CN102509421B - 一种地质灾害实时监测与预警系统 - Google Patents
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Abstract
Description
一种地质灾害实时监测与预警系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种灾害预警系统，具体地说是一种地质灾害实时监测与预警系统。背景技术
[0002]目前的地质灾害预警系统综合了多种环境数据测量元件，并利用通讯网络将测量元件所测得的数据及影像由现场监控装置传至主监控装置，再将监测信息传至负责单位，以加速救灾工作，但该系统无法预测出监测区域的降水量，实时监测出监测区域或物体定量的位移信息，并根据可降水量与空间位移信息自动预警；同时该系统需要安装大量的传感器，成本高；或者利用雨量、红外位移传感器，通过无线网络实施传输至数据中心，实时监测滑坡、塌陷区域实际的降雨强度、降雨历时、滑坡及塌陷的状态信息和危岩滑动信息，客观地综合监测、评估临界滑坡的降雨阀值、滑坡的演变过程、状态及滑坡、坍塌等级，但该系统无法预测可降水量，且位移信息精度低，无法实现网络化的终端用户预警。范意民等人(2008年)将GPS技术应用于三峡库区地质灾害预警中，为地质灾害监测和预警提供准确的位移变形信息；舒海翅等人(2010年)通过改善硬、软件配置以及独立的无线局域网组网，开发出了应用于地质灾害变形GPS实时监测系统，具有全天候、自动化、野外复杂环境适用等特点，并且能很好地保证监测的精度，但是未考虑降水与滑坡等地质灾害之间的关联，不能根据位移信息和降水量等信息综合决策预警。
[0003] 上述技术是目前地质灾害监测和预警技术的最新技术，但都存在一些问题，各种技术相对独立，未能综合考虑地质灾害区域的空间信息与气象信息之间的响应关系，不能快速直接地向终端用户提供即时的预警信息。为此，有必要提供一种具有智能控制的地质灾害实时监测与预警系统，提供即时的灾害监测和预警信息，以便提高灾害监测和预警的工作效率，降低地质灾害造成人们生命和财产损失。
发明内容
[0004] 本发明解决的技术问题是提供一种地质灾害实时监测与预警系统；
[0005] 为解决上述技术问题，本发明一种地质灾害实时监测与预警系统，包括监测子系统，该子系统包括至少一监测点和至少一连续运行参考站，用于采集每个监测点、连续运行参考站及其周边的观测数据；
[0006] 数据中心子系统，用于接收监测子系统的观测数据，并进行分析处理得到预警数据，并根据预警数据，发出预警信号；
[0007] 预警子系统，接收数据中心子系统发出预警信号并进行预警处理；
[0008] 以及通信网络，为监测子系统、数据中心子系统和预警子系统之间提供网络通信。
[0009] 进一步地，本发明地质灾害实时监测与预警系统中，所述每个监测点设有单频GPS接收机、气象传感器和水含量探测器；每个连续运行参考站设有双频GPS接收机和气象传感器，并为监测点设备单独设置供电装置。
[0010] 进一步地，本发明地质灾害实时监测与预警系统中，所述水含量探测器为岩石水含量探测器和/或土壤水含量探测器。
[0011] 进一步地，本发明地质灾害实时监测与预警系统中，所述供电装置为太阳能发电机或风力发电机。
[0012] 进一步地，本发明地质灾害实时监测与预警系统中，所述数据中心子系统包括交换机、路由器、磁盘阵列、防火墙及服务器组成的硬件平台，在所述服务器上设置对监测子系统的观测数据进行融合处理分析的变形监测模块、降水量预测模块和专家决策预警模块。
[0013] 进一步地，本发明地质灾害实时监测与预警系统中，所述通信网络的通信形式为有线或无线两种。
[0014] 本发明与现有技术相比，其显著优点:
[0015] (I)利用GPS接收机、气象传感器、无线网络通讯等先进技术高度融合集成，实时自动监测地质灾害；
[0016] (2) GPS在本发明中，一种技术多种用途，不但可以实时监测地质灾害的空间变形信息，而且可以实时监测可降水量，为地质灾害监测分析提供多元数据，提高预测精度；
[0017] (3)监测设备智能运行，监测设备电源集成，保证全天候无人值守实时运行，预警平台智能化，预警渠道多样化；
[0018] (4)采用太阳能、风能技术，为GPS接收机和气象传感器等提供能源保障，实现各种监测设备的无人值守。
附图说明
[0019] 图1为本发明地质灾害实时监测与预警系统布置示意图；
[0020] 图2为本发明地质灾害实时监测与预警系统数据处理流程示意图；
[0021] 图3为本实施例中监测点的分布示意图。
具体实施方式
[0022] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
