CN110415491A - 泥石流灾害一体化监测系统及可视化预警云平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种泥石流灾害一体化监测系统及可视化预警云平台，包括布置在泥石流物源区及流通区的微型监测仪节点，布置在泥石流物源区稳定地块及泥石流流通区两侧稳定地块上的基站，布置在泥石流物源区的雨量计、布置在泥石流流通区的泥位计；所述微型监测仪节点、雨量计、泥位计通过基站并借助卫星或移动通信网络手段将数据发送至监控中心；所述监控中心基于计算机语言实现数据的及时处理，根据布点方案提出有效的预警实现方法，并设定预警值分级，通过现场广播预警、短信方式进行报警。本发明通过最直接方法在短时间内及时对泥石流灾害发生时的灾情进行预警预报，立即发出防灾避灾警报，并以短信方式立即通知相关监测人员做好防灾避灾准备。

Description

泥石流灾害一体化监测系统及可视化预警云平台
技术领域
本发明涉及自然灾害预警系统领域，具体涉及一种泥石流灾害一体化监测系统及可视化预警云平台。
背景技术
我国地质环境复杂，加之受极端气象、地震、工程建设加剧等因素影响，地质灾害频发，危害人民的生命健康同时造成严重的经济损失。
泥石流是山区众多自然灾害中具有突发性灾变过程的主要灾种。它发生在地质不良、地形陡峻的山区，由于降水（暴雨、融雪、冰川）的浸蚀，山洪挟带大量泥、砂、石块等固体物质沿山涧沟谷长距离奔腾而下，它的发生一般是骤然的、短暂的和间歇（阵流）的。其前峰是一股浓浊而粘稠的洪流，形成泥石流的“龙头”，能以几米至十几米的高峰倾泻而下，容重大、浮托能力强，冲刷和堆积均极迅速，常常在很短时间内流出数十万立方米以至数百万立方米的固体物质，能将数十吨、数百吨甚至上千吨的巨石，从山中冲到山外。泥石流的破坏力极强，严重威胁下游的人民群众生命财产安全以及房屋建筑、公路、铁路、电力等设施。
泥石流发生监测与预警一直是泥石流灾害防治领域的重中之重，目前的技术方法主要包括三大类型：第一类是通过CCD传感器(照相或录像) 对泥石流沟道进行监测，直观判断泥石流是否发生，以及发生的规模等。 该方法基于GPRS技术的图像抓拍传感器只能定时拍摄泥石流发生区域照片，提供泥石流是否发生的影像，很难给出定量的预警报信息，且往往在雨夜难以保障正常运行，难以获取信息，易造成灾害漏报；第二类是以降雨作为控制参数的监测预警方法，主要通过雨量计测得实时降雨数据，再利用灾害发生事件与降雨参数(主要是降雨量与降雨历时)统 计分析建立的模型，进行预警。这类方法需要较大的样本才能保证预报 的精度，加之泥石流流域地质和地貌条件的区域差异，不同区域的降雨历时一强度曲线具有较大差异，很难在建模样本区域以外应用，其推广和应用受到较大限制；第三类是以土壤水分作为控制参数的监测预警方法，主要通过土壤水分(包括土体含水量、土体孔隙水压力等)与土体强度的关系，判断泥石流发生。这类方法只是考虑了泥石流形成过程中的土体破坏这一个环节，没有考虑破坏土体与地表水耦合形成泥石流的过程。
泥石流监测的主要目的是具体了解和掌握泥石流的形成演化过程及运动规律，及时捕捉泥石流灾害的特征信息（尤其是前兆信息），提出山区泥石流地质灾害发生可能性的临界判据（指标），并且通过依托工程进行应用，建立山区泥石流地质灾害预警预报模型，提出适用于山区泥石流地质灾害的预警预报技术体系，进而建立泥石流灾害预报模型，为稳定性分析与评价、预警预报与防治提供定量依据。同时，泥石流监测可在灾害发生时短时间内进行预警预报，通知民众疏散撤离，达到防灾目的。由于泥石流灾害常常具有时间上的突发性、空间上的随机性、条件上的恶劣性等特点，从而要求监测技术方法必须向多参数、高精度、高集成、全天候、自动化的方向发展。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种泥石流灾害一体化监测系统及可视化预警云平台。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
