CN106128036B - 一种公路山体滑坡信息采集和预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种公路山体滑坡信息采集和预警系统，包括山体压力采集装置、道路边界平整度采集装置、用于动态生成压力风险的参考阈值的装置、预警程序启动的决定装置、定位装置、存储装置以及控制装置，控制模块作为整个系统的核心，一方面控制前述各装置的运行，另一方面用于和外部的计算机装置等外部设备进行连接实现通讯和控制。本发明中，用于山体灾害的压力风险评估的参考阈值采用动态生成的方式，结合同序列时刻道路边界平整度情况，更加完整而科学地考虑某一公路山体滑坡的风险预评估。本发明还提供一种公路山体滑坡信息预警方法。

Description

一种公路山体滑坡信息采集和预警系统

技术领域

本发明涉及公路环境灾害预警的技术领域，具体而言涉及一种公路山体滑坡信息采集和预警系统。

背景技术

安全是公路运输之本，我国绝大多数公路途径地质情况不优越的地区，因此对安全保障体系提出了更高的要求。而在影响公路安全运行的环境灾害中，山体滑坡是一种发生频率高、危害性大的环境灾害。因此，有效获取山体滑坡信息，对山体滑坡灾害程度进行合理评估，能够为公路线路的安全运行提供保障。

发明内容

本发明目的在于提供一种公路山体滑坡信息采集和预警方法，旨在实现对公路沿线的山体滑坡信息进行采集和分析，实现提前预警，提高公路的行车安全性。

本发明的另一目的在于提供一种公路山体滑坡信息采集和预警装置。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

为达成上述目的，本发明的第一方面提出一种公路山体滑坡信息采集和预警方法，包括以下步骤：

步骤S01：在公路具有倾斜山体的位置布置山体压力信息采集装置1和道路边界平整度信息采集装置2；

步骤S02：获取山体压力信息采集装置1和道路边界平整度信息采集装置2其所在位置的山体压力信息和路面平整度信息，包括山体平均压力、山体压力偏差、路面平均平整度、路段平整度偏差，并以电流信号的形式传输至一电流信号/数值信号转换装置中3；

步骤S03：电流信号/数值信号转换装置3接收前述电流信号，并将前述山体压力信息和路面平整度信息转换为相应的山体压力数值信号和路面平整度数值信号，动态生成山体压力风险的参考阈值，即根据前述山体压力信息采集装置所在位置的历史压力平均数据和当前的山体压力数值信号进行比对，确定当前所在线路位置的压力风险参考阈值；

