CN112700623A - 房前屋后边坡失稳预警预报系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及房前屋后边坡失稳预警预报系统，包括控制装置、数据采集装置、通信装置、报警装置和供电装置；所述控制装置包括预警预报主机和移动终端；所述数据采集装置包括位移数据采集单元和降雨量数据采集单元，分别采集位移、雨量数据，通过通信装置将采集的数据传输至管理数据库和移动终端。本发明针对东南沿海地区在台风暴雨时，降雨诱发的边坡失稳进行监测，并及时对边坡所威胁的居民进行预警，以保护居民财产安全。并设计降雨等级和潜势度等级二元参数组成的滑坡预警预报模型，通过对降雨量的监测，预测边坡失稳的概率，并进行灾害预警，进一步为边坡失稳提供数据判断依据，提供预测预警准确性。

Description

房前屋后边坡失稳预警预报系统
技术领域
本发明属于地质灾害监测技术领域，具体涉及房前屋后边坡失稳预警预报系统。
背景技术
地质灾害主要有自然或人为地质所用引起，对地质环境造成灾难性的破坏，主要包括地震、山体滑坡、泥石流、地面沉降等。近年来，地质灾害呈高发态势，造成人力财力的十分惨重的损失，对地质灾害进行监测，对及时发现地质灾害，做好灾害预防具有重要意义。
现有边坡监测技术主要是通过布线及各种传感器、机械等设施，获取边坡上监测点处的位移，土压力等，通过相应参数改变推断边坡状态。由于边坡发生滑坡、泥石流等险情与边坡检测点的地质环境因素以及降雨情况有着密切的联系，而现有检测的数据未能有效采集并利用这些信息，当监测到边坡异常时，灾害大多已经发生，不能起到提前的预警作用现有的监测手段和设备。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种房前屋后边坡失稳预警预报系统，用于监测边坡失稳时并发送报警信息，确保居民生命财产安全。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种房前屋后边坡失稳预警预报系统，包括控制装置、数据采集装置、通信装置、报警装置和供电装置；
所述控制装置包括预警预报主机和移动终端；所述通信装置、预警预报主机组装在承重柱上；所述预警预报主机包括管理数据库，预存待预警用户数据和数据采集装置收集的数据；
所述数据采集装置包括位移数据采集单元和降雨量数据采集单元；所述位移数据采集单元包括激光测距仪、靶标；所述靶标固定在屋顶或选取的坡积物堆积的土堆上，用于接收激光测距仪发射的激光，所述激光测距仪安装在预警预报主机上；所述降雨量数据采集单元包括雨量计，所述雨量计安装在屋顶上；所述雨量计、激光测距仪通过通信装置将采集的数据传输至管理数据库和移动终端；
所述供电装置用于为用电装置供能。
作为本发明的进一步改进，所述预警预报主机底部安装可调节安装支架，调节预警预报主机的角度。
作为本发明的进一步改进，所述靶标底部固定可伸缩立柱。
作为本发明的进一步改进，所述供电装置包括电气连接的太阳能板、太阳能供电控制器、蓄电池；所述太阳能板通过安装支架安装在空旷地面，所述太阳能供电控制器输出端通过供电电缆连接用电装置。采用太阳能加大功率蓄电池组成，确保仪器用电安全。
作为本发明的进一步改进，所述报警装置包括声音报警器和灯光报警器。
作为本发明的进一步改进，所述雨量计选用翻斗式自计时雨量计，计量单次降雨过程。
作为本发明的进一步改进，所述管理数据库中还预存根据测量地区非降雨因素的重要程度划分的潜势度等级数据。
作为本发明的进一步改进，所述系统的运行流程为：
在管理数据库中存储预警用户手机号码，通过移动终端设置预警阈值，预警预报主机接收数据采集装置采集数据并进行数据分析，经预警预报主机判断采集的数据超过设定阈值时，预警预报主机触发报警装置报警，通信装置通过无线信号发送信息至预警用户手机号码，同时将数据采集装置存储至管理数据库。
进一步的，所述预警阈值包括单次位移的阈值、累计位移的阈值、降雨量阈值。
进一步的，经预警预报主机判断单次位移、累计位移、降雨量任一项采集的数据超过设定阈值时，预警预报主机触发报警装置报警，通信装置通过无线信号发送信息至预警用户手机号码，同时将数据采集装置存储至管理数据库。