[0023] 如图1、图2所示，一种地质灾害实时监测与预警系统，包括监测子系统，该系统包括至少一监测点和至少一连续运行参考站，每个监测点设有单频GPS接收机、气象传感器和水含量探测器，其中，根据监测点的地质可以选择水含量探测器为岩石水含量探测器和/或土壤水含量探测器，同时设有为单频GPS接收机、气象传感器和水含量探测器供电的太阳能发电机或风力发电机；每个连续运行参考站设有双频GPS接收机和气象传感器，用于采集每个监测点、连续运行参考站的GPS观测数据及其周边的气象观测数据；
[0024] 数据中心子系统，包括交换机、路由器、磁盘阵列、防火墙及服务器组成的硬件平台，在所述服务器上设有变形监测模块、降水量预测模块和专家决策预警模块，变形监测模块实时接收监测点及连续运行参考站的GPS观测数据融合处理，实时解算出各监测点与连续运行参考站之间的相对空间位移变形信息；同时，降水量预测模块实时接收连续运行参考站的GPS观测数据和气象观测数据，层析出监测区域内准实时的三维水汽分布状况，并预测临近时间的可降水量；专家决策预警模块根据变形监测模块解算出的相对空间位移变形信息、降水量预测模块预测的可降水量、土壤含水量与不同等级的地质灾害之间的经验响应关系进行判定，并实时通过广播、Internet、手机等各种渠道发布预警信号；
[0025] 预警子系统，接收数据中心子系统发出预警信号并进行预警处理，该预警子系统中的政府、手机、村镇等不同用户根据实施需要选用广播、Internet、手机等方式接受预警信号;
[0026] 以及通信网络，为监测子系统、数据中心子系统和预警子系统之间提供有线或者无线形式的网络通信。
[0027] 本发明地质灾害监测与预警系统的构建方法:
[0028] 步骤一、建立监测子系统
[0029] (1-1)选定一监测区，在该监测区内设置至少一监测点，在每个监测点设置单频GPS接收机、气象传感器和水含量探测器，根据监测点的地质可以选择水含量探测器为岩石水含量探测器和/或土壤水含量探测器，同时在监测区内设置供电装置为单频GPS接收机、气象传感器和水含量探测器供电；其中，监测区为滑坡、坍塌地质灾害区；
[0030] (1-2)在距离监测区IOkm范围内地质稳定区域设置至少一连续运行参考站，并在每个连续运行参考站设置双频GPS接收机和气象传感器；
[0031 ] 步骤二、建立数据中心子系统
[0032] 建立硬件平台，包括交换机、路由器、磁盘阵列、防火墙及服务器，在所述服务器上设有对监测子系统的观测数据进行处理分析的变形监测模块、降水量预测模块和专家决策预警模块；
[0033] 步骤三、建立预警子系统
[0034] 该预警子系统可以为政府、村镇、手机用户等多个或一个用户，每个用户可以选择通信平台接受数据中心子系统发出的预警信号进行预警处理。
[0035] 步骤四、构建网络系统
[0036] 为监测子系统、数据中心子系统和预警子系统之间构建网络通信，该网络通信可以是无线、有线或专用网络的形式。
实施例
[0037] 本实施例中的监测区为滑坡体，该地质灾害实时监测与预警系统主要按四大部分实施:
[0038] 第一部分:
[0039] 构建监测子系统，选定一监测区，在监测区为滑坡体，从坡顶到坡地的高度为2km，监测点的分布如图3所示，由于滑坡体的受重部位在顶部，其上半部分比下半部分危害性更大的特征，滑坡体主要监测其竖直方向的位移情况，尤其是顶部，因此监测点主要按纵向排列，且距离顶部越近，监测点之间的间隔距离越短，为了监测比较分析整个滑坡体的水平位移情况，还需在横向方向上适当布置监测点，另外在监测体中部的特征部位需适当增加监测点，在每个监测点安装具有无线网络通讯能力的单频GPS接收机和土壤含水量探测器，同时安装太阳能和风力发电机及蓄电池，为监测点设备供电；
[0040] 选择连续运行参考站，首先要考虑稳定的地质基础，避开断层破碎带、易滑坡地、沼泽地和地下流沙等局部易沉陷区，同时也要避开大面积水体、高大树木、建筑物等易造成多路径效应的区域，避开铁路、公路等易造成震动的区域，避开高压线、变电站、发射塔等有电磁干扰的环境；要有较好的通视条件，至少要满足10°的接收仰角，另外也要考虑通信、供电、交通等因素，该连续运行参考站设置在距离监测区8km处。
[0041] 第二部分:
[0042] 建设数据中心子系统主要包括硬件和软件两大部分。
[0043] 硬件平台主要包括交换机、服务器、显示器、磁盘阵列、防火墙、路由器等，服务器采用分布式连接，首先有两台服务器并行，分别安装变形监测系统软件和降水量预测系统软件，然后一台装有专家决策系统软件的服务器与并行的两台服务器连接，实时从其获取变形信息和可降水量数据。磁盘阵列主要用于存储长时间的变形信息和可降水量信息，用于数据的时间序列分析，提高专家决策预警系统经验模型的可靠性和准确性；