步骤S04：判断前述山体压力信息采集装置当前采集的山体压力数值信号即山体压力信息是否超出参考阈值区间，如果超过则启动预警程序，否则重复前述步骤；

步骤S05：在预警启动后，获取山体压力采集装置所在的空间坐标信息，以对受影响的位置进行地理位置定位；

步骤S07：定位成功后，判断前述路面平整度信息采集装置所采集的路面平整度信息，山体压力信息是否超出参考阈值区间；

步骤S08：如果超过参考阈值区间则启动一级预警程序；

步骤S09：如果没有超过参考阈值区间启动二级预警程序；

步骤S10：将本次预警的山体压力信息以及路面平整度信息存入历史数据库，结束预警。

进一步的实施例中，前述方法更加包含以下步骤：

预先存储每一个所述山体压力信息采集装置所获取的山体压力数值信号以及所确定的当前所在线路地区的山体压力变化范围参考阈值，形成历史数据库。

进一步的实施例中，前述方法中，在所述的预警模式下，其实现包括：

1)一级预警模式，则对路段进行强制管制，控制路段山体滑坡预警位置车辆的进入，为1级的蓝色预警；

2)二级预警模式，则对路段通行车辆采取降速措施，并对路段山体滑坡预警位置进行跟踪排险，为2级的黄色预警；

进一步的实施例中，前述方法中，前述方法的动态生成山体压力风险值Δf，其具体实现包括：

以前述历史山体压力数据F_t为基础，采用平均算法得到山体压力平均值

以山体压力采集装置所在位置当前的山体压力信息和山体压力平均值之间偏差

与历史发生山体滑坡的平均偏差阈值/>

进行判断当前山体的风险：

如果

则判断当前位置山体存在滑坡风险；

如果

则判断当前位置山体不存在滑坡风险；

进一步的实施例中，前述方法中，动态生成道路边界平整度值Δh，其具体实现包括：

以前述历史路面平整度数据h_t为基础，采用平均算法得到路面平整度平均值

以道路边界平整度采集装置所在位置当前的道路边界平整度信息和道路边界平整度平均值之间偏差

与历史发生山体滑坡的平均偏差阈值/>

进行判断当前山体滑坡是否入侵道路的风险：

如果

则判断当前位置山体滑坡侵入路面，启动一级预警模式；

如果

则判断当前位置山体滑坡没有侵入路面，启动二级预警模式；

进一步的实施例中，前述方法更加包含以下步骤：

以前述历史山体滑坡灾害发生情况数据为基础，采用聚类算法得到山体压力信息、路面平整度信息- 山体滑坡灾害参考阈值的等级区间分布；

以山体压力信息采集装置、道路边界平整度信息采集装置所在位置当前的山体压力信息和路面平整度信息进行判断，确定其所属的预警等级；

进一步的实施例中，前述方法更加包含以下步骤：

在启动预警程序后，还通过无线通讯方式发送道路山体滑坡灾害评估信息以及公路应急措施信息，实现与道路管理上位机终端、乘客手机终端的通信。

进一步的实施例中，前述方法更加包含以下步骤：

山体压力信息采集装置、道路边界平整度信息采集装置分别由压力传感器、红外激光传感器来实现。

本发明的另一方面提出一种公路山体滑坡信息采集和预警装置，包括：

分布于公路沿线的山体压力信息采集装置和道路边界平整度信息采集装置，用于获取其所在位置的山体压力信息和道路边界平整度信息，并以电流信号的形式表达和传输；

电流信号/数值信号转换装置，用于接收前述的电流信号，并将山体压力和路面平整度转换为相应的山体压力、路面平整度数值信号；

用于动态生成山体滑坡灾害风险的参考阈值的装置，被设置成根据前述山体压力信息采集装置和道路边界平整度信息采集装置所在位置的历史山体滑坡灾害发生情况数据和当前的山体压力信息以及道路边界平整度信息进行比对，确定当前道路的山体滑坡灾害参考阈值；

预警程序启动的决定装置，被设置成根据前述山体压力信息采集装置和道路边界平整度信息采集装置当前采集的山体压力信息和路面平整度超出所生成的参考阈值区间的结果，决定启动预警程序；

定位装置，用于根据预警结果获取发生预警的山体压力信息采集装置和道路边界平整度信息采集装置所在的空间坐标信息，对受影响的公路线路进行地理位置定位；

存储装置，被设置成用于存储由每一个所述山体压力信息采集装置和道路边界平整度信息采集装置所获取的山体压力信息和路面平整度信息以及所确定的当前所在线路地区的山体滑坡灾害参考阈值所形成的历史数据库，该历史数据库为前述用于动态生成山体滑坡灾害风险的参考阈值的装置提供历史数据；

控制装置，被设置用于执行对前述山体压力信息采集装置、道路边界平整度信息采集装置、电流信号/数值信号转换装置、用于动态生成山体滑坡灾害风险的参考阈值的装置、预警程序启动的决定装置、定位装置以及存储装置的运行，并且将本次预警对应的山体压力信息、道路边界平整度信息以及参考阈值存入历史数据库。

进一步的实施例中，前述用于山体滑坡灾害预警被设置成根据不同的山体压力偏差值和道路边界平整度偏差值区间，控制不同的等级的预警模式。

进一步的实施例中，前述用于动态生成山体滑坡灾害风险的参考阈值的装置被设置成按照下述方式实现参考阈值的动态生成：

以前述历史山体滑坡灾害发生情况数据为基础，采用聚类算法得到山体压力信息、路面平整度信息-山体滑坡灾害参考阈值的等级区间分布；

以山体压力信息采集装置、道路边界平整度信息采集装置所在位置当前的山体压力信息和路面平整度信息进行判断，确定其所属的预警等级；

进一步的实施例中，前述系统还包括：

一无线通讯装置，连接至所述控制装置，用于无线通讯方式发送山体滑坡灾害评估信息以及山体滑坡灾害应急措施信息。

进一步的实施例中，前述前述山体压力信息采集装置、道路边界平整度信息采集装置分别由压力传感器、红外激光传感器来实现。

进一步的实施例中，前述系统还包括：

一计算机处理装置，连接至前述的控制模块，该计算机处理装置包括接口单元、操作面板和指示单元，其中：

前述控制装置通过前述接口单元提供的USB接口与计算机处理装置连接，实现计算机处理装置与控制装置之间的通信；

操作面板以触控式显示屏实现，用以接收用户输入的对前述控制装置的操作指令；

指示单元用以监控前述山体压力信息采集装置、道路边界平整度信息采集装置、电流信号/数值信号转换装置、存储装置、预警程序启动的决定装置以及无线通讯装置的工作状况，例如山体压力信息采集装置是否工作正常，无线通讯装置的信息传输是否正常等，并表征给用户，例如可通过指示灯或者文本框的形式显示工作状态。

