科技赋能密织“预警网” 暴雨中地质灾害监测设备如何“联网站岗”

根据重庆市气象台预计，10月1日夜间到3日白天，重庆市东北部部分地区有大到暴雨。叠加前期降雨影响，地质灾害风险较高。

当地灾隐患点出现细微裂缝、地表悄悄位移时，一群“隐形卫士”正实时捕捉这些危险信号——它们就是地质灾害专业监测设备。从追踪地表移动的GNSS设备，到记录降雨量的雨量计，从监测裂缝变化的裂缝监测仪，到掌握泥流位置的泥位计，这些设备就像遍布大地的“感官神经”。

重庆这些设备如何筑牢织牢地质灾害“预警网”？日前，重庆市地理信息和遥感应用中心揭开了地质灾害监测设备“联网上岗”的神秘面纱。

地表位移监测设备。图片来自重庆地理地图

监测设备为何要“统一联网”？

在重庆，目前已有超5万台地质灾害监测设备，守护着1.2万余个监测点。早期，这些设备却陷入“各自为战”的困境：传输协议不统一、数据格式不统一、接口不兼容。

这种“混乱”带来两大问题：数据没法快速汇总，预警模型像“巧妇难为无米之炊”，没法及时分析风险；设备成了“信息孤岛”，管理人员不知道设备是否在线、有没有故障。

更关键的是，原有的监测数据标准，只覆盖7类基础设备，还采用明文传输——既满足不了重庆“空天地”立体监测的需求，数据也可能被篡改，存在安全隐患。

因此，给监测设备“统一联网”，制定一套通用的“接入规则”，成了提升地质灾害预警效率的关键。

重庆市地质灾害监测总体情况。图片来自重庆地理地图

设备接入的“三步曲”

一套监测设备要成功接入预警系统，得经过“身份认证——数据传输——解析入库”三个核心步骤，每一步都有严格规矩。

野外设备容易被仿冒、篡改，接入系统的第一道门就是“身份核验”。研究团队给每台设备都办了张“电子身份证”——一份包含11项信息的“聚合标识”，既有设备出厂序列号（SN）、通信卡号（IMEI/IMSI），也有设备类型、厂商编号，相当于设备的“指纹+户口本”，独一无二。

同时，设备和系统还要“互相验身份”：设备用我国自主研发的国密SM9算法生成加密签名，系统收到后，先查签名是否合法，再核对设备是否在平台注册；设备也会验证系统身份，防止“假系统”发错误指令。这道“双向锁”，能有效避免设备被克隆、数据被拦截。

通过身份认证后，设备就开始“上报数据”。重庆市地环总站、市地理遥感中心联合制定了一套“二进制报文协议”，让所有设备说“同一种语言”。而且，数据传输有“双重保障”：先用国密算法加密，再发送数据；系统收到后会回复“确认收到”（ACK），要是设备没收到回复，会自动重发，避免数据丢失。

设备发的二进制数据，人类看不懂、系统也没法直接用，这就需要“数据解析引擎”来“翻译”。解析后的“干净数据”，会被分类存入数据库。

更厉害的是，系统能用高并发技术处理数据——就算5万台设备同时上报，也能在秒级内完成解析入库，不会出现“数据拥堵”。

特殊方案解决野外监测“老大难”

野外环境复杂，设备联网常会遇到“意外情况”，研究团队也针对性设计了应对方案。

山区里4G信号可能很弱，甚至没信号。对此，系统支持“多网络适配”：设备能根据环境自动切换4G/5G、NB-IoT（窄带物联网），甚至卫星通信。比如在三峡库区的深谷里，设备会自动改用卫星传输数据，确保“断网不断联”。

监测数据常受环境干扰怎么办？大风可能让GNSS数据跳变，雨水打在传感器上会让裂缝监测值出现“毛刺”，系统会自动启动“数据过滤器”。

面对5万台设备的管理难题，系统开发了“设备管理平台”：管理人员能实时查看设备在线率，还能远程发指令，甚至给设备“远程升级”。

比如要给某片区100台GNSS设备更新固件，不用工作人员跋山涉水——系统会自动拆分升级包，分批次发送，设备收到后自动重组、重启，整个过程不影响数据上报。

数据 “联动”构建“变形全景图”

设备成功联网后，数据不仅要“存得下”，更要“用得好”。

以前，监测曲线按“1小时1个点”绘制，半年的数据会有4380个点，曲线堆在一起像“乱麻”，看不清变形趋势。现在，系统会对数据“按需处理”：近一周的数据保留原始点，近半年的数据用最小二乘法拟合——既保留“突变点”（比如裂缝突然扩大0.5mm），又让曲线平滑清晰，管理人员一眼就能看出“这半年滑坡是匀速变形还是加速变形”。

事实上，单一设备的数据有局限性，比如GNSS监测到地表位移1mm，可能是滑坡，也可能是土壤沉降。多设备联网之后，系统会把同一监测点的GNSS、裂缝监测仪、雨量计数据“绑在一起”分析：如果GNSS显示位移、裂缝监测仪显示裂缝扩大，再加上近12小时降雨量超标，预警模型就会判断“滑坡风险等级”，及时发出告警。

今年以来，重庆地质灾害监测设备累计发出告警15623次，涉及2678处隐患点，其中335处需要现场核查，最终确认13处有实际变形。这些设备的批量应用，成功避免了灾害损失，守护了一方平安。

让设备更“聪明”预警更“主动”

目前，这套设备接入技术已覆盖重庆15类主流监测设备，从GNSS到次声监测仪，从雨量计到雷达，都能顺畅接入。未来，研究团队还计划拓展“空天地”一体化接入能力——让无人机激光雷达、卫星InSAR的数据也融入系统，构建更立体的监测网络。

同时，设备会变得更“聪明”：系统通过分析设备的上报频率、数据波动等，能自动判断“这台设备可能快没电了”“那台传感器可能被遮挡了”，提前提醒管理人员维护。届时，地质灾害监测将从“被动监测”变成“主动防控”。

地质灾害预警，关键在“早发现”。而监测设备的“统一联网”，正是让预警模型“耳聪目明”的基础。当每一台设备都能规范上报数据、每一组数据都能安全传输、每一次变形都能被精准捕捉时，就能为守护人民生命财产安全，筑起一道更坚固的“科技防线”。

上游新闻记者 郭发祥