13 卷3 期
2004 年6 月
自 然 災(zāi) 害 學(xué) 報
JOURNAL OF NATURAL DISASTERS
Vol. 13，No. 3
Jun. ，2004
收稿日期：2003 – 10 – 28； 修訂日期：2004 – 03 – 25
基金項目：國家“十五”科技攻關(guān)項目（2001BA604A02）
作者簡介：陳明金（1974 – ），男，湖北棗陽人，助理研究員，博士研究生，主要從事地震、地質(zhì)災(zāi)害機理與綜合減災(zāi)研究.
文章編號：1004-4574（2004）03- 0065- 05
基于GPRS 技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害無線遙測系統(tǒng)
陳明金，歐陽祖熙，師潔珊，陳 征
（中國地震局地殼應(yīng)力研究所，北京100085）
摘要：將通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線傳輸和Internet
的無線接入，因而實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)共享和預(yù)警、救災(zāi)指揮聯(lián)網(wǎng)。詳細(xì)介紹了在三
峽工程萬州庫區(qū)運行的基于GPRS 技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害無線遙測臺網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)、功能實現(xiàn)以及運行效
果。該系統(tǒng)的建成與可靠運行使三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)走向數(shù)字化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化。
關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害；通用分組無線業(yè)務(wù)；無線遙測
中圖分類號：P694 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
Radio remote monitoring system for geological disaster based
on GPRS technology
CHEN Ming-jin，OUYANG Zu-xi，SHI Jie-shan，CHEN Zheng
（Institute of Crustal Dynamics，China Earthquake Administration，Beijing 100085，China）
Abstract：The application of general packet radio service（GPRS）technology in geological disaster monitoring system
enables a wireless transmission of monitoring data and a continuous wireless connection to Internet. Based on
GPRS technology，it will be realized to share monitoring data of geological disaster，to obtain forecasting information，
and to help managers，policy-makers and experts in disaster relief decision – making over an Internet Protocol
（IP）-based network. The structure，function，and effect of the radio remote monitoring network based on GPRS
technology and running in the Wanzhou reservoir area of Three Gorges is introduced in this paper. Once this system
is constructed and put into service，the monitoring and forecasting system for geological disaster in Three Gorges
reservoir area will be digitalized，automatized，and networked.
Key words：geological disaster；general packet radio service technology；radio remote monitoring
對崩塌、滑坡等災(zāi)害過程進(jìn)行全面、系統(tǒng)的監(jiān)測是掌握崩、滑體變形階段特征及破壞過程、開展災(zāi)害機理
研究及災(zāi)害時空預(yù)測預(yù)報研究必不可少的技術(shù)手段。我國現(xiàn)階段地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測手段和方法主要有人工觀測
法、儀器儀表監(jiān)測法以及綜合自動遙測臺網(wǎng)法等。其中綜合自動遙測臺網(wǎng)法監(jiān)測內(nèi)容豐富，自動化程度高，
可全天候觀測，并且遠(yuǎn)距離傳輸，省時省力，是地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警技術(shù)的發(fā)展方向。但由于監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境條
件一般比較惡劣，傳感器等儀器質(zhì)量不過關(guān)，長期穩(wěn)定性與可靠性差，數(shù)傳電臺、電話撥號、衛(wèi)星通信等傳統(tǒng)
的數(shù)據(jù)傳輸方式存在覆蓋范圍、實時性、投資及運行費用等問題，而且工控設(shè)備的無人值守運行存在較大困
難，因此，到目前為止，綜合自動遙測臺網(wǎng)法在國內(nèi)的應(yīng)用還不普遍。
隨著無線移動通信技術(shù)、Internet 網(wǎng)絡(luò)以及傳感器技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，給予地質(zhì)災(zāi)害自動遙測臺網(wǎng)的發(fā)
展提供了有力的技術(shù)支持。作者所在課題組自1998 年以來在三峽工程萬州庫區(qū)深入開展崩塌、滑坡等地質(zhì)