[0044] 变形监测模块实时接收监测点及连续运行参考站的GPS观测数据融合处理，实时解算出各监测点与连续运行参考站之间的相对空间位移变形信息；同时，降水量预测模块实时接收连续运行参考站的GPS观测数据和气象观测数据，层析出监测区域内准实时的三维水汽分布状况，并预测临近时间的可降水量；专家决策预警模块根据变形监测模块解算出的相对空间位移变形信息、降水量预测模块预测的可降水量、土壤含水量与不同等级的地质灾害之间的经验响应关系进行判定，并实时通过广播、Internet、手机渠道发布预警信号;
[0045] 第三部分:
[0046] 构建预警子系统要考虑其稳定性，保证预警信息发布畅通无阻，同时渠道要多样化，提高预警信息的受众面，本实施例中村镇、政府和手机用户分别通过广播、Internet、手机渠道发布预警信号。
[0047] 第四部分:网络通讯
[0048] 网络通讯是地质灾害实时监测与预警系统的核心枢纽，主要有专用网络和无线网络。监测区内的监测点的通讯采用无线网络通讯，连续运行参考站采用专用网络，预警子系统采用专用网络和无线网络两种。
[0049] 本发明的地质灾害监测与预警系统的实施方式不仅仅局限与实施例中所述的滑坡体，其它地质灾害区只要采用本发明所述的系统也属于本发明的保护范围。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20161028 Address after: 234000 Anhui City, Suzhou Province glorious city D District, building 0109, room 28 Patentee after: Suzhou Daming Electronic Technology Co., Ltd. Address before: 210044 Nanjing Ning Road, Jiangsu, No. six, No. 219 Patentee before: Nanjing University of Information Science and Technology |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20161227 Address after: Four pailou Nanjing Xuanwu District of Jiangsu Province, No. 2 210018 Patentee after: Ke Fuyang Address before: 234000 Anhui City, Suzhou Province glorious city D District, building 0109, room 28 Patentee before: Suzhou Daming Electronic Technology Co., Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180209 Address after: 210017 Jiangdong Middle Road, Jianye District, Nanjing, Jiangsu Province, No. 359 (No. B District, building No. 1 of Guo Rui mansion) Patentee after: NANJING KEBO SPATIAL INFORMATION TECHNOLOGY CO., LTD. Address before: Four pailou Nanjing Xuanwu District of Jiangsu Province, No. 2 210018 Patentee before: Ke Fuyang |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 210017 No. 359 Jiangdong Middle Road, Jianye District, Nanjing City, Jiangsu Province (Area 307, No. 1 Building, Guorui Building) Patentee after: Jiangsu Kobo Space Information Technology Co., Ltd. Address before: 210017 No. 359 Jiangdong Middle Road, Jianye District, Nanjing City, Jiangsu Province (Area 307, No. 1 Building, Guorui Building) Patentee before: NANJING KEBO SPATIAL INFORMATION TECHNOLOGY CO., LTD. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |