CN106844761A - 公路地质灾害多源信息监测预警装置 - Google Patents

公路地质灾害多源信息监测预警装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种公路地质灾害多源信息监测预警装置,包括信息采集装置、视频监控装置、云端数据库和云端控制器,将每个待监控点的名称、位置、编号和每个所述待监控点的地质指标允许范围值标注在地图上,并将视频信息拼接与地图嵌合形成整个待监测公路区域的监控视频,其还用于将地质指标实时数据标注在所述监控视频中,比较所述地质指标实时数据和地质指标允许范围值,并在所述地质指标实时数据超出所述地质指标允许范围值时进行预警。本发明提供一种公路地质灾害多源信息监测预警装置,不仅能够推动公路地质灾害监测预警的进步,更可以在交通运输、空间信息、地质等行业产生显著的经济、社会效益。

Description

公路地质灾害多源信息监测预警装置
技术领域
[0001]本发明属于公路领域,尤其涉及到一种公路地质灾害多源信息监测预警装置。
背景技术
[0002]地质灾害具有时间上的突发性、空间上的随机性、种类上的多样性、条件上的恶劣 性和后果上的严重性,要求实时、准确地进行动态监测。
[0003]国内从6〇年代就开始重视地质灾害监测预警,对灾害形成的基本条件进行了系统 研究,提出了泥石流预报时间尺度和泥石流发生的判别依据,开展了泥石流监测观测并建 立了泥石流发生的判别模式。在上述理论研究的基础上,还研制了一系列泥石流监测和预 报仪器,在泥石流减灾中发挥了巨大作用。在泥石流监测方面,目前,国内相关研宄主要集 中在对泥石流启动临界指标的研究上,其研究方法主要是通过统计和数学分析法建立小区 域的临界雨量模型,或者通过宽级配扰动土样进行泥石流启动的模拟实验确定区域临界雨 量,这些研宄所获取的数据可作为西部山区泥石流防灾监测的参考,但其适应性和准确度 还有待研究,还缺乏针对灾区坡体上地震扰动土体的泥石流启动临界条件研究,监测指标 也较少。同时,目前泥石流监测预警系统是以有线传输为基础的定点布设,缺少可以移动的 探测点布设;受传输数据总量的控制,目前的监测系统以数据传输为主,仅有极个别的图像 传输,多角度大区域的视频传输缺乏;目前大量的监测预警系统普遍只是孤立进行的监测 研究,未能实现监测数据的实时自动化传送,特别是滑坡泥石流监测预警,其传输手段仅限 于电话线加调制解调器或其它点对点的简单方式。
[0004] 美国是目前世界上无人机航摄系统发展速度最快、技术水平最高、品种最多、功能 最全、应用最广的国家,在系统体制、硬件装备、通信协议等方面具有一系列的标准,规范无 人机的行业发展。民用领域,美国NicolasLewyckyj等人利用UAV-RS技术在北卡罗莱纳洲进 行自然灾害调查,通过正射影像处理与分析准确评估场房和村庄的损失;美国运输部示范 性的建立了基于无人机的遥感系统,将其应用于快速获取道路运输网络的图像,并对所得 信息进行快速分析。日本使用RPH1和YAMAHA无人机携带高精度数码摄像机和雷达扫描仪对 正在喷发的火山进行调查,进行灾情评估。
[0005] 通过对国际、国内专利的查新及分析发现,尚未出现一个集多源灾害数据实时动 态采集、传输、融合于一体的监测体系,这使得研宄综合光学遥感、雷达遥感、全球卫星定位 系统和地面传感器多源监测技术,以及无线传感网信息实时传输、多源异构数据协同反演 技术,构建一个天空地一体化的公路地质灾害动态立体监测网络具有重大意义。
发明内容
[0006] 为解决上述问题,本发明提供一种公路地质灾害多源信息监测预警装置,其包括:
[0007] 信息采集装置,其用于将监测到的待监控点的地质指标实时数据上传至云端数据 库中;
[0008] 视频监控装置,其用于将采集到的待监控点的视频信息上传至所述云端数据库 中;