災(zāi)害監(jiān)測與研究，先后建成了萬州庫區(qū)GPS 滑坡監(jiān)測網(wǎng)［1］和基于全球移動通信系統(tǒng)（global system of mobile，
GSM）短消息服務(wù)的滑坡無線遙測臺網(wǎng)［2］。2003 年6 月，我們采用目前中國移動主推的通用分組無線業(yè)務(wù)
（general packet radio service，GPRS）新型數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，開發(fā)出了新一代地質(zhì)災(zāi)害無線遙測系統(tǒng)。通過
GPRS 服務(wù)，數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備可以采用互聯(lián)網(wǎng)Internet 的標(biāo)準(zhǔn)方式無線接入在互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)服務(wù)器，進(jìn)
行數(shù)據(jù)交換。基于GPRS 技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害無線遙測系統(tǒng)依托GSM 公眾網(wǎng)絡(luò)和Internet 網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了地質(zhì)災(zāi)
害監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線傳輸、互聯(lián)網(wǎng)共享和預(yù)警、救災(zāi)指揮聯(lián)網(wǎng)，從根本上解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式和遙測系統(tǒng)
組網(wǎng)方式的弊端，大大提高了監(jiān)測數(shù)據(jù)的利用率和布網(wǎng)的靈活性。
1 GPRS 技術(shù)特點
GPRS 是在GSM 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種分組交換的數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。相對于GSM 的電路交換數(shù)據(jù)傳送
方式，GPRS 采用分組交換數(shù)據(jù)傳送方式，在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載和支持上具有非常明顯的優(yōu)勢：（1）通過多個
GSM 時隙的復(fù)用，數(shù)據(jù)傳輸速率更高，最高理論值達(dá)171. 2kb / s；（2）每一個GPRS 用戶可以有多個無線信
道，而同一信道又可以由幾個用戶共享，這樣更有效地利用無線網(wǎng)絡(luò)信道資源，特別適合間斷的、突發(fā)性的或
頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸；（3）GPRS 支持按數(shù)據(jù)流量計費，相對于短消息等其它無線數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，GPRS 臺
網(wǎng)運行的價格優(yōu)勢比較明顯；（4）GPRS 能夠隨時為用戶提供透明的IP 通道，可直接訪問Internet 中的所有
站點和資源，GPRS 通過允許現(xiàn)有的Internet 網(wǎng)絡(luò)和GPRS 網(wǎng)絡(luò)互通，首次全面實現(xiàn)了移動Internet 功能；（5）
采用信道復(fù)用技術(shù)，每一個GPRS 用戶都能夠?qū)崿F(xiàn)永遠(yuǎn)在線；（6）GPRS 還能支持在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r進(jìn)
行語音通話等。
GPRS 技術(shù)非常適合于遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)無線傳輸和Internet 無線接入應(yīng)用，組網(wǎng)靈活，經(jīng)濟(jì)實用，對
于不易架設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的邊遠(yuǎn)地區(qū)或者山區(qū)更能顯示出其優(yōu)勢。
2 系統(tǒng)總體設(shè)計與功能實現(xiàn)
2. 1 構(gòu)建GPRS 地質(zhì)災(zāi)害遙測系統(tǒng)技術(shù)關(guān)鍵
針對地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測需求，結(jié)合中國移動通信網(wǎng)、Internet 公眾網(wǎng)和企業(yè)城域?qū)＞W(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)支撐，構(gòu)建基于
GPRS 技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害遙測系統(tǒng)必須解決以下技術(shù)關(guān)鍵：
（1）崩、滑地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測內(nèi)容豐富，監(jiān)測方法多樣，監(jiān)測儀器種類繁多，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要綜合多種測量
方法和測量儀器。
（2）GPRS 網(wǎng)絡(luò)工作方式是以IP 地址尋址為基礎(chǔ)的，GPRS MODEM 動態(tài)地獲得移動骨干網(wǎng)內(nèi)IP 地址，
數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)應(yīng)解決具有Internet 公網(wǎng)IP 地址的數(shù)據(jù)服務(wù)器與數(shù)據(jù)采集終端GPRS MODEM 之間的雙工通
信問題。
（3）遙測系統(tǒng)終端設(shè)備一般都安裝在野外環(huán)境，地點偏遠(yuǎn)、分散，無人值守，在GPRS 網(wǎng)絡(luò)狀況不穩(wěn)定時
系統(tǒng)必須具有自動恢復(fù)通訊能力，以保證系統(tǒng)能穩(wěn)定、可靠地工作，無需人為干預(yù)。
2. 2 系統(tǒng)總體設(shè)計與功能實現(xiàn)
為構(gòu)建經(jīng)濟(jì)實用的GPRS 地質(zhì)災(zāi)害無線遙測系統(tǒng)，我們通過研究與大量的現(xiàn)場系統(tǒng)試驗，確定了構(gòu)建系