进一步的，还包括，通过移动终端设置雨量阈值，将采集的降雨量根据雨量阈值划分为不同的降雨等级；预警预报主机以降雨等级和管理数据库中存储的潜势度等级数据为二元影响因子建立判断矩阵，根据降雨等级和潜势度等级划分预警等级，基于预警等级的数值触发报警装置报警。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明针对东南沿海地区在台风暴雨时，降雨诱发的边坡失稳进行监测，并及时对边坡所威胁的居民进行预警，以保护居民财产安全。
(2)设计降雨等级和潜势度等级二元参数组成的滑坡预警预报模型，通过对降雨量的监测，预测边坡失稳的概率，并进行灾害预警，进一步为边坡失稳提供数据判断依据，提供预测预警准确性。
附图说明
图1边坡失稳预警预报系统结构示意图。
图2边坡失稳预警预报系统工作原理图。
图3边坡失稳预警预报系统安装示意图一。
图4边坡失稳预警预报系统安装示意图二。
图5滑坡6小时预警矩阵示意图。
其中：1.预警预报系统主机；2.无线发射模块；3.预警控制模块；4.数据采集器；5.激光测距仪；6.激光；7.太阳能板；8.靶标；9.靶标可伸缩立柱；10.坡积物；11.基岩；12.场地；13.电源线；14.供电控制器；15.供电电缆；16.蓄电池；17.太阳能板安装支架；18.可调节安装支架；19.雨量计；20.雨量计安装支架；21.雨量数据采集线；22.承重立柱；23.报警器安装支架；24.报警器控制线；25.声音报警器；26.灯光报警器；27.预警短信；28.手机App；29.管理数据库；30.无线信号；31.上覆盖层；32.居民房屋；33.滑坡面；34.基岩。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1
本实施例具体说明本发明系统结构示意图。
如图1所示的房前屋后边坡失稳预警预报系统，包括控制装置、数据采集装置、通信装置、报警装置和供电装置；
控制装置包括预警预报主机1和移动终端28，预警预报主机1底部安装可调节安装支架18，调节预警预报主机1的角度；通信装置、预警预报主机1组装在承重柱22上；预警预报主机1包括管理数据库29，预存待预警用户数据和数据采集装置收集的数据；
数据采集装置包括位移数据采集单元和降雨量数据采集单元；所述位移数据采集单元包括激光测距仪5、靶标9；靶标9固定在屋顶或选取的坡积物10堆积的土堆上，用于接收激光测距仪5发射的激光6，靶标9底部固定可伸缩立柱8；所述激光测距仪5安装在预警预报主机1上；所述降雨量数据采集单元包括雨量计19，所述雨量计19通过雨量计安装支架20安装在屋顶上；所述雨量计19、激光测距仪5通过通信装置将采集的数据传输至管理数据库29和移动终端28；
供电装置用于为用电装置供能。本实施例中，供电装置包括电气连接的太阳能板7、太阳能供电控制器14、蓄电池16；所述太阳能板7通过安装支架17安装在空旷地面，所述太阳能供电控制器14输出端通过供电电缆15连接用电装置。
报警装置包括声音报警器25和灯光报警器26，预警预报主机1通过预警控制模块3触发报警。
本实施例中，雨量计选用翻斗式自计时雨量计，计量单次降雨过程。
实施例2
本实施例具体说明本发明系统的工作流程。
如图2所示，选择对居民有威胁的滑坡安装预警预报系统，利用供电装置给预警预报系统供电；安装完毕后，在管理数据库29中预存预警用户手机号码，建议接收预警短信的用户包括灾害管理者、项目实施负责人、边坡威胁的居民。在移动终端28中设置预警阈值，主要包括单次位移的阈值、累计位移的阈值、降雨量阈值；数据采集装置采集激光测距的位移数据和雨量计19的雨量数据，预警预报主机1接收数据采集装置采集数据并进行数据分析，经预警预报主机1判断单次位移、累计位移和降雨量数据超过设定阈值时，预警预报主机1触发报警装置报警，通信装置通过无线信号发送信息至预警用户手机号码，同时将数据采集装置存储至管理数据库，同时将激光测距和雨量数据存储在管理数据库，以便进一步深入分析滑坡失稳过程。
