CN110390800A - 网式灾害监测预警系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种网式灾害监测预警系统，该系统包括：岩土体表面应变应力采集设备，分析单元，预警单元；岩土体表面应变应力采集设备包括灾害隐患整体边坡上全覆盖的柔性防护网和监测单元；柔性防护网中布置监测单元，监测单元采集其所覆盖的岩土体表面应变应力的变化；柔性防护网将采集的应变应力变化实时发送至分析单元；分析单元通过对应变应力变化的分析，确定需要预警时，将预警信息发送至预警单元，进行预警。柔性防护网在灾害体边界模糊的整体边坡进行全面覆盖，通过柔性防护网中布置的监测单元感应目标岩土体表面应变应力的变化，定位并监测模糊边界目标边坡的变形，进行灾害的精确监测并进行临灾预警。

Description

网式灾害监测预警系统
技术领域
本发明涉及灾害预警技术领域，尤其涉及一种网式灾害监测预警系统。
背景技术
崩、滑、流、塌陷等地质灾害在灾害发生过程中大部分都表现为斜坡整体或局部变形。
斜坡变形地质灾害中都表现为岩土体失稳由缓变到突变的过程，在灾害发生前灾害体边界一般都很难界定，失稳的岩土体具体位置和规模往往通过传统的调查、勘查手段不足以确定，这就为之后进行有针对性监测和防治带来了难题。
如何准确地确定斜坡上潜在的有失稳可能的岩土体的范围和有效地监控到岩土体的失稳过程成为斜坡类地质灾害监测预警的瓶颈。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种网式灾害监测预警系统。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种网式灾害监测预警系统，所述系统包括：岩土体表面应变应力采集设备，分析单元，预警单元；
所述岩土体表面应变应力采集设备包括灾害隐患整体边坡上全覆盖的柔性防护网和监测单元；
所述柔性防护网中布置监测单元，监测单元采集其所覆盖的岩土体表面应变应力的变化；
所述柔性防护网将采集的应变应力变化实时发送至分析单元；
所述分析单元通过对应变应力变化的分析，确定需要预警时，将预警信息发送至预警单元，进行预警。
可选地，所述分析单元基于应变应力变化，采用FLAC-3D构建三维模型，根据所述三维模型形成边坡包络体，根据所述边坡包络体确定是否需要预警。
可选地，所述根据所述三维模型形成边坡包络体，包括：
将构建的三维模型按5厘米*5厘米为一个单元格进行分割；
将每一个单元格抽象为一个点；
确定每个点的属性，所述属性包括：应力，应变，经度，纬度，高度，像素；
将包括属性的点形成边坡包络体。
可选地，所述根据所述边坡包络体确定是否需要预警，包括：
计算各点的弹性模量＝各点的应力/相应的应变；
依次选择一个点，计算选择的点的第一候选像素点和第二候选像素点，计算选择的点与第一候选像素点之间的弹性模量差，计算选择的点与第二候选像素点之间的角度差；根据弹性模量差和角度差确定是否需要预警。
可选地，所述第一候选像素点为其他像素点中，与选择的点的像素差小于预设差值的像素点。
可选地，所述第二候选像素点为其他像素点中，与选择的点的像素差大于或等于预设差值的像素点。
可选地，选择的点与任一第一候选像素之间的弹性模量差＝选择的点的弹性模量/任一第一候选像素之间的弹性模量。
可选地，选择的点与任一第二候选像素之间的角度差＝0.35*arctg(所述任一第二候选像素的高度-所述选择的点的高度)/[(所述任一第二候选像素的经度-所述选择的点的经度)2+/(所述任一第二候选像素的纬度-所述选择的点的纬度)2]1/2。
可选地，所述根据弹性模量差和角度差确定是否需要预警包括：
若存在任一点，其存在弹性模量差大于0.17的第一候选像素点，则确定需要报警；
若存在任一点，其存在角度差大于平均角度差的第二候选像素点，则确定需要报警；
若存在任一点，其不存在弹性模量差大于0.17的第一候选像素点，但弹性模量差大于0的第一候选像素点的数量/第一候选像素点的总数量大于第一候选像素点的总数量/第二候选像素点的总数量，并且，不存在角度差大于平均角度差的第二候选像素点，但角度差大于10度的第二候选像素点/第二候选像素点的总数量大于0.56，则确定需要报警；
否则，不报警；
其中，所述平均角度差为所有点与其第二候选像素点之间的角度差的均值*所有点与其第二候选像素点之间的角度差的最大值/所有点与其第二候选像素点之间的角度差的最小值。
可选地，监测单元为多个应力和应变传感单元；
多个应力和应变传感单元均布置于网片内侧坡面上专门钻凿锚孔内；
多个应力和应变传感单元与支撑钢绳相连，每个应力和应变传感单元均通过柔性防护网采集其所覆盖的岩土体表面应变应力的变化。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：网式灾害监测预警系统由岩土体表面应变应力采集设备，分析单元，预警单元；岩土体表面应变应力采集设备包括灾害隐患整体边坡上全覆盖的柔性防护网和监测单元；柔性防护网中布置监测单元，监测单元采集其所覆盖的岩土体表面应变应力的变化，每个应力和应变传感单元均可采集其所覆盖的岩土体表面应变应力的变化；柔性防护网将采集的应变应力变化实时发送至分析单元；分析单元通过对应变应力变化的分析，确定需要预警时，将预警信息发送至预警单元，进行预警。柔性防护网在灾害体边界模糊的整体边坡进行全面覆盖，通过柔性防护网中布置的监测单元感应目标岩土体表面应变应力的变化，定位并监测模糊边界目标边坡体的变形，进行灾害的精确监测并进行临灾预警。
附图说明
图1为本申请一实施例提供的一种网式灾害监测预警系统的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本申请提供一种网式灾害监测预警系统，如图1所示，该网式灾害监测预警系统包括：岩土体表面应变应力采集设备，分析单元，预警单元。
1、岩土体表面应变应力采集设备
岩土体表面应变应力采集设备包括灾害隐患整体边坡上全覆盖的柔性防护网和监测单元。
柔性防护网灾害整体边坡上全覆盖的柔性防护网。柔性防护网柔性防护网中布置监测单元，实现柔性防护网附带监测单元。监测单元采集其所覆盖的岩土体表面应变应力的变化。
具体实现时，柔性防护网的具体结构如下：
柔性防护网由支撑钢绳及网片组成，监测单元为多个应力和应变传感单元。多个应力和应变传感单元均布置于网片内侧坡面上专门钻凿锚孔内。多个应力和应变传感单元与支撑钢绳相连，每个应力和应变传感单元均通过柔性防护网采集其所覆盖的岩土体表面应变应力的变化。
即钢绳与若干布置于网片内侧坡面上专门钻凿锚孔内的应力和应变传感单元相连，(例如，钢绳中每个预设距离设置一个专门锚孔，布置应力和应变传感单元，即钢绳网面域内均匀布置应力和应变传感单元监测孔)，每个应力和应变传感单元均可采集其所覆盖的岩土体表面应变应力的变化。
柔性防护网采集的应变应力变化实时发送至分析单元。
本实施例不对柔性防护网传输采集的应变应力变化的方法进行限定，可以通过4G等无线网络传输，也可以通过光纤等有线方式传输，还可以通过其他方式传输。
柔性防护网在灾害体边界模糊的整体边坡进行全面覆盖，通过钢绳中的多个应力和应变传感单元感应目标岩土体表面应变应力的变化，监测目标边缘体的变形，进行灾害的精确监测。
2、分析单元
分析单元通过对应变应力变化的分析，确定需要预警时，将预警信息发送至预警单元，进行预警。
分析单元的具体分析方案为：基于应变应力变化，采用FLAC-3D(Fast LagrangianAnalysis of Continua-3D)构建三维模型，根据三维模型形成边坡包络体，根据所述边坡包络体确定是否需要预警。
其中，根据三维模型形成边坡包络体的实现方案如下：
1)将构建的三维模型按5厘米*5厘米为一个单元格进行分割。
2)将每一个单元格抽象为一个点。
3)确定每个点的属性，属性包括：应力，应变，经度，纬度，高度，像素。
4)将包括属性的点形成边坡包络体。
由于斜坡变形地质灾害中都表现为岩土体失稳由缓变到突变的过程，在灾害发生前灾害体边界一般都很难界定，失稳的岩土体具体位置和规模往往通过传统的调查、勘查手段不足以确定，这就为之后进行有针对性监测和防治带来了难题。
本实施例中通过对目前通用勘查手段难以确定失稳部位和失稳边界的边坡进行柔性网全覆盖，形成柔性网与边坡隐患组合而成的边坡包络体，将空间形状不规则，危岩失稳时空不确定的自然边坡人工改造为空间规则且易于整体系统监控的“边坡包络体”。
具体的，通过室内数值模拟仿真软件FLAC-3D所构建的三维模型模拟边坡包络体，通过柔性网节点间布设传感器或布设于专用锚孔内与柔性网相连的传感器，监测边坡包络体的类应力、类应变等物理参数，通过三维模型上每个点的属性参数，所述属性参数包括：类应力，类应变，经度，纬度，高度，像素；根据各点属性参数之间的关系确定是否需要预警。
在得到边坡包络体之后，根据所述边坡包络体确定是否需要预警的实现方案如下：
4.1计算各点的弹性模量＝各点的应力/相应的应变。
4.2依次选择一个点，计算选择的点的第一候选像素点和第二候选像素点，计算选择的点与第一候选像素点之间的弹性模量差，计算选择的点与第二候选像素点之间的角度差。根据弹性模量差和角度差确定是否需要预警。
其中，第一候选像素点为其他像素点中，与选择的点的像素差小于预设差值的像素点。
第二候选像素点为其他像素点中，与选择的点的像素差大于或等于预设差值的像素点。
选择的点与任一第一候选像素之间的弹性模量差＝选择的点的弹性模量/任一第一候选像素之间的弹性模量。
选择的点与任一第二候选像素之间的角度差＝0.35*arctg(任一第二候选像素的高度-选择的点的高度)/[(任一第二候选像素的经度-选择的点的经度)2+/(任一第二候选像素的纬度-选择的点的纬度)2]1/2。
根据弹性模量差和角度差确定是否需要预警的实现方案如下：
若存在任一点，其存在弹性模量差大于0.17的第一候选像素点，则确定需要报警；
若存在任一点，其存在角度差大于平均角度差的第二候选像素点，则确定需要报警；
若存在任一点，其不存在弹性模量差大于0.17的第一候选像素点，但弹性模量差大于0的第一候选像素点的数量/第一候选像素点的总数量大于第一候选像素点的总数量/第二候选像素点的总数量，并且，不存在角度差大于平均角度差的第二候选像素点，但角度差大于10度的第二候选像素点/第二候选像素点的总数量大于0.56，则确定需要报警；
否则，不报警。
其中，平均角度差为所有点与其第二候选像素点之间的角度差的均值*所有点与其第二候选像素点之间的角度差的最大值/所有点与其第二候选像素点之间的角度差的最小值。
例如，将构建的三维模型按5厘米*5厘米为一个单元格进行分割之后包括4个单元格，分别为第一行2个单元格和第二行2个单元格，形成田子型。该田字形即为边坡包络体。将每一个单元格抽象为一个点之后变为4个点，分别记为点11(对应田子型的左上格)，点12(对应田子型的右上格)，点21(对应田子型的左下格)，点22(对应田子型的右下格)。确定每个点的属性，属性包括：应力，应变，经度，纬度，高度，像素。计算点11的弹性模量＝点11的应力/点11的相应的应变。计算点12的弹性模量＝点12的应力/点12的相应的应变。计算点21的弹性模量＝点21的应力/点21的相应的应变。计算点22的弹性模量＝点22的应力/点22的相应的应变。选择点11，计算点11的第一候选像素点和第二候选像素点，计算点11与第一候选像素点之间的弹性模量差，计算点11与第二候选像素点之间的角度差。选择点12，计算点12的第一候选像素点和第二候选像素点，计算点12与第一候选像素点之间的弹性模量差，计算点12与第二候选像素点之间的角度差。选择点21，计算点21的第一候选像素点和第二候选像素点，计算点21与第一候选像素点之间的弹性模量差，计算点21与第二候选像素点之间的角度差。选择点22，计算点22的第一候选像素点和第二候选像素点，计算点22与第一候选像素点之间的弹性模量差，计算点22与第二候选像素点之间的角度差。根据点11，点12，点21，点22的弹性模量差和角度差确定是否需要预警。
3、预警单元
预警单元根据分析单元的预警信息进行预警。
本申请提供的一种网式灾害监测预警系统，包括：岩土体表面应变应力采集设备，分析单元，预警单元；岩土体表面应变应力采集设备包括灾害隐患整体边坡上全覆盖的柔性防护网和监测单元；柔性防护网由钢绳编织而成，钢绳与布置于坡面上多个专门钻凿锚孔内应力和应变传感单元相连，每个应力和应变传感单元均可采集其所覆盖的岩土体表面应变应力的变化；柔性防护网将采集的应变应力变化实时发送至分析单元；分析单元通过对应变应力变化的分析，确定需要预警时，将预警信息发送至预警单元，进行预警。柔性防护网在灾害体边界模糊的整体边坡进行全面覆盖，通过钢绳连接多个应力和应变传感单元感应目标岩土体表面应变应力的变化，监测目标边坡体的变形，进行灾害的精确监测。实现了“边防边测，防患于未然”的理念，通过柔性防护网中的应力和应变传感单元可以感知前期的蠕变变形，及时预警，有效解决了地质灾害监测预警的“滑而未测，测而未滑”的业内难题。