統(tǒng)的應(yīng)用解決方案：即數(shù)據(jù)采集終端由單片機系統(tǒng)實現(xiàn)多參量數(shù)據(jù)采集和GPRS MODEM 數(shù)據(jù)傳輸控制，兼
容多種測量儀器并具有完備的通訊故障處理能力；在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，GPRS MODEM 使用ID 號進(jìn)行識別，
首先向指定IP 地址和端口號的數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)并上報移動骨干網(wǎng)內(nèi)IP 地址，數(shù)據(jù)服務(wù)器通過一個同
樣具有網(wǎng)內(nèi)IP 地址的GPRS MODEM 隨時向某一指定ID 的GPRS 終端發(fā)送指令，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、指令的雙工通
信。
GPRS 地質(zhì)災(zāi)害無線遙測系統(tǒng)主要由監(jiān)測子站、監(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)中心、救災(zāi)防災(zāi)指揮中心和GPRS 數(shù)據(jù)通
訊公網(wǎng)等四部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見圖1。
·66· 自 然 災(zāi) 害 學(xué) 報 13 卷
圖1 GPRS 地質(zhì)災(zāi)害無線遙測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
Fig. 1 Block diagram of the radio remote monitoring system for geological disaster based on GPRS technology
（1）監(jiān)測子站
監(jiān)測子站由各種類型的測量傳感器、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集與傳輸控制的單片機以及GPRS MODEM
四部分組成，其主要功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并控制GPRS MODEM 進(jìn)行數(shù)據(jù)、指令傳輸。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)可
以接入8 道數(shù)字量和3 道模擬量或者16 道數(shù)字量和3 道模擬量，接入的傳感器有鋼筋應(yīng)力計、錨桿（索）測
力計、滲壓計、井下定點傾斜儀、地表傾斜儀、激光測距儀、裂縫擴(kuò)張儀、溫度計、自動雨量計等10 余種，可滿
足多種監(jiān)測需要。數(shù)據(jù)、指令傳輸子系統(tǒng)由單片機控制GPRS MODEM 自動撥號、斷線重?fù)芤约白詣踊謴?fù)通
訊，使GPRS MODEM 始終附在GPRS 網(wǎng)絡(luò)上，隨時進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和指令接收。當(dāng)接收到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器發(fā)
來的控制指令時，單片機可以控制監(jiān)測子站，調(diào)整工作狀態(tài)，如系統(tǒng)復(fù)位、改變采樣頻率等。
（2）監(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)中心
監(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)中心主要包括具有靜態(tài)IP 地址的數(shù)據(jù)服務(wù)器、GPRS MODEM 及相關(guān)數(shù)據(jù)接收、分析處理
軟件，其主要功能是數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)（提供網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)）、數(shù)據(jù)分析處理、監(jiān)測子站控制指令發(fā)送、預(yù)警
信息發(fā)布等，這些功能都是由運行在數(shù)據(jù)服務(wù)器中的專用軟件實現(xiàn)的。GPRS MODEM 與數(shù)據(jù)服務(wù)器用
RS232 串口連接，由程序控制向各監(jiān)測子站的GPRS MODEM 發(fā)送控制指令。
（3）救災(zāi)防災(zāi)指揮中心
救災(zāi)防災(zāi)指揮中心主要包括局域網(wǎng)內(nèi)和Internet 網(wǎng)上各級救災(zāi)防災(zāi)指揮中心的計算機及相關(guān)軟件。這
一部分主要是為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測部門和救災(zāi)防災(zāi)決策部門提供數(shù)據(jù)共享，進(jìn)行穩(wěn)定性分析和跟蹤式發(fā)布預(yù)警
信息服務(wù)的。在這些部門的網(wǎng)絡(luò)計算機上可以安裝相應(yīng)的軟件，請求實時數(shù)據(jù)共享和預(yù)警信息服務(wù)；也可以
使用其它軟件打開共享的監(jiān)測數(shù)據(jù)文件，但不能實現(xiàn)實時更新。
3 系統(tǒng)初步監(jiān)測成果
2003 年7 月下旬，三峽工程萬州庫區(qū)GPRS 地質(zhì)災(zāi)害無線遙測系統(tǒng)完成現(xiàn)場聯(lián)調(diào)，并交付重慶市萬州區(qū)
國土資源局使用，主要用來對萬州庫區(qū)崩滑災(zāi)害治理工程進(jìn)行效果監(jiān)測。系統(tǒng)包括19 個監(jiān)測子站，其中有
2 個危巖聲發(fā)射監(jiān)測子站和17 個滑坡監(jiān)測子站，分別布置在萬州主城區(qū)太白巖、關(guān)口兩大危巖區(qū)以及安樂
寺、草街子、關(guān)塘口和天城實驗小學(xué)等14 處滑坡體上。由于遙測系統(tǒng)的設(shè)計遵循簡單、實用、可行、可靠的原
則，因此，該系統(tǒng)建成以后，整個系統(tǒng)一直運行狀況良好，工作穩(wěn)定，全天候地監(jiān)測崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害體的
動態(tài)變化，并取得了一些有意義的監(jiān)測成果。
編號為WJW 的滑坡是萬州庫區(qū)比較典型的處于極限平衡狀態(tài)下的滑坡，也是“ 十五”國家科技攻關(guān)項
