系统的使用寿命等，以此选择恰当的蓄电池类型和电气参数，太阳能板和风机的类型、最大充电电压、电流、额定功率、充放电控制、电源转换与稳压等，且必须考虑气侯对电源的影响，对于不同气候条件下要考虑太阳能和风能的搭配。在电源控制方面，当工作电压低于正常供电电压时要减轻或切断负载，当达到设定的供电电压水平时能自动恢复供电，蓄电池、太阳和风能要合理利用，蓄电池的供、充、放电等控制都需要进行详细设计，并提供远程监测和控制功能。另外要考虑蓄电池的寿命，及时更换等。该自组电源的供电方式，一次投入费用较高，受气候的影响较大，控制较复杂，但此种方式是解决难以获得电源时的监测点设备供电的最佳方式，且此供电方式具有可控性、自恢复性及可操作性好等优点。
（2）各地质灾害监测点的部署问题。在地质灾害监测点的布局上，要依据地质灾害出现的种类、频率、危害程度、监测环境与范围、用户的需求等，进行科学合理的部署，如进行监测点的选取、有线（电力）传感器（或电力传感器网络）种类和功能等的选择、安装与接入，监测前端的详细设计如监测功能、组网方式与线路方式选择、供电方案与防水防雷接地方案选取等，同时考虑无人机巡检的接入功能。
（3）地质灾害监测设备的安装。地质灾害监测设备由支架、太阳能电池板及电源、测试箱、雨量监测桶、渗压计、拉线式位移传感器等组成。首先挖个直径大约50cm的坑，放入固定支架用的底座，灌入水泥，待水泥固化后，将带有太阳能板和测试箱的支架固定在底座上；接着在底座附近挖一个深约70cm的坑，然后将渗压计放入坑中，并用土回填；之后在底座附近埋装拉线式位移传感器，将位移传感器的装线盒固定；最后拉线与终端设备连接，终端设备通过4GAPN专网与后台服务器通讯。
2.2 创新点
在本文给出的方案中主要有以下技术创新点：（1）采用多种能源方式供电，提高了系统可靠性；（2）根据布点的集中程度，采用适应性的组网方案，提高了系统部署灵活性；（3）灾害监测设备固定安装，兼顾监测设备的安全可靠性和数据的现场真实性。
3 结语
本文结合山体滑坡等地质灾害监测与预警的实际应用，对基于输电线路的地质灾害监测预警系统进行了详细的设计和研究，给出了两种设计方案分别应用于监测点分散和相对集中的两种实际应用场景，如两种应用场景同时具备，也可应用本文的设计采用基于输电线路专网和电力自组网相结合的方式实现地质灾害监测和预警的应用，因此本文提出的基于输电线路的地质灾害监测预警系统具有广泛的实用性和应用前景。
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