优选的，通过移动终端28中设置雨量阈值，将采集的降雨量根据雨量阈值划分为不同的降雨等级；
预警预报主机1以降雨等级和管理数据库29中存储的潜势度等级数据为二元影响因子建立判断矩阵，根据降雨等级和潜势度等级划分预警等级，基于预警等级的数值触发报警装置报警。
一个具体的边坡预警预报模型如下：
根据温州地区历史滑坡降雨数据97％均来源于台风和东风波雨，因此，雨量阈值的确定主要以这两种降雨类型为主。确定滑坡6小时雨量阈值。
根据研究地区实际数据统计，滑坡发生前6小时累计雨量与区域分布呈现明显的正相关性。降雨环境的三个分区各6小时雨量阈值如表1所示。
表1滑坡6小时雨量阈值(单位mm)
Figure BDA0002866165810000041
以降雨等级作为行，潜势度等级作为列组成预警判据矩阵，预警等级分为5级，1-5级分别表示发生的可能性小、较小、较大、大、很大，分别用不同颜色表示，1、2级不预警，3-5级预警。等级划分见图1。
基于潜势度的降雨型边坡预警预报模型的核心是预警矩阵，其输入行方向(降雨等级)和列方向(潜势度等级)两个离散参数。行方向利用雨量阈值将连续降雨参数转化为降雨等级离散参数，列方向利用主成分分析法将不同环境、地质等条件多参数转化为潜势度等级离散参数，最后使用预警矩阵得出预警点的预警等级。该方法是从宏观(大范围预警预报)到微观(预警点预警预报)，再从微观返回宏观的地质灾害发生机理动力学与统计方法相结合的预警方法，是针对潜在对象的点状预警。
实施例3
本实施例具体说明本发明系统的组装和调试过程。
选择一片空旷的场地12，组装太阳能板安装支架17，在支架上安装上太阳能板7、太阳能供电控制器14、蓄电池16，并用电源将三者连接好，并检查连接无误后，在太阳能供电控制器14的输出端连接好供电电缆15，打开太阳能供电控制器14，用万用表测量输出电压是否正常，测量完毕，关闭太阳能供电控制器14。
组装承重柱(22)，在承重柱的合适位置安装上雨量计安装支架(20)、报警器安装支架(23)，支架安装完毕后，并检查；在雨量计安装支架20上安装雨量计19，检查雨量计19安装是否水平、雨量数据采集线21是否完好；在报警器支架上23安装声音报警器25和灯光报警器26，检查报警控制线24是否完好。
组装预警预报主机1，打开主机上盖，将预警控制模块3、数据采集器4和激光测距仪5，安装到相应的位置；将激光测距仪5、雨量数据采集线21连接到数据采集器3，报警控制线24连接到预警控制模块3，供电电缆15连接到预警控制模块3，将无线发射模块2连接到预警控制模块3；各类数据线连接完后，检查连接是否正确；在预警预报主机1底部安装可调节安装支架18，可调节安装支架18可以调节预警预报主机1的角度，此次安装确保预警预报主机1保持90°。
将安装好的预警预报主机1放置一侧，在另一侧将靶标8安装在靶标可伸缩立柱9上，并将安装好的靶标8插入选择好的坡积物10堆积的土堆。
安装完毕后，打开预警预报主机1，调节其位置让发射的激光6打到靶标上；利用无线发射模块2的无线信号30将激光测量的距离数据发送到管理数据库29、手机APP28上，并查询测量的距离，并用尺子测量预警预报主机与靶标之间距离，分析激光测量的距离和尺子测量的距离的误差，计算二者误差，判断测量距离的精度。
在手机APP28上设置位移预警阈值，移动预警预报主机1后，做以下检查：管理数据库29中设定的用户是否收到预警短信27，声音报警器25和灯光报警器是否启动26，管理数据库、手机App中是否有采集的数据，并检查数据的正确性。
实施例4
本实施例具体说明本发明系统的安装方式。
为了能适应不同的边坡失稳对居民房屋的威胁，本发明设置两种安装方式：
如图3所示，当滑坡位于居民房屋32后沿时，将预警预报系统的预警预报主机1、声光报警器25、26和供电装置安装到居民房屋32上，将靶标8和靶标可伸缩立柱9安装到滑坡的上覆盖层31内，调节靶标8和预警预报主机1使激光6能打到靶标上，从而完成预警预报系统的安装，预警预报系统主要监测滑坡体的位移、该区域的降雨量，并结合潜势度等级进行滑坡预警。