目《地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)警及輔助決策支持系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范》研究示范基地。根據(jù)2000 年初至2002
年6 月GPS 地表位移監(jiān)測結(jié)果，該滑坡強烈變形區(qū)內(nèi)年位移量達(dá)50 ～ 100mm，是萬州庫區(qū)所監(jiān)測滑坡中滑
3 期陳明金等：基于GPRS 技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害無線遙測系統(tǒng)·67·
移變形最嚴(yán)重的地區(qū)之一［1］。2002 年底至2003 年6 月，該滑坡治理納入國家地質(zhì)災(zāi)害治理規(guī)劃項目，治理
工程采取以預(yù)應(yīng)力錨拉抗滑樁為主，地表排水及生物工程為輔的綜合治理方案，預(yù)應(yīng)力錨拉抗滑樁布置如圖
2 所示。2003 年7 月，GPRS 地質(zhì)災(zāi)害無線遙測系統(tǒng)首先在這里試驗成功并投入運行，滑坡體上布置2 個遙
測子站，分別位于A2 號和B8 號抗滑樁上，見圖2。
圖2 WJW 滑坡抗滑樁及遙測子站分布圖
Fig. 2 Layout of stabilizing piles and remote monitoring stations in WJW landslide
圖3 是A2 號抗滑樁上3002 遙測子站2003 年8 月27 日至12 月31 日觀測結(jié)果的日變化曲線顯示。從
圖中可以看出：錨拉抗滑樁內(nèi)力（鋼筋計、錨桿計觀測）和滑坡深部位移的短時變化與地下水孔隙壓力（滲壓
計觀測）的變化有明顯的相關(guān)關(guān)系；根據(jù)氣象資料，滑坡地下水孔隙壓力的變化與降雨又有直接關(guān)系；從總
趨勢看，抗滑樁內(nèi)力、深部位移變化不大，說明所監(jiān)測的區(qū)域經(jīng)過治理后基本上處于穩(wěn)定狀態(tài)。
圖3 3002 遙測子站觀測結(jié)果曲線顯示
Fig. 3 Monitoring data obtained from No. 3002 remote monitoring station
圖4 是布置在B8 號抗滑樁上3001 遙測子站同一時間段觀測的結(jié)果。3001 遙測子站觀測結(jié)果同樣顯
示出較好的相關(guān)性，與3002 遙測子站觀測結(jié)果不同的是：所觀測的錨拉抗滑樁內(nèi)力有不斷增大的趨勢，錨桿
的拉力在4 個月內(nèi)增大了50kN 左右，深部位移也有一定的變化。這與人工觀測的地表位移變化基本一致。
其他遙測子站觀測的結(jié)果與上述兩個實例基本相似，大部分滑坡經(jīng)過治理后變形較小，處于穩(wěn)定狀態(tài)；
但有少數(shù)幾個滑坡，如PBP，JYT 等滑坡，從目前觀測的結(jié)果看還在繼續(xù)變形，需要加強監(jiān)測并結(jié)合其變形機
理做進(jìn)一步分析。
·68· 自 然 災(zāi) 害 學(xué) 報 13 卷
圖4 3001 遙測子站觀測結(jié)果曲線顯示
Fig. 4 Monitoring data obtained from No. 3001 remote monitoring station
綜上所述，我們可以得出以下結(jié)論：
（1）遙測系統(tǒng)對崩滑地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行連續(xù)、實時觀測，可以準(zhǔn)確記錄崩、滑體變形與各種影響因素之間的
相關(guān)關(guān)系，對深入研究崩、滑災(zāi)害機理有重要意義。
（2）遙測系統(tǒng)可以獲得崩、滑體變形的連續(xù)觀測數(shù)據(jù)，掌握滑坡變形的動態(tài)過程，便于開展崩滑災(zāi)害預(yù)
測預(yù)報研究，并對崩滑災(zāi)害進(jìn)行早期預(yù)警。
（3）遙測系統(tǒng)觀測結(jié)果精度高，可以捕捉滑坡在外部環(huán)境改變時的微小反應(yīng)，如可以觀測到降雨引起地
下水孔隙壓力變化，進(jìn)而引起抗滑樁內(nèi)力、深部位移變化，這是人工觀測無法實現(xiàn)的。
4 結(jié)束語
基于GPRS 技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害無線遙測系統(tǒng)集成了先進(jìn)的無線移動通信技術(shù)、Internet 網(wǎng)絡(luò)以及單片機技
術(shù)，具有監(jiān)測內(nèi)容豐富、自動化程度高、環(huán)境適應(yīng)性好、全天候監(jiān)測等特點，實現(xiàn)了數(shù)字化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化。
管理部門、決策部門、監(jiān)測部門以及研究人員可隨時通過Internet 網(wǎng)絡(luò)瀏覽監(jiān)測數(shù)據(jù)，制定相應(yīng)的救災(zāi)防災(zāi)
方案，并通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)反饋到監(jiān)測站點。為建立地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測系統(tǒng)及地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測管理部門、決策部門
與專家群體異地實時研究災(zāi)害現(xiàn)場動態(tài)監(jiān)測結(jié)果提供重要的技術(shù)支持。
該系統(tǒng)在三峽工程萬州庫區(qū)可靠運行，并獲取了有意義的監(jiān)測結(jié)果，為建立三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警
系統(tǒng)提供了技術(shù)支持，在庫區(qū)乃至全國巖土工程和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測領(lǐng)域具有很高的推廣價值。
參考文獻(xiàn)：
［1］ 歐陽祖熙，王明全，張宗潤，等. 用GPS 技術(shù)研究三峽工程萬州庫區(qū)滑坡的穩(wěn)定性［J］. 中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2003，14（2）：76 – 81.
［2］ 歐陽祖熙，丁凱，師潔珊，等. 一種新型地質(zhì)災(zāi)害無線遙測臺網(wǎng)［J］. 中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2003，14（1）：90 – 94.