由以上本发明的技术方案可知，本发明的有益效果在于：

(1)安装方便、维护简易。本发明以压力传感器作为信息监测器获取山体波动数据，利用工业单片机作为控制中心，分析所处环境的压力状况，利用无线发射模块发出预警信息，实现了公路山体滑坡信息采集装置和预警系统的便携式开发，具有安装方便的特点。同时，由于整个装置可采取分散式的布设，也降低了维护的难度。

(2)提高监测的精度。本发明的方案可采取公路山体压力信息采集、分析以及发送的便携式集成设计，每一个实施例都是作为一个独立的系统形式存在，因此可以方便的布设在公路沿线隧道、河流、山谷以及其它一些具有风险的地点，可以根据公路线路具体情况选择布设精度，提高了公路安全监控的精度。

(3)在确定山体滑坡灾害风险的比对阈值区间时，采用动态生成参考阈值的方式来生成，结合历史的灾害发生情况，并在最新的预警发生后不断地更新历史情况，从而与历史数据对比，更加完整而科学地考虑某一地区的风险预评估，使得评估结果更加科学、合理，具有更佳的可信度。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开 的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1为本发明一实施方式一种公路山体滑坡信息采集和预警系统结构示意图。

图2为本发明另一实施方式一种公路山体滑坡信息采集和预警系统结构示意图。

图3为本发明一实施方式一种公路山体滑坡信息采集和预警方法的实现流程示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

图1所示的一种公路山体滑坡信息采集和预警系统，硬件部分包括山体压力信息采集装置1、道路边界平整度信息采集装置2，分布于公路沿线的山体压力信息采集装置和道路边界平整度信息采集装置，用于获取其所在位置的山体压力信息和道路边界平整度信息，并以电流信号的形式表达和传输。

作为可选的实施例，如图1所示，山体压力信息采集装置1和道路边界平整度信息采集装置2分别由压力传感器、红外激光传感器来实现。

电流信号/数值信号转换装置3，用于接收前述的电流信号，并将山体压力和路面平整度转换为相应的山体压力、路面平整度数值信号；

用于动态生成山体滑坡灾害风险的参考阈值的装置4，被设置成根据前述山体压力信息采集装置1和道路边界平整度信息采集装置2所在位置的历史山体滑坡灾害发生情况数据和当前的山体压力信息以及道路边界平整度信息进行比对，确定当前道路的山体滑坡灾害参考阈值；

预警程序启动的决定装置5，被设置成根据前述山体压力信息采集装置1和道路边界平整度信息采集装置2当前采集的山体压力信息和路面平整度超出所生成的参考阈值区间的结果，决定启动预警程序；

定位装置6，用于根据预警结果获取发生预警的山体压力信息采集装置1和道路边界平整度信息采集装置2所在的空间坐标信息，对受影响的公路线路进行地理位置定位；

存储装置7，被设置成用于存储由每一个所述山体压力信息采集装置1和道路边界平整度信息采集装置2所获取的山体压力信息和路面平整度信息以及所确定的当前所在线路地区的山体滑坡灾害参考阈值所形成的历史数据库，该历史数据库为前述用于动态生成山体滑坡灾害风险的参考阈值的装置提供历史数据；

控制装置8，被设置用于执行对前述山体压力信息采集装置1、道路边界平整度信息采集装置2、电流 信号/数值信号转换装置3、用于动态生成山体滑坡灾害风险的参考阈值的装置4、预警程序启动的决定装置5、定位装置6以及存储装置7的运行，并且将本次预警对应的山体压力信息、道路边界平整度信息以及参考阈值存入历史数据库。

无线通讯装置9，连接至所述控制装置8，用于无线通讯方式发送山体滑坡灾害评估信息以及山体滑坡灾害应急措施信息。

图2所示另一实施方式一种公路山体滑坡信息采集和预警系统，增加一计算机处理装置10，连接至前述的控制模块8，该计算机处理装置包括接口单元11、操作面板12和指示单元13，其中：