需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种网式灾害监测预警系统，其特征在于，所述系统包括：岩土体表面应变应力采集设备，分析单元，预警单元；
所述岩土体表面应变应力采集设备包括灾害隐患整体边坡上全覆盖的柔性防护网和监测单元；
所述柔性防护网中布置监测单元，监测单元采集其所覆盖的岩土体表面应变应力的变化；
所述柔性防护网将采集的应变应力变化实时发送至分析单元；
所述分析单元通过对应变应力变化的分析，确定需要预警时，将预警信息发送至预警单元，进行预警。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分析单元基于应变应力变化，采用FLAC-3D构建三维模型，根据所述三维模型形成边坡包络体，根据所述边坡包络体确定是否需要预警。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述根据所述三维模型形成边坡包络体，包括：
将构建的三维模型按5厘米*5厘米为一个单元格进行分割；
将每一个单元格抽象为一个点；
确定每个点的属性，所述属性包括：应力，应变，经度，纬度，高度，像素；
将包括属性的点形成边坡包络体。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述根据所述边坡包络体确定是否需要预警，包括：
计算各点的弹性模量＝各点的应力/相应的应变；
依次选择一个点，计算选择的点的第一候选像素点和第二候选像素点，计算选择的点与第一候选像素点之间的弹性模量差，计算选择的点与第二候选像素点之间的角度差；根据弹性模量差和角度差确定是否需要预警。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一候选像素点为其他像素点中，与选择的点的像素差小于预设差值的像素点。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第二候选像素点为其他像素点中，与选择的点的像素差大于或等于预设差值的像素点。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，选择的点与任一第一候选像素之间的弹性模量差＝选择的点的弹性模量/任一第一候选像素之间的弹性模量。
8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，选择的点与任一第二候选像素之间的角度差＝0.35*arctg(所述任一第二候选像素的高度-所述选择的点的高度)/[(所述任一第二候选像素的经度-所述选择的点的经度)2+/(所述任一第二候选像素的纬度-所述选择的点的纬度)2]1/2。
9.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述根据弹性模量差和角度差确定是否需要预警包括：
若存在任一点，其存在弹性模量差大于0.17的第一候选像素点，则确定需要报警；
若存在任一点，其存在角度差大于平均角度差的第二候选像素点，则确定需要报警；
若存在任一点，其不存在弹性模量差大于0.17的第一候选像素点，但弹性模量差大于0的第一候选像素点的数量/第一候选像素点的总数量大于第一候选像素点的总数量/第二候选像素点的总数量，并且，不存在角度差大于平均角度差的第二候选像素点，但角度差大于10度的第二候选像素点/第二候选像素点的总数量大于0.56，则确定需要报警；
否则，不报警；
其中，所述平均角度差为所有点与其第二候选像素点之间的角度差的均值*所有点与其第二候选像素点之间的角度差的最大值/所有点与其第二候选像素点之间的角度差的最小值。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，柔性防护网由支撑钢绳及网片组成；
监测单元为多个应力和应变传感单元；
多个应力和应变传感单元均布置于网片内侧坡面上专门钻凿锚孔内；
多个应力和应变传感单元与支撑钢绳相连，每个应力和应变传感单元均通过柔性防护网采集其所覆盖的岩土体表面应变应力的变化。
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