3 期陳明金等：基于GPRS 技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害無線遙測系統(tǒng)·69·
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Jun. ，2004
收稿日期：2003 – 10 – 28； 修訂日期：2004 – 03 – 25
基金項目：國家“十五”科技攻關(guān)項目（2001BA604A02）
作者簡介：陳明金（1974 – ），男，湖北棗陽人，助理研究員，博士研究生，主要從事地震、地質(zhì)災(zāi)害機理與綜合減災(zāi)研究.
文章編號：1004-4574（2004）03- 0065- 05
基于GPRS 技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害無線遙測系統(tǒng)
陳明金，歐陽祖熙，師潔珊，陳 征
（中國地震局地殼應(yīng)力研究所，北京100085）
摘要：將通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線傳輸和Internet
的無線接入，因而實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)共享和預(yù)警、救災(zāi)指揮聯(lián)網(wǎng)。詳細(xì)介紹了在三
峽工程萬州庫區(qū)運行的基于GPRS 技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害無線遙測臺網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)、功能實現(xiàn)以及運行效
果。該系統(tǒng)的建成與可靠運行使三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)走向數(shù)字化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化。
關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害；通用分組無線業(yè)務(wù)；無線遙測
中圖分類號：P694 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
Radio remote monitoring system for geological disaster based
on GPRS technology
CHEN Ming-jin，OUYANG Zu-xi，SHI Jie-shan，CHEN Zheng
（Institute of Crustal Dynamics，China Earthquake Administration，Beijing 100085，China）
Abstract：The application of general packet radio service（GPRS）technology in geological disaster monitoring system
enables a wireless transmission of monitoring data and a continuous wireless connection to Internet. Based on
GPRS technology，it will be realized to share monitoring data of geological disaster，to obtain forecasting information，
and to help managers，policy-makers and experts in disaster relief decision – making over an Internet Protocol
（IP）-based network. The structure，function，and effect of the radio remote monitoring network based on GPRS
technology and running in the Wanzhou reservoir area of Three Gorges is introduced in this paper. Once this system
is constructed and put into service，the monitoring and forecasting system for geological disaster in Three Gorges
reservoir area will be digitalized，automatized，and networked.
Key words：geological disaster；general packet radio service technology；radio remote monitoring
對崩塌、滑坡等災(zāi)害過程進(jìn)行全面、系統(tǒng)的監(jiān)測是掌握崩、滑體變形階段特征及破壞過程、開展災(zāi)害機理
研究及災(zāi)害時空預(yù)測預(yù)報研究必不可少的技術(shù)手段。我國現(xiàn)階段地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測手段和方法主要有人工觀測
法、儀器儀表監(jiān)測法以及綜合自動遙測臺網(wǎng)法等。其中綜合自動遙測臺網(wǎng)法監(jiān)測內(nèi)容豐富，自動化程度高，
可全天候觀測，并且遠(yuǎn)距離傳輸，省時省力，是地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警技術(shù)的發(fā)展方向。但由于監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境條
件一般比較惡劣，傳感器等儀器質(zhì)量不過關(guān)，長期穩(wěn)定性與可靠性差，數(shù)傳電臺、電話撥號、衛(wèi)星通信等傳統(tǒng)
的數(shù)據(jù)傳輸方式存在覆蓋范圍、實時性、投資及運行費用等問題，而且工控設(shè)備的無人值守運行存在較大困
難，因此，到目前為止，綜合自動遙測臺網(wǎng)法在國內(nèi)的應(yīng)用還不普遍。
隨著無線移動通信技術(shù)、Internet 網(wǎng)絡(luò)以及傳感器技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，給予地質(zhì)災(zāi)害自動遙測臺網(wǎng)的發(fā)
展提供了有力的技術(shù)支持。作者所在課題組自1998 年以來在三峽工程萬州庫區(qū)深入開展崩塌、滑坡等地質(zhì)