前述控制装置8通过前述接口单元11提供的USB接口与计算机处理装置连接，实现计算机处理装置10与控制装置8之间的通信；

作为可选的实施例，操作面板12以触控式显示屏实现，用以接收用户输入的对前述控制装置的操作指令；

作为可选的实施例，指示单元13用以监控前述山体压力信息采集装置1、道路边界平整度信息采集装置2、电流信号/数值信号转换装置3、存储装置7、预警程序启动的决定装置5以及无线通讯装置9的工作状况，例如山体压力信息采集装置1是否工作正常，无线通讯装置9的信息传输是否正常等，并表征给用户，例如可通过指示灯或者文本框的形式显示工作状态。

图3为本发明一种公路山体滑坡信息采集和预警方法实现流程示意图。

作为可选的实施例，如图3所示，所述公路山体滑坡信息采集和预警实现包括以下过程：

步骤S01：在公路具有倾斜山体的位置布置山体压力信息采集装置1和道路边界平整度信息采集装置2；

步骤S02：获取山体压力信息采集装置1和道路边界平整度信息采集装置2其所在位置的山体压力信息和路面平整度信息，包括山体平均压力、山体压力偏差、路面平均平整度、路段平整度偏差，并以电流信号的形式传输至一电流信号/数值信号转换装置中3；

步骤S03：电流信号/数值信号转换装置3接收前述电流信号，并将前述山体压力信息和路面平整度信息转换为相应的山体压力数值信号和路面平整度数值信号，动态生成山体压力风险的参考阈值，即根据前述山体压力信息采集装置所在位置的历史压力平均数据和当前的山体压力数值信号进行比对，确定当前所在线路位置的压力风险参考阈值；

步骤S04：判断前述山体压力信息采集装置当前采集的山体压力数值信号即山体压力信息是否超出参考阈值区间，如果超过则启动预警程序，否则重复前述步骤；

步骤S05：在预警启动后，获取山体压力采集装置所在的空间坐标信息，以对受影响的位置进行地理位置定位；

步骤S07：定位成功后，判断前述路面平整度信息采集装置所采集的路面平整度信息，山体压力信息是否超出参考阈值区间；

步骤S08：如果超过参考阈值区间则启动一级预警程序；

步骤S09：如果没有超过参考阈值区间启动二级预警程序；

步骤S10：将本次预警的山体压力信息以及路面平整度信息存入历史数据库，结束预警。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (2)

1.一种公路山体滑坡信息采集和预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S01：在公路具有倾斜山体的位置布置山体压力信息采集装置和道路边界平整度信息采集装置；

步骤S02：获取山体压力信息采集装置和道路边界平整度信息采集装置其所在位置的山体压力信息和路面平整度信息，包括山体平均压力、山体压力偏差、路面平均平整度、路段平整度偏差，并以电流信号的形式传输至一电流信号/数值信号转换装置中；

步骤S03：电流信号/数值信号转换装置接收前述电流信号，并将前述山体压力信息和路面平整度信息转换为相应的山体压力数值信号和路面平整度数值信号，动态生成山体压力风险参考阈值，即根据前述山体压力信息采集装置所在位置的历史压力平均数据和当前的山体压力数值信号进行比对，确定当前所在线路位置的山体压力风险参考阈值；

步骤S04：判断前述山体压力信息采集装置当前采集的山体压力数值信号即山体压力信息是否超出山体压力风险参考阈值，如果超过则启动预警程序，否则重复前述步骤；

步骤S05：在预警启动后，获取山体压力采集装置所在的空间坐标信息，以对受影响的位置进行地理位置定位；

步骤S07：定位成功后，判断前述道路边界平整度信息采集装置所采集的路面平整度信息对应转换获得的路面平整度数值信号是否超出路段平整度参考阈值；

步骤S08：如果超过参考阈值区间，则启动一级预警模式；

步骤S09：如果没有超过参考阈值区间启动二级预警模式；

步骤S10：将本次预警的山体压力信息以及路面平整度信息存入历史数据库，结束预警；

前述方法还包含以下步骤：预先存储每一个所述山体压力信息采集装置所获取的山体压力数值信号以及所确定的当前所在线路地区的山体压力变化范围参考阈值，形成历史数据库；

在所述的预警模式下，其实现包括：

1)一级预警模式，则对路段进行强制管制，控制路段山体滑坡预警位置车辆的进入，为1级的蓝色预警；

2)二级预警模式，则对路段通行车辆采取降速措施，并对路段山体滑坡预警位置进行跟踪排险，为2级的黄色预警。

2.根据权利要求1所述的公路山体滑坡信息采集和预警方法，其特征在于，前述方法还包含以下步骤：在启动预警模式后，还通过无线通讯方式发送道路山体滑坡灾害评估信息以及公路应急措施信息，实现与道路管理上位机终端、乘客手机终端的通信。

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