如图4所示由于居民修建房屋时未进行地质勘察，将居民房屋修建在滑坡的上覆盖层31上，为了监测居民房屋的位移，将预警预报系统的预警预报主机1安装装在滑坡后缘基岩34上，将声光报警器25、26和供电装置安装到居民房屋32上，将靶标8和靶标可伸缩立柱9安装到居民房屋32上，调节靶标8和预警预报主机1使激光6能打到靶标上，从而完成预警预报系统的安装，预警预报系统主要监测居民房屋的位移、该区域的降雨量，并结合潜势度等级进行滑坡预警。

Claims (10)

1.一种房前屋后边坡失稳预警预报系统，其特征在于，包括控制装置、数据采集装置、通信装置、报警装置和供电装置；
所述控制装置包括预警预报主机（1）和移动终端（28）；所述通信装置、预警预报主机（1）组装在承重柱（22）上；所述预警预报主机（1）包括管理数据库（29），预存待预警用户数据和数据采集装置收集的数据；
所述数据采集装置包括位移数据采集单元和降雨量数据采集单元；所述位移数据采集单元包括激光测距仪（5）、靶标（9）；所述靶标（9）固定在屋顶或选取的坡积物（10）堆积的土堆上，用于接收激光测距仪（5）发射的激光（6），所述激光测距仪（5）安装在预警预报主机（1）上；所述降雨量数据采集单元包括雨量计（19），所述雨量计（19）安装在屋顶上；所述雨量计（19）、激光测距仪（5）通过通信装置将采集的数据传输至管理数据库（29）和移动终端（28）；
所述供电装置用于为用电装置供能。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预警预报主机（1）底部安装可调节安装支架（18），调节预警预报主机（1）的角度。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述靶标（9）底部固定可伸缩立柱（8）。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述供电装置包括电气连接的太阳能板（7）、太阳能供电控制器（14）、蓄电池（16）；所述太阳能板（7）通过安装支架（17）安装在空旷地面，所述太阳能供电控制器（14）输出端通过供电电缆（15）连接用电装置。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述雨量计选用翻斗式自计时雨量计，计量单次降雨过程。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述管理数据库（29）中还预存根据测量地区非降雨因素的重要程度划分的潜势度等级数据。
7.根据权利要求1或6所述的系统，其特征在于，运行流程为：
在管理数据库（29）中存储预警用户手机号码，通过移动终端（28）设置预警阈值，预警预报主机（1）接收数据采集装置采集数据并进行数据分析，经预警预报主机（1）判断采集的数据超过设定阈值时，预警预报主机（1）触发报警装置报警，通信装置通过无线信号发送信息至预警用户手机号码，同时将数据采集装置存储至管理数据库。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述预警阈值包括单次位移的阈值、累计位移的阈值、降雨量阈值。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，经预警预报主机（1）判断单次位移、累计位移、降雨量任一项采集的数据超过设定阈值时，预警预报主机（1）触发报警装置报警，通信装置通过无线信号发送信息至预警用户手机号码，同时将数据采集装置存储至管理数据库。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括，通过移动终端（28）设置雨量阈值，将采集的降雨量根据雨量阈值划分为不同的降雨等级；
预警预报主机（1）以降雨等级和管理数据库（29）中存储的潜势度等级数据为二元影响因子建立判断矩阵，根据降雨等级和潜势度等级划分预警等级，基于预警等级的数值触发报警装置报警。
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