災(zāi)害監(jiān)測與研究，先后建成了萬州庫區(qū)GPS 滑坡監(jiān)測網(wǎng)［1］和基于全球移動通信系統(tǒng)（global system of mobile，
GSM）短消息服務(wù)的滑坡無線遙測臺網(wǎng)［2］。2003 年6 月，我們采用目前中國移動主推的通用分組無線業(yè)務(wù)
（general packet radio service，GPRS）新型數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，開發(fā)出了新一代地質(zhì)災(zāi)害無線遙測系統(tǒng)。通過
GPRS 服務(wù)，數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備可以采用互聯(lián)網(wǎng)Internet 的標(biāo)準(zhǔn)方式無線接入在互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)服務(wù)器，進(jìn)
行數(shù)據(jù)交換。基于GPRS 技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害無線遙測系統(tǒng)依托GSM 公眾網(wǎng)絡(luò)和Internet 網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了地質(zhì)災(zāi)
害監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線傳輸、互聯(lián)網(wǎng)共享和預(yù)警、救災(zāi)指揮聯(lián)網(wǎng)，從根本上解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式和遙測系統(tǒng)
組網(wǎng)方式的弊端，大大提高了監(jiān)測數(shù)據(jù)的利用率和布網(wǎng)的靈活性。
1 GPRS 技術(shù)特點
GPRS 是在GSM 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種分組交換的數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。相對于GSM 的電路交換數(shù)據(jù)傳送
方式，GPRS 采用分組交換數(shù)據(jù)傳送方式，在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載和支持上具有非常明顯的優(yōu)勢：（1）通過多個
GSM 時隙的復(fù)用，數(shù)據(jù)傳輸速率更高，最高理論值達(dá)171. 2kb / s；（2）每一個GPRS 用戶可以有多個無線信
道，而同一信道又可以由幾個用戶共享，這樣更有效地利用無線網(wǎng)絡(luò)信道資源，特別適合間斷的、突發(fā)性的或
頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸；（3）GPRS 支持按數(shù)據(jù)流量計費，相對于短消息等其它無線數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，GPRS 臺
網(wǎng)運行的價格優(yōu)勢比較明顯；（4）GPRS 能夠隨時為用戶提供透明的IP 通道，可直接訪問Internet 中的所有
站點和資源，GPRS 通過允許現(xiàn)有的Internet 網(wǎng)絡(luò)和GPRS 網(wǎng)絡(luò)互通，首次全面實現(xiàn)了移動Internet 功能；（5）
采用信道復(fù)用技術(shù)，每一個GPRS 用戶都能夠?qū)崿F(xiàn)永遠(yuǎn)在線；（6）GPRS 還能支持在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r進(jìn)
行語音通話等。
GPRS 技術(shù)非常適合于遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)無線傳輸和Internet 無線接入應(yīng)用，組網(wǎng)靈活，經(jīng)濟(jì)實用，對
于不易架設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的邊遠(yuǎn)地區(qū)或者山區(qū)更能顯示出其優(yōu)勢。
2 系統(tǒng)總體設(shè)計與功能實現(xiàn)
2. 1 構(gòu)建GPRS 地質(zhì)災(zāi)害遙測系統(tǒng)技術(shù)關(guān)鍵
針對地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測需求，結(jié)合中國移動通信網(wǎng)、Internet 公眾網(wǎng)和企業(yè)城域?qū)＞W(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)支撐，構(gòu)建基于
GPRS 技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害遙測系統(tǒng)必須解決以下技術(shù)關(guān)鍵：
（1）崩、滑地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測內(nèi)容豐富，監(jiān)測方法多樣，監(jiān)測儀器種類繁多，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要綜合多種測量
方法和測量儀器。
（2）GPRS 網(wǎng)絡(luò)工作方式是以IP 地址尋址為基礎(chǔ)的，GPRS MODEM 動態(tài)地獲得移動骨干網(wǎng)內(nèi)IP 地址，
數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)應(yīng)解決具有Internet 公網(wǎng)IP 地址的數(shù)據(jù)服務(wù)器與數(shù)據(jù)采集終端GPRS MODEM 之間的雙工通
信問題。
（3）遙測系統(tǒng)終端設(shè)備一般都安裝在野外環(huán)境，地點偏遠(yuǎn)、分散，無人值守，在GPRS 網(wǎng)絡(luò)狀況不穩(wěn)定時
系統(tǒng)必須具有自動恢復(fù)通訊能力，以保證系統(tǒng)能穩(wěn)定、可靠地工作，無需人為干預(yù)。
2. 2 系統(tǒng)總體設(shè)計與功能實現(xiàn)
為構(gòu)建經(jīng)濟(jì)實用的GPRS 地質(zhì)災(zāi)害無線遙測系統(tǒng)，我們通過研究與大量的現(xiàn)場系統(tǒng)試驗，確定了構(gòu)建系
統(tǒng)的應(yīng)用解決方案：即數(shù)據(jù)采集終端由單片機系統(tǒng)實現(xiàn)多參量數(shù)據(jù)采集和GPRS MODEM 數(shù)據(jù)傳輸控制，兼