[0009]所述云端数据库,其内预先存有待监测公路区域内每个待监控点的名称、位置和 编号,以及每个所述待监控点的地质指标允许范围值,所述云端数据库接收所述信息采集 装置和所述视频监控装置发来的地质指标实时数据和视频信息,并将所述地质指标实时数 据、所述视频信息、待检测公路区域内每个待监控点的名称、位置、编号和每个所述待监控 点的地质指标允许范围值绑定,作为监控信息进行存储;
[0010] 云端控制器,其用于将每个待监控点的名称、位置、编号和每个所述待监控点的地 质指标允许范围值标注在地图上,并将视频信息拼接与地图嵌合形成整个待监测公路区域 的监控视频,其还用于将地质指标实时数据标注在所述监控视频中,比较所述地质指标实 时数据和地质指标允许范围值,并在所述地质指标实时数据超出所述地质指标允许范围值 时进行预警。
[0011] 优选的是,所述的公路地质灾害多源信息监测预警装置中,所述信息采集装置包 括:
[0012] 含水率采集仪,其嵌设在待监测公路的边坡土体内,用于采集所述待监测公路的 边坡土体的含水率数据;
[0013] 雨量计,其固定在所述待监测公路边坡上,用于采集所述待监测公路边坡的降雨 里数据;
[0014] 位移传感器,其嵌设于所述待监测公路边坡的土体内,用于采集所述待监测公路 边坡的土体的地表位移数据。
[0015] 优选的是,所述的公路地质灾害多源信息监测预警装置中,所述信息采集装置还 包括:
[0016] 泥石流泥位信息采集器,其用于采集泥石流流通区进口端的瞬时泥位信息。
[0017] 优选的是,所述的公路地质灾害多源信息监测预警装置中,所述视频监控装置包 括设置在每个待监控点的摄像头组。
[0018] 开展公路地质灾害多维网络化监测与动态预警研宄,研发公路地质灾害多源信息 智能服务平台,对全面提升我国公路地质灾害防灾减灾技术水平具有重要战略意义。首先, 发展公路地质灾害多源立体监测研宄,突破不同载荷灾害信息综合处理关键技术瓶颈,融 合高分数据、北斗、航空无人机以及无线传感网立体监测技术,有利于促进各种公路灾害数 据资源有效利用,形成多类型公路地质灾害多维网络化监测共性技术支撑平台,将极大丰 富公路地质灾害监测手段,全方位多尺度掌握监测信息。其次,多来源、多途径、多尺度、高 精度的监测数据源有利于更准确地理清公路地质灾害发生、发展、时空分布及演变机理,实 现立体监测和动态预警联动。最后,构建灾害信息智能服务平台,将满足灾害的长期监测预 警阶段和灾害应急响应时间对海量、异构的天空地立体数据高效利用的需求,为保障日常 监测、预测预警及应急时能够获取足够的灾情信息、高质量的灾害共性信息产品以提供有 效支撑。
[0019] 本项目包涵了空间信息、地质灾害、岩土工程等方面的研究内容,属于交叉学科研 宄,需要联合优势资源、多部门协同攻关完成。通过项目的实施突破一批关键技术,开发相 关装备与系统,编制技术标准和规范,依托在建及运营公路进行公路现代化减灾防灾示范, 并对研发成果进行市场化推广创造新增产值,实践创新驱动发展战略,将为产学研用一体 化树3:良好范例。
[0020]空间信息技术是以现代测绘技术和信息技术为基础发展起来的综合集成性新兴 技术,与纳米技术、生物技术并称国际三大科技前沿领域之一。作为比较典型的高新技术产 业,空间信息产业具有技术含量高、增长潜力大、资源消耗少、环境影响小等优势,具有广阔 的发展前景。交通运输行业是传统产业,通过引入新兴技术提升行业核心竞争力,不断提升 交通运输信息化智能化水平,为加快综合交通、智慧交通、绿色交通和平安交通这“四个交 通”建设提供坚实支撑。同时,通过实施新兴技术在传统行业的落地应用,探索工业化与信 息化的深度融合,既推动传统产业升级又培育发展战略性新兴产业,对于交通运输行业加 快实现产业结构调整、发展方式转变具有重要意义。
[0021]本项目研究成果在西部地区公路建设和后期运营维护中推广应用后,将有效保护 西部地区重大交通干线建设和运行的安全,防止地质灾害造成重大危害,避免地质灾害造 成重大人员伤亡。研究成果在全国其他类似地区推广应用后,将显著提高我国公路安全发 展水平,更好地发挥公路运输在国民经济发展中的重要作用,产生巨大的经济与社会效益。 [0022]本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本 发明的研宄和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
[0023]下面对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据 以实施。
[0024]应当理解,本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多 个其它元件或其组合的存在或添加。
[0025] 本发明提供一种公路地质灾害多源信息监测预警装置,其包括:
[0026]信息采集装置,其用于将监测到的待监控点的地质指标实时数据上传至云端数据 库中;
[0027] 视频监控装置,其用于将采集到的待监控点的视频信息上传至所述云端数据库 中;
[0028] 所述云端数据库,其内预先存有待监测公路区域内每个待监控点的名称、位置和 编号,以及每个所述待监控点的地质指标允许范围值,所述云端数据库接收所述信息采集 装置和所述视频监控装置发来的地质指标实时数据和视频信息,并将所述地质指标实时数 据、所述视频信息、待检测公路区域内每个待监控点的名称、位置、编号和每个所述待监控 点的地质指标允许范围值绑定,作为监控信息进行存储;
[0029]云端控制器,其用于将每个待监控点的名称、位置、编号和每个所述待监控点的地 质指标允许范围值标注在地图上,并将视频信息拼接与地图嵌合形成整个待监测公路区域 的监控视频,其还用于将地质指标实时数据标注在所述监控视频中,比较所述地质指标实 时数据和地质指标允许范围值,并在所述地质指标实时数据超出所述地质指标允许范围值 时进行预警。
[0030] 所述的公路地质灾害多源信息监测预警装置中,所述信息采集装置包括:
[0031] 含水率采集仪,其嵌设在待监测公路的边坡土体内,用于采集所述待监测公路的 边坡土体的含水率数据;
[0032] 雨量计,其固定在所述待监测公路边坡上,用于采集所述待监测公路边坡的降雨 量数据;
[0033] 位移传感器,其嵌设于所述待监测公路边坡的土体内,用于采集所述待监测公路 边坡的土体的地表位移数据。
[0034] 所述的公路地质灾害多源信息监测预警装置中,所述信息采集装置还包括:
[0035] 泥石流泥位信息采集器,其用于采集泥石流流通区进口端的瞬时泥位信息。
[0036] 优选的是,所述的公路地质灾害多源信息监测预警装置中,所述视频监控装置包 括设置在每个待监控点的摄像头组。
[0037] (1)融合高分卫星遥感、低空无人机航测、北斗和无线传感网的公路地质灾害多维 网络化监测技术;
[0038] 1)高分辨率卫星公路地质灾害微量变形的长时间序列监测技术;
[0039] 2)基于低空航测的高精度公路地质灾害双相立体监测技术;
[0040] 3)基于北斗的公路地质灾害变形监测;
[0041] 4)基于无线传感网的公路地质灾害多要素定点实时监测技术。(2)天空地一体化 公路地质灾害多源数据反演与信息协同预警技术。
[0042] 1)基于北斗、合成孔径雷达、无线传感网的多源数据协同反演技术研宄;
[0043] 2)公路地质灾害动力演化过程模拟与风险评估;
[0044] 3)公路地质灾害多源信息监测预警技术。
[0045] (3)公路地质灾害多元异构信息智能服务与综合应用平台构建。
[0046] 1)公路地质灾害海量数据分布式存储技术;
[0047] 2)公路地质灾害信息智能服务与共享集成技术;
[0048] 3)公路地质灾害监测预警与应急系统构建技术。
[0049] ⑷公路地质灾害多维网络化监测预警与辅助决策示范应用
[0050] 选取云南省蒙自至文山至砚山高速公路作为依托,建立公路地质灾害实时监测预 警系统,为地质灾害频发地区公路勘察、设计、运营等过程提供示范。
[0051] 2.2核心技术描述
