CN104751615A - 一种基于泥石流演化进程的层次预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于泥石流演化进程的层次预警方法，其演化进程主要分为启动前泥石流和启动后泥石流两种状态，该预警方法可分为三个层次：数据采集，应用实地调研与RS解译技术，获取历史泥石流灾害数据，采用无线传感网络采集实时监测灾害数据；应用GIS技术，构建历史泥石流灾害数据库与实时数据库；进行实时监控，采用GIS技术，将实时数据库中的检测数据与历史泥石流灾害数据库中的数据进行对比分析，获得泥石流灾害预警等级，然后通过Web与App的方式发布相应的泥石流灾害预警信息。本发明提出了对泥石流演化进程的预警模式，提升了对泥石流灾害的监测预警效能，从而为防灾减灾提供技术支撑，减少大量的人员与财产损失。

Description

一种基于泥石流演化进程的层次预警方法

技术领域

本发明涉及地质灾害风险分析及其评估技术领域，具体涉及一种基于泥石流演化进程的层次预警方法。

背景技术

泥石流是一种常见的山地自然灾害，是由泥沙、石块等松散固体物质和水混合组成的一种特殊流体，是我国最严重的地质灾害类型之一，因其发生时间短、隐蔽性强、破坏性大等特点，常造成重大人员伤亡和巨大经济损失。我国山地面积约为600万平方公里，占全国土地面积的三分之二左右，且大部分集中于西南、西北等广阔地区，这些地区处于夏季降水多发地区，泥石流灾害频繁发生。随着西部大开发战略的展开，为了减小泥石流所带来的影响，建立行之有效的泥石流预警方法成为西部大开发战略不可忽视的一个环节。

传统的泥石流预警方式为泥石流现象与经验预警，进而发展为泥石流雨量统计分析、数据模型构建、确定临界降雨量，当前技术条件下多采用无线传感网络技术进行短临预警，该技术克服了泥石流复杂环境条件下不易布置信息监测网络的缺点，但在数据采集的全面性及数据分析处理方面较为薄弱，且无法对启动前泥石流进行相应的预报。

针对这些的问题，此次发明主要解决的问题有：(1)采用何种技术手段解决当前泥石流预警的薄弱面；(2)如何进行启动前泥石流预报，且预报准确率如何确定；(3)使用何种方式规避泥石流预警中模型应用的地域局限性；(4)采用何种方式将相关技术进行融合，并应用于泥石流预警报；(5)明确什么情况下，向外界发布相关预警报信息；(6)预警信息发布方式。

我国泥石流主要以防治为主，现有的泥石流短临预警技术在实际应用过程中，存在数据分析处理能力薄弱、数据采集缺失等缺陷。。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于泥石流演化进程的层次预警方法，基于目前成熟的无线传感网络短临预警技术，融合新的技术手段，创新预警报方式，结合历史泥石流灾害数据、遥感影像解译数据以及实时监测数据对泥石流进行预警，弥补了泥石流短临预警中的缺陷，实现了泥石流的预警报。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于泥石流演化进程的层次预警方法，包括如下步骤：

S1、应用RS技术，对历史影像数据进行解译，获取相应遥感解译数据，同时采用实地调研等方式得到其它相关历史泥石流灾害数据，数据搜集完成后，应用GIS技术建立历史泥石流灾害数据库，使用ArcCatalog工具将搜集数据导入到数据库中，完成历史泥石流灾害数据库的构建；

S2、获取当前遥感影像数据，使用RS技术进行遥感解译，获取相应数据；

S3、采用ZigBee协议与GPRS网络传输协议，通过动态自组网的形式完成无线传感网络的组建，对预警区域进行实时数据的采集，并使用ZigBee协议与GPRS网络传输协议对采集数据进行传输，使用ArcMap与ToolBox工具，提取坡度与植被覆盖率等相关辅助因素信息，通过WSN与GIS技术综合应用，完成启动后泥石流的实时监测及预警；

S4、采用WebGIS技术接收实时数据，使用ArcMap对接收数据进行处理，完成处理后使用GIS技术建立对应的实时数据库，再使用ArcCatalog工具将数据导入数据库中，完成实时数据库的构建；