容多種測量儀器并具有完備的通訊故障處理能力；在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，GPRS MODEM 使用ID 號進(jìn)行識別，
首先向指定IP 地址和端口號的數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)并上報移動骨干網(wǎng)內(nèi)IP 地址，數(shù)據(jù)服務(wù)器通過一個同
樣具有網(wǎng)內(nèi)IP 地址的GPRS MODEM 隨時向某一指定ID 的GPRS 終端發(fā)送指令，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、指令的雙工通
信。
GPRS 地質(zhì)災(zāi)害無線遙測系統(tǒng)主要由監(jiān)測子站、監(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)中心、救災(zāi)防災(zāi)指揮中心和GPRS 數(shù)據(jù)通
訊公網(wǎng)等四部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見圖1。
·66· 自 然 災(zāi) 害 學(xué) 報 13 卷
圖1 GPRS 地質(zhì)災(zāi)害無線遙測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
Fig. 1 Block diagram of the radio remote monitoring system for geological disaster based on GPRS technology
（1）監(jiān)測子站
監(jiān)測子站由各種類型的測量傳感器、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集與傳輸控制的單片機以及GPRS MODEM
四部分組成，其主要功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并控制GPRS MODEM 進(jìn)行數(shù)據(jù)、指令傳輸。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)可
以接入8 道數(shù)字量和3 道模擬量或者16 道數(shù)字量和3 道模擬量，接入的傳感器有鋼筋應(yīng)力計、錨桿（索）測
力計、滲壓計、井下定點傾斜儀、地表傾斜儀、激光測距儀、裂縫擴(kuò)張儀、溫度計、自動雨量計等10 余種，可滿
足多種監(jiān)測需要。數(shù)據(jù)、指令傳輸子系統(tǒng)由單片機控制GPRS MODEM 自動撥號、斷線重?fù)芤约白詣踊謴?fù)通
訊，使GPRS MODEM 始終附在GPRS 網(wǎng)絡(luò)上，隨時進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和指令接收。當(dāng)接收到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器發(fā)
來的控制指令時，單片機可以控制監(jiān)測子站，調(diào)整工作狀態(tài)，如系統(tǒng)復(fù)位、改變采樣頻率等。
（2）監(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)中心
監(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)中心主要包括具有靜態(tài)IP 地址的數(shù)據(jù)服務(wù)器、GPRS MODEM 及相關(guān)數(shù)據(jù)接收、分析處理
軟件，其主要功能是數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)（提供網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)）、數(shù)據(jù)分析處理、監(jiān)測子站控制指令發(fā)送、預(yù)警
信息發(fā)布等，這些功能都是由運行在數(shù)據(jù)服務(wù)器中的專用軟件實現(xiàn)的。GPRS MODEM 與數(shù)據(jù)服務(wù)器用
RS232 串口連接，由程序控制向各監(jiān)測子站的GPRS MODEM 發(fā)送控制指令。
（3）救災(zāi)防災(zāi)指揮中心
救災(zāi)防災(zāi)指揮中心主要包括局域網(wǎng)內(nèi)和Internet 網(wǎng)上各級救災(zāi)防災(zāi)指揮中心的計算機及相關(guān)軟件。這
一部分主要是為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測部門和救災(zāi)防災(zāi)決策部門提供數(shù)據(jù)共享，進(jìn)行穩(wěn)定性分析和跟蹤式發(fā)布預(yù)警
信息服務(wù)的。在這些部門的網(wǎng)絡(luò)計算機上可以安裝相應(yīng)的軟件，請求實時數(shù)據(jù)共享和預(yù)警信息服務(wù)；也可以
使用其它軟件打開共享的監(jiān)測數(shù)據(jù)文件，但不能實現(xiàn)實時更新。
3 系統(tǒng)初步監(jiān)測成果
2003 年7 月下旬，三峽工程萬州庫區(qū)GPRS 地質(zhì)災(zāi)害無線遙測系統(tǒng)完成現(xiàn)場聯(lián)調(diào)，并交付重慶市萬州區(qū)
國土資源局使用，主要用來對萬州庫區(qū)崩滑災(zāi)害治理工程進(jìn)行效果監(jiān)測。系統(tǒng)包括19 個監(jiān)測子站，其中有
2 個危巖聲發(fā)射監(jiān)測子站和17 個滑坡監(jiān)測子站，分別布置在萬州主城區(qū)太白巖、關(guān)口兩大危巖區(qū)以及安樂
寺、草街子、關(guān)塘口和天城實驗小學(xué)等14 處滑坡體上。由于遙測系統(tǒng)的設(shè)計遵循簡單、實用、可行、可靠的原
則，因此，該系統(tǒng)建成以后，整個系統(tǒng)一直運行狀況良好，工作穩(wěn)定，全天候地監(jiān)測崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害體的
動態(tài)變化，并取得了一些有意義的監(jiān)測成果。
編號為WJW 的滑坡是萬州庫區(qū)比較典型的處于極限平衡狀態(tài)下的滑坡，也是“ 十五”國家科技攻關(guān)項
目《地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)警及輔助決策支持系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范》研究示范基地。根據(jù)2000 年初至2002