[0052] 基于高分合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR)技术的公;
[0053] 基于低空航测的高精度公路灾害双相立体监测;
[0054] 基于北斗卫星定位系统的公路地质灾害动态监测技术;
[0055] 基于北斗卫星、高分SAR雷达、无线传感网的多源数据协同反演技术;
[0056]公路地质灾害动力演化物理模型与计算模拟;
[0057]公路地质灾害多元信息监测预警模型;
[0058] 海量多源公路地质灾害分布式存储管理技术;
[0059] ⑻公路地质灾害动态信息服务与共享集成技术;
[0060] ⑼公路地质灾害监测预警与应急系统构建技术。
[0061] 2.3创新点
[0062] 基于多源遥感的公路地质灾害危险性分区;
[0063] 多源异构灾害监测信息协同反演技术;
[0064] 基于地质灾害物理机制的临界预警阈值研究;
[0065] 公路地质灾害定量风险评估理论与方法;
[0066] 公路地质灾害信息共享集成与智能服务技术;
[0067] 公路地质灾害监测预警与应急综合示范。
[0068] 可行性论证
[0069]公司与国内多所著名高校和科研单位建立了良好的合作关系,为技术的共同开发 创造了条件。同时公司成立了技术中心,建立了研发专项资金,同时配备了先进的仪器设备 和试验场所,从而有力的保障了技术研发工作的正常开展,确保该项目的顺利实施。
[0070] 4.主要技术路线及总体实施方案
[°071] 开展公路地质灾害多维网络化监测和动态预警技术研究,需落实三个方面内容: (1)完善监测数据源,开发高精度立体监测技术;⑵重视时空过程分析,研制协同反演预警 技术方法;(3)强化信息集成与服务,建立业务化服务运行平台。其主要思路是:利用高分遥 感数据(特别是高分SAR数据)、北斗和航空无人机监测数据作为主要数据源,无缝结合无线 传感网技术,重点解决高分卫星遥感数据、低空无人机、北斗和无线传感网间的数据融合和 协同反演技术关键,研制新型的公路地质灾害多维网络化监测、预警评价、信息服务、决策 支持成套技术。
[0072]相比于传统的灾害监测预警技术方法,该研宄不仅在数据源上有别于常规手段, 在技术方法上更有独特创新之处:
[0073] (1)高分遥感是国家级战略需求,随着高空间分辨率、多光谱与宽覆盖相结合的遥 感关键技术的突破,高分在地质灾害监测中将发挥更大作用。高分差分干涉雷达(D-InSAR) 技术作为新一代雷达遥感技术,不仅克服了光学遥感只能在可见光环境下工作的局限性, 同时具有在不同的极化条件下,获取大面积、高精度、连续的地表变化信息的能力,被认为 是连续监测大面积地表变形的最有效工具。
[0074] (2)北斗卫星定位系统是我国自主研发、独立运行的全天候、全天时卫星定位系 统,被认为是我国未来最为重要的卫星定位系统。北斗通过兼容高精度接收机,融合雨量 计、位移计等传感器,对崩塌、滑坡主要需要形变监测的地质灾害的监测应用具有先天优 势:1)它同时具有定位和通信功能,不需要其他通讯系统支持;2)覆盖范围大,没有通信盲 区,在通讯遭破坏时或者偏远山区也可以远程传输监测数据;3)特别适合多用户大范围监 控管理和数据采集、数据传输应用。
[0075] (3)无人机航空遥感监测,以其快速、灵活、高精度等特点在自然灾害监测中发挥 独特亮点,将成为今后一段时间内加强信息获取能力建设的重要工作内容之一。开展无人 机灾害监测应急合作机制建设,既是“天-空-地” 一体化信息获取能力的需要,也是进一步 提高灾害应急保障能力的需要。
[0076] ⑷物联网以无线传感器网为核心,由多个带有传感器、数据处理单元及通信模块 节点依据数据米集任务自组织而成的网络,可以借助于节点中内置的多传感器,实时感知、 采集和处理灾害信息,在现代灾害防治过程的数据远程传输、监控中优势明显。