泥石流灾害一体化监测系统及可视化预警云平台，包括布置在泥石流物源区及流通区的微型监测仪节点，布置在泥石流物源区稳定地块及泥石流流通区两侧稳定地块上的基站，布置在泥石流物源区的雨量计、布置在泥石流流通区的泥位计；所述微型监测仪节点、雨量计、泥位计通过基站并借助卫星或移动通信网络手段将数据发送至监控中心；所述监控中心基于计算机语言实现数据的及时处理，根据布点方案提出有效的预警实现方法，并设定预警值分级，通过现场广播预警、短信等方式进行报警。
其中，所述雨量计用于实时掌握区段的降雨量、风速方向、温湿度等，通过在监控中心设置一定预警阈值（在泥石流灾害历史雨量记录的统计分析和室内试验的基础上，总结出雨量预警模型，并划分预警等级的临界值），当数据达到预警值时发出预警指令。
其中，所述微型监测仪节点内设有GSP模块，并用防水外壳封装，在泥石流发生时，布置在泥石流物源区（形成区）的一系列微型监测仪会跟随泥石流一起运动，与此同时微型监测仪上的传感器节点会将GPS数据通过基站及时上传监控中心并在3D地图上实时显示传感器节点的运动轨迹，进而反映泥石流的运动信息。
其中，所述泥位计采用雷达物位计，泥石流发生时，其流量明显增大，通过监测泥石流在流通过程中的泥位，并将采集到的数据通过基站上传至监控中心，可以判断泥石流的发生和规模。
其中，所述微型监测仪节点内设有高精度陀螺仪传感器，用于监测泥石流发生时节点的微小位移变化，进而有效预警泥石流灾害的发生。
进一步地，所述预警云平台建有数据库系统，用于实时查询每个节点运动的距离、时间、状态等。
本发明具有以下有益效果：
通过最直接方法在短时间内及时对泥石流灾害发生时的灾情进行预警预报，立即发出防灾避灾警报，并以短信方式立即通知相关监测人员做好防灾避灾准备。
附图说明
图1为本发明实施例一种泥石流灾害一体化监测系统及可视化预警云平台的系统构成图。
图2为本发明实施例中的雨量计的结构示意图。
图3为本发明实施例中微型监测仪的结构示意图。
图4为本发明实施例中微型监测仪节点的运动轨迹示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种泥石流灾害一体化监测系统及可视化预警云平台，包括：布置在泥石流物源区及流通区的微型监测仪节点，布置在泥石流物源区稳定地块及泥石流流通区两侧稳定地块上的基站，布置在泥石流物源区的雨量计、布置在泥石流流通区的泥位计；所述监控中心基于计算机语言实现数据的及时处理，根据布点方案提出有效的预警实现方法，并设定预警值分级，通过现场广播预警、短信等方式进行报警；在详细调查的基础上，准确把握工程地质条件，并结合野外实际监测，从而对泥石流灾害的发生进行实时监测和预警预报，并对泥石流灾害频发区域的环境因素和降雨情况进行监测，对环境因素变化和降雨量变化对泥石流灾害的形成及影响进行分析，最终建立起稳定性判据和预报模型。
所述雨量计用于实时掌握区段的降雨量、风速方向、温湿度等，通过分析设置一定预警阈值（在泥石流灾害历史雨量记录的统计分析和室内试验的基础上，总结出雨量预警模型，并划分预警等级的临界值），当数据达到预警值时发出预警指令。
所述雨量计采用翻斗式雨量计，用于实时掌握区段的降雨量、风速方向、温湿度等，通过分析设置一定预警阈值（在泥石流灾害历史雨量记录的统计分析和室内试验的基础上，总结出雨量预警模型，并划分预警等级的临界值），当数据达到预警值时发出预警指令。如图2所示，翻斗式雨量计包括设置在钢管2上端的感应部以及设置在钢管2下段上的内置有数据记录数据通信装置的控制器。