年6 月GPS 地表位移監(jiān)測結(jié)果，該滑坡強烈變形區(qū)內(nèi)年位移量達(dá)50 ～ 100mm，是萬州庫區(qū)所監(jiān)測滑坡中滑
3 期陳明金等：基于GPRS 技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害無線遙測系統(tǒng)·67·
移變形最嚴(yán)重的地區(qū)之一［1］。2002 年底至2003 年6 月，該滑坡治理納入國家地質(zhì)災(zāi)害治理規(guī)劃項目，治理
工程采取以預(yù)應(yīng)力錨拉抗滑樁為主，地表排水及生物工程為輔的綜合治理方案，預(yù)應(yīng)力錨拉抗滑樁布置如圖
2 所示。2003 年7 月，GPRS 地質(zhì)災(zāi)害無線遙測系統(tǒng)首先在這里試驗成功并投入運行，滑坡體上布置2 個遙
測子站，分別位于A2 號和B8 號抗滑樁上，見圖2。
圖2 WJW 滑坡抗滑樁及遙測子站分布圖
Fig. 2 Layout of stabilizing piles and remote monitoring stations in WJW landslide
圖3 是A2 號抗滑樁上3002 遙測子站2003 年8 月27 日至12 月31 日觀測結(jié)果的日變化曲線顯示。從
圖中可以看出：錨拉抗滑樁內(nèi)力（鋼筋計、錨桿計觀測）和滑坡深部位移的短時變化與地下水孔隙壓力（滲壓
計觀測）的變化有明顯的相關(guān)關(guān)系；根據(jù)氣象資料，滑坡地下水孔隙壓力的變化與降雨又有直接關(guān)系；從總
趨勢看，抗滑樁內(nèi)力、深部位移變化不大，說明所監(jiān)測的區(qū)域經(jīng)過治理后基本上處于穩(wěn)定狀態(tài)。
圖3 3002 遙測子站觀測結(jié)果曲線顯示
Fig. 3 Monitoring data obtained from No. 3002 remote monitoring station
圖4 是布置在B8 號抗滑樁上3001 遙測子站同一時間段觀測的結(jié)果。3001 遙測子站觀測結(jié)果同樣顯
示出較好的相關(guān)性，與3002 遙測子站觀測結(jié)果不同的是：所觀測的錨拉抗滑樁內(nèi)力有不斷增大的趨勢，錨桿
的拉力在4 個月內(nèi)增大了50kN 左右，深部位移也有一定的變化。這與人工觀測的地表位移變化基本一致。
其他遙測子站觀測的結(jié)果與上述兩個實例基本相似，大部分滑坡經(jīng)過治理后變形較小，處于穩(wěn)定狀態(tài)；
但有少數(shù)幾個滑坡，如PBP，JYT 等滑坡，從目前觀測的結(jié)果看還在繼續(xù)變形，需要加強監(jiān)測并結(jié)合其變形機
理做進(jìn)一步分析。
·68· 自 然 災(zāi) 害 學(xué) 報 13 卷
圖4 3001 遙測子站觀測結(jié)果曲線顯示
Fig. 4 Monitoring data obtained from No. 3001 remote monitoring station
綜上所述，我們可以得出以下結(jié)論：
（1）遙測系統(tǒng)對崩滑地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行連續(xù)、實時觀測，可以準(zhǔn)確記錄崩、滑體變形與各種影響因素之間的
相關(guān)關(guān)系，對深入研究崩、滑災(zāi)害機理有重要意義。
（2）遙測系統(tǒng)可以獲得崩、滑體變形的連續(xù)觀測數(shù)據(jù)，掌握滑坡變形的動態(tài)過程，便于開展崩滑災(zāi)害預(yù)
測預(yù)報研究，并對崩滑災(zāi)害進(jìn)行早期預(yù)警。
（3）遙測系統(tǒng)觀測結(jié)果精度高，可以捕捉滑坡在外部環(huán)境改變時的微小反應(yīng)，如可以觀測到降雨引起地
下水孔隙壓力變化，進(jìn)而引起抗滑樁內(nèi)力、深部位移變化，這是人工觀測無法實現(xiàn)的。
4 結(jié)束語
基于GPRS 技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害無線遙測系統(tǒng)集成了先進(jìn)的無線移動通信技術(shù)、Internet 網(wǎng)絡(luò)以及單片機技
術(shù)，具有監(jiān)測內(nèi)容豐富、自動化程度高、環(huán)境適應(yīng)性好、全天候監(jiān)測等特點，實現(xiàn)了數(shù)字化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化。
管理部門、決策部門、監(jiān)測部門以及研究人員可隨時通過Internet 網(wǎng)絡(luò)瀏覽監(jiān)測數(shù)據(jù)，制定相應(yīng)的救災(zāi)防災(zāi)
方案，并通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)反饋到監(jiān)測站點。為建立地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測系統(tǒng)及地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測管理部門、決策部門
與專家群體異地實時研究災(zāi)害現(xiàn)場動態(tài)監(jiān)測結(jié)果提供重要的技術(shù)支持。
該系統(tǒng)在三峽工程萬州庫區(qū)可靠運行，并獲取了有意義的監(jiān)測結(jié)果，為建立三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警
系統(tǒng)提供了技術(shù)支持，在庫區(qū)乃至全國巖土工程和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測領(lǐng)域具有很高的推廣價值。
參考文獻(xiàn)：
［1］ 歐陽祖熙，王明全，張宗潤，等. 用GPS 技術(shù)研究三峽工程萬州庫區(qū)滑坡的穩(wěn)定性［J］. 中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2003，14（2）：76 – 81.
［2］ 歐陽祖熙，丁凱，師潔珊，等. 一種新型地質(zhì)災(zāi)害無線遙測臺網(wǎng)［J］. 中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2003，14（1）：90 – 94.
3 期陳明金等：基于GPRS 技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害無線遙測系統(tǒng)·69·
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