[0077]项目技术正是面向国家战略需求,依托新兴技术,综合集成高分SAR卫星数据、航 空无人机数据、北斗卫星形变监测数据、传感器公路监测信息数据为主体,无线传感网为途 径,集成高精度公路地质灾害空间形变信息,攻克多源监测信息协同反演技术关键,形成公 路地质灾害动态评价预警模型,并建立面向业务化运行的公路地质灾害信息服务系统,兼 具科学意义和工程实用价值。
[0078]公路交通作为交通运输体系的重要组成部分,道路客运量及货运量在综合交通运 输体系中占比连续多年分别稳定在90%和70%,公路交通的安全运行对我国国民经济发展 具有举足轻重的战略意义。本项目研宄成果在西部地区公路建设和后期运营维护中推广应 用后,将有效保护西部地区重大交通干线建设和运行的安全,防止地质灾害造成重大危害, 避免地质灾害造成重大人员伤亡。研究成果在全国其他类似地区推广应用后,将显著提高 我国公路安全发展水平,更好地发挥公路运输在国民经济发展中的重要作用,产生巨大的 经济与社会效益。
[0079]本项目在发展现代交通运输业、公路地质灾害监控与预警能力建设、带动上下游 产业链经济发展、促进高分辨率遥感等尖端技术普及、构建安全、高效、舒适、便捷的交通运 输体系及技术人才培养等方面将带来巨大的社会效益:
[0080] 1)提高行业协同科研开发能力;
[0081] 2)推动空间信息技术交通运输行业应用链上下游发展;
[0082] 3)提升技术创新和成果转化能力;
[0083] 4)培养行业技术和经营管理型人才。
[0084]综上所述,本项目从技术研宄和示范应用上,不仅能够推动公路地质灾害监测预 警的进步,更可以在交通运输、空间信息、地质等行业产生显著的经济、社会效益。
[0085] 尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列 运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地 实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限 于特定的细节。

Claims (4)

1.公路地质灾害多源信息监测预警装置,其特征在于,包括: 信息采集装置,其用于将监测到的待监控点的地质指标实时数据上传至云端数据库 中; 视频监控装置,其用于将采集到的待监控点的视频信息上传至所述云端数据库中; 所述云端数据库,其内预先存有待监测公路区域内每个待监控点的名称、位置和编号, 以及每个所述待监控点的地质指标允许范围值,所述云端数据库接收所述信息采集装置和 所述视频监控装置发来的地质指标实时数据和视频信息,并将所述地质指标实时数据、所 述视频信息、待检测公路区域内每个待监控点的名称、位置、编号和每个所述待监控点的地 质指标允许范围值绑定,作为监控信息进行存储; 云端控制器,其用于将每个待监控点的名称、位置、编号和每个所述待监控点的地质指 标允许范围值标注在地图上,并将视频信息拼接与地图嵌合形成整个待监测公路区域的监 控视频,其还用于将地质指标实时数据标注在所述监控视频中,比较所述地质指标实时数 据和地质指标允许范围值,并在所述地质指标实时数据超出所述地质指标允许范围值时进 行预警。
2. 如权利要求1所述的公路地质灾害多源信息监测预警装置,其特征在于,所述信息采 集装置包括: 含水率采集仪,其嵌设在待监测公路的边坡土体内,用于采集所述待监测公路的边坡 土体的含水率数据; 雨量计,其固定在所述待监测公路边坡上,用于采集所述待监测公路边坡的降雨量数 据; 位移传感器,其嵌设于所述待监测公路边坡的土体内,用于采集所述待监测公路边坡 的土体的地表位移数据。
3. 如权利要求1所述的公路地质灾害多源信息监测预警装置,其特征在于,所述信息采 集装置还包括: 泥石流泥位信息采集器,其用于采集泥石流流通区进口端的瞬时泥位信息。
4. 如权利要求1所述的公路地质灾害多源信息监测预警装置,其特征在于,所述视频监 控装置包括设置在每个待监控点的摄像头组。
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