S5、调用历史泥石流灾害数据库中数据与RS遥感解译当前影像的数据，使用ArcMap工具对其进行数据分析，如两者相关因素高度相似或解译数据值高于历史数据库中的值，此时采用Web及App的方法发布预报信息，完成对启动前泥石流预报，同时通过敏感性分析，得到该预报准确率；

S6、调用实时数据库中的数据，如主要因素值超过预警阀值，将对外界发布预警信息，完成泥石流预警，若辅助因素超过预警阀值，可结合历史泥石流灾害数据库中数据与其进行对比分析，获得结果信息，并根据相应预警等级对外界发布预警信息。

优选的，所述步骤S3中WSN技术应用，包括无线传感器的选取、无线传感网络组建、网络传输协议选取，所述无线传感器包括雨量传感器、孔隙水压力传感器、GPS位移传感器。

优选的，所述雨量传感器和孔隙水压力传感器用于降水量和雨强的数据采集，所述GPS位移传感器通过坐标位置信息获得相应的地形与位移信息。

优选的，所述网络传输协议采用ZigBee与GPRS协议，ZigBee协议负责传感器至传感器之间，传感器与网关之间的数据传输，GPRS协议负责网关到基站之间的数据传输，两者协同合作完成实时数据的传输；最后通过动态自组网的方式完成无线传感网络的构建。

优选的，所诉历史泥石流灾害数据库，根据泥石流演化进程，采用GIS技术对启动前泥石流相关数据进行对比分析，对启动前泥石流进行预报，所诉实时数据库中数据，超出预警阀值时，对启动后泥石流进行预警。

本发明具有以下有益效果：

通过基于泥石流演化进程的层次预警方法，设计了启动前泥石流预报模式，规避了泥石流预警模型应用中的地域局限性，提升了对泥石流灾害监测预警的全面性与时效性，为防灾减灾政策的制定提供技术支撑，减少了泥石流灾害带来的人员与财产损失。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于泥石流演化进程的层次预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、应用RS技术，对历史影像数据进行解译，获取相应遥感解译数据，同时采用实地调研等方式得到其它相关历史泥石流灾害数据，数据搜集完成后，应用GIS技术建立历史泥石流灾害数据库，使用ArcCatalog工具将搜集数据导入到数据库中，完成历史泥石流灾害数据库的构建；

S2、获取当前遥感影像数据，使用RS技术进行遥感解译，获取相应数据；

S3、采用ZigBee协议与GPRS网络传输协议，通过动态自组网的形式完成无线传感网络的组建，对预警区域进行实时数据的采集，并使用ZigBee协议与GPRS网络传输协议对采集数据进行传输，WSN技术应用，包括无线传感器的选取、无线传感网络组建、网络传输协议选取，所述无线传感器包括雨量传感器、孔隙水压力传感器、GPS位移传感器，雨量传感器和孔隙水压力传感器用于降水量和雨强的数据采集，GPS位移传感器通过坐标位置信息获得相应的地形与位移信息；网络传输协议采用ZigBee与GPRS协议，ZigBee协议负责传感器至传感器之间，传感器与网关之间的数据传输，GPRS协议负责网关到基站之间的数据传输，两者协同合作完成实时数据的传输；最后通过动态自组网的方式完成无线传感网络的构建。使用ArcMap与ToolBox工具，提取坡度与植被覆盖率等相关辅助因素信息，通过WSN与GIS技术综合应用，完成启动后泥石流的实时监测及预警；

S4、采用WebGIS技术接收实时数据，使用ArcMap对接收数据进行处理，完成处理后使用GIS技术建立对应的实时数据库，再使用ArcCatalog工具将数据导入数据库中，完成实时数据库的构建；

S5、调用历史泥石流灾害数据库中数据与RS遥感解译当前影像的数据，使用ArcMap工具对其进行数据分析，如两者相关因素高度相似或解译数据值高于历史数据库中的值，此时采用Web及App的方法发布预报信息，完成对启动前泥石流预报，同时通过敏感性分析，得到该预报准确率；