如图3所示，所述微型监测仪节点内设有GSP模块，其表面设有太阳能板4，并用防水外壳5封装，如图4所示，在泥石流发生时，布置在泥石流物源区（形成区）的一系列微型监测仪会跟随泥石流一起运动，与此同时微型监测仪上的传感器节点会将GPS数据通过基站及时上传监控中心并在3D地图上实时显示传感器节点的运动轨迹，进而反映泥石流的运动信息。所述微型监测仪节点内设有高精度陀螺仪传感器，用于监测泥石流发生时节点的微小位移变化，进而有效预警泥石流灾害的发生；
所述泥位计采用雷达物位计，泥石流发生时，其流量明显增大，通过监测泥石流在流通过程中的泥位，并将采集到的数据通过基站上传至监控中心，可以判断泥石流的发生和规模。
所述预警云平台建有数据库系统，用于实时查询每个节点运动的距离、时间、状态等。
本实施例中，所述微型监测仪的参数如下：
（1）尺寸：15×12×10cm；重量：2kg；
（2）工作电压：9VDC；供电方式：太阳能板浮充蓄电池供电；
（3）工作电流：3～40 mA（9V）（正常工作），25～400μA（9V）（休眠状态），60～90mA（发送数据）；
（4）测量精度：＜1m；
（5）工作温度：-20°C～+60°C；
（6）通信方式：节点与基站之间为WSN无线传感网络，内嵌 MESH 分布式自组网协议，每次通讯都有多重握手确认，确保数据稳定，通讯协议转换及射频收发切换自动完成，用户无须干预，简单易用；节点与控制中心采用两种通信方式，在GSM信号好的情况下用GPRS传输；如果GSM信号不好的话，采用无线电台传输。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.泥石流灾害一体化监测系统及可视化预警云平台，其特征在于：包括布置在泥石流物源区及流通区的微型监测仪节点，布置在泥石流物源区稳定地块及泥石流流通区两侧稳定地块上的基站，布置在泥石流物源区的雨量计、布置在泥石流流通区的泥位计；所述微型监测仪节点、雨量计、泥位计通过基站并借助卫星或移动通信网络手段将数据发送至监控中心；所述监控中心基于计算机语言实现数据的及时处理，根据布点方案提出有效的预警实现方法，并设定预警值分级，通过现场广播预警、短信方式进行报警。
2.如权利要求1所述的泥石流灾害一体化监测系统及可视化预警云平台，其特征在于：所述雨量计用于实时掌握区段的降雨量、风速方向、温湿度，通过在监控中心设置一定预警阈值，当数据达到预警值时发出预警指令。
3.如权利要求1所述的泥石流灾害一体化监测系统及可视化预警云平台，其特征在于：所述微型监测仪节点内设有GSP模块，并用防水外壳封装，在泥石流发生时，布置在泥石流物源区的一系列微型监测仪会跟随泥石流一起运动，与此同时微型监测仪上的传感器节点会将GPS数据通过基站及时上传监控中心并在3D地图上实时显示传感器节点的运动轨迹，进而反映泥石流的运动信息。
4.如权利要求1所述的泥石流灾害一体化监测系统及可视化预警云平台，其特征在于：所述泥位计采用雷达物位计，泥石流发生时，其流量明显增大，通过监测泥石流在流通过程中的泥位，并将采集到的数据通过基站上传至监控中心，可以判断泥石流的发生和规模。
5.如权利要求1所述的泥石流灾害一体化监测系统及可视化预警云平台，其特征在于：所述微型监测仪节点内设有高精度陀螺仪传感器，用于监测泥石流发生时节点的微小位移变化，进而有效预警泥石流灾害的发生。
6.如权利要求1所述的泥石流灾害一体化监测系统及可视化预警云平台，其特征在于：所述预警云平台建有数据库系统，用于实时查询每个节点运动的距离、时间、状态。
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