S6、调用实时数据库中的数据，如主要因素值超过预警阀值，将对外界发布预警信息，完成泥石流预警，若辅助因素超过预警阀值，可结合历史泥石流灾害数据库中数据与其进行对比分析，获得结果信息，并根据相应的预警等级对外界发布预警信息。

实施例

第一步先通过实地调研、遥感解译历史遥感数据，获取历史泥石流灾害数据；

第二步使用GIS技术构建历史泥石流灾害数据库，并通过ArcCatalog工具将获取的历史数据导入历史泥石流灾害数据库中；

第三步解译当前遥感影像数据，然后使用ArcMap与ToolBox工具调用历史泥石流灾害数据库中的数据与当前遥感影像解译数据进行数据对比分析，当出现数据分析结果为两者相似度较高或解译结果属性值高于历史数据，即可采用(Web+App)两种方式，根据相应的预警等级，向外界发布启动前泥石流预报信息，同时根据诱发因素与泥石流之间敏感性分析结果，确定启动前泥石流预报准确率；

第四步通过无线传感网络采集与传输实时监测数据，由WebGIS服务器接收数据后传输进入GIS控制中心，在经过数据处理后导入实时数据库中；

第五步在主要因素属性值超出预警阀值的情况下，采用Web与App两种方式，根据相应预警等级，对外界发布预警信息；当为辅助因素时，调用历史灾害数据库中数据与其进行数据对比分析，根据分析结果，向外界发布相应的预警信息。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于泥石流演化进程的层次预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、应用RS解译技术，对历史影像数据进行解译，获取相应遥感解译数据，同时采用实地调研、野外调查等方式得到其它相关历史泥石流灾害数据，数据搜集完成后，应用GIS技术建立历史泥石流灾害数据库，使用ArcCatalog工具将搜集数据导入到数据库中，完成历史泥石流灾害数据库的构建；

S2、获取当前遥感影像数据，使用RS技术进行遥感解译，获取相应数据；

S3、采用ZigBee协议与GPRS网络传输协议，通过动态自组网的形式完成无线传感网络的组建，对预警区域进行实时数据的采集，并使用ZigBee协议与GPRS网络传输协议对采集数据进行传输，使用ArcMap与ToolBox工具，提取坡度与植被覆盖率等相关辅助因素信息，通过WSN与GIS技术综合应用，完成泥石流的实时监测及预警；

S4、采用WebGIS技术接收实时数据，使用ArcMap对接收数据进行处理，完成处理后使用GIS技术建立对应的实时数据库，再使用ArcCatalog工具将数据导入数据库中，完成实时数据库的构建；

S5、调用历史泥石流灾害数据库中数据与RS遥感解译当前影像的数据，使用ArcMap工具对其进行数据分析，如两者相关因素高度相似或解译数据值高于历史数据库中的值，此时采用Web及App的方法发布预报信息，完成对启动前泥石流预报，同时通过敏感性分析，得到该预报准确率；

S6、调用实时数据库中的数据，如主要因素值超过预警阀值，将对外界发布预警信息，完成启动后泥石流预警，若辅助因素超过预警阀值，可结合历史泥石流灾害数据库中数据与其进行对比分析，获得预警信息，并根据相应预警等级对外界发布预警信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于泥石流演化进程的层次预警方法，其特征在于，所述步骤S3中WSN技术应用，包括无线传感器的选取、无线传感网络组建、网络传输协议选取，所述无线传感器包括雨量传感器、孔隙水压力传感器、GPS位移传感器。

3.根据权利要求2所述的一种泥石流演化进程的层次预警方法，其特征在于，所述雨量传感器和孔隙水压力传感器负责降水量和雨强的数据采集，所述GPS位移传感器通过坐标位置信息获得相应的地形与位移信息。

4.根据权利要求2所述的一种基于泥石流演化进程的层次预警方法，其特征在于，所述网络传输协议采用ZigBee与GPRS协议，ZigBee协议负责传感器至传感器之间，传感器与网关之间的数据传输，GPRS协议负责网关到基站之间的数据传输，两者协同合作完成实时数据的传输；最后通过动态自组网的方式完成无线传感网络的构建。