CN114495428A - 一种滑坡灾害早期预警方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滑坡灾害早期预警方法及系统，方法包括以下步骤：根据滑坡灾害的发生原理、发生过程和被监测区域的实际地质条件，确定滑坡监测模块需要监测的参数，滑坡监测模块可获得被监测区域的地质特性、环境量指标、动力学特征以及运动学指标；确定每个监测点的各个监测指标的权重值，根据各个监测指标的监测数值和权重值确定每个监测指标的预警等级量，根据每个监测指标的预警等级量计算综合预警等级量；根据综合预警等级量确定预警等级，生成输出并展示预警信息；根据不同的预警等级采取相应的应对措施。

Description

一种滑坡灾害早期预警方法及系统

技术领域

本发明涉及地质灾害监测技术领域，更具体地说，特别涉及一种滑坡灾害早期预警方法及系统。

背景技术

我国地形地质复杂，山区较多，地质灾害隐患点分布广泛，而滑坡是山区最主要的地质灾害之一，形成滑坡灾害的早期预警系统，对保障人民安全、减少经济损失有着重要意义。随着物联网的发展，自动化监测设备越来越多，能应用在滑坡灾害监测的设备种类也越来越丰富。但目前实际使用中，各个监测指标仍然主要采用单独分析的方法，如何将各类监测指标综合分析，提高滑坡灾害早期预警的准确性和实时性是亟待解决的一个问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种滑坡灾害早期预警方法，将多种监测指标进行综合分析判断，建立合理的预警流程，提高监测的准确性，减少人工分析数据的工作量，提高灾害预警的时效性。

本发明的技术方案是：一种滑坡灾害早期预警方法，包括以下步骤：

S1、根据滑坡灾害的发生原理、发生过程和被监测区域的实际地质条件，确定滑坡监测模块需要监测的参数，滑坡监测模块可获得被监测区域的地质特性、环境量指标、动力学特征以及运动学指标；

S2、确定每个监测点的各个监测指标的权重值，根据各个监测指标的监测数值和权重值确定每个监测指标的预警等级量，根据每个监测指标的预警等级量计算综合预警等级量；

S3、根据综合预警等级量确定预警等级，生成输出并展示预警信息；

S4、根据不同的预警等级采取相应的应对措施。

进一步地，所述地质特性包括土质特征、边坡高度和边坡坡度；所述环境量指标包括24 小时降雨量、地下水位和土壤湿度；所述动力学特征包括常时振动频率、常时最大振幅和异常振动频次；所述运动学指标包括倾角变化速率、表面位移速率及深部位移变化速率。

进一步地，所述综合预警等级量F_C等于每个监测点的各个监测指标N的预警等级量F_i之和：

m为监测点数量，n为监测指标的数量，f_m为第m个监测点的n个监测指标的预警等级量之和。

进一步地，所述24小时降雨量的预警等级量F₁的计算公式如下：

式中：F₁——24小时降雨量预警等级量；w₁——24小时降雨量权重值；R——24小时最大降雨量，当R＞6.7时，R取6.7；T₁——最大降雨量发生时刻；T——滑坡灾害早期预警系统计算触发时刻；

所述地下水位W的预警等级量F₂的计算公式如下：

F₂＝w₂×W，W₂为地下水位W的权重值；

所述土壤湿度H的预警等级量F₃的计算公式如下：

F₃＝w₃×H，w₃为土壤湿度H的权重值；

所述倾角变化速率v_θ的预警等级量F₄的计算公式如下：

F₄＝w₄×v_θ，当v_θ＞1.2时，v_θ＝1.2，w₄为倾角变化速率v_θ的权重值；

所述表面位移速率v_d1的预警等级量F₅的计算公式如下：

即F₅＝w₅×v_d1，当v_d1＞25时，v_d1＝25，w₅为表面位移速率v_d1的权重值；

所述深部位移速率v_d2的预警等级量F₆的计算公式如下：

F₆＝w₆×v_d2，当v_d2＞20时，v_d2＝20，w₆为深部位移速率v_d2的权重值；

所述常时振动频率的预警等级量F₇的计算公式如下：

f₀为初始常时振动频率，f_n为实时测量的常时振动频率，v为安全度变化率，w₇为常时振动频率的权重值；

所述异常振动频次的预警等级量F₇的计算公式如下：

F₈＝w₈×V×N，当V×N＞2.5时，V×N＝2.5；

V为振动大小，N为振动次数，w₈为异常振动频次的权重值；

所述常时最大振幅A的预警等级量F₉的计算公式如下：

F₉＝w₉×A，当A＞0.5时，A＝0.5，w₉为常时最大振幅A的权重值。

进一步地，各个监测指标的权重值根据土质特性调整。

进一步地，土质越松散w₁、w₂、w₃减大。

进一步地，陂高越高，坡度越陡，权重值w₄、w₅、w₆越大。

进一步地，土质越松散权重值w₇、w₈、w₉越小。

进一步地，预警等级分为0、I、II、III和IV五个等级，分别对应绿、蓝、黄、橙和红色预警。

另一方面，本发明还提供一种滑坡灾害早期预警系统，包括：

滑坡监测数据模块，用于获取并存储监测区域的地质特征、环境量指标、动力学特征、运动学指标以及其他指标的数据；

综合预警等级量的计算模块，通过滑坡监测数据模块内各个监测指标的监测数值和权重值计算综合预警等级量；

预警信息输出模块，用于输出并展示预警信息；

运维控制模块，用于监测和控制滑坡灾害早期预警系统各模块的运行状况。

本发明具有以下有益效果：本发明综合考虑了监测区域的地质特征、环境量指标、动力学特征、运动学指标以及其他指标，通过综合预警等级量来确定监测区域是否处于危险状态以及危险的程度，各个监测指标的重要程度不同，其数值对最终的预警等级量贡献度也不一样，根据每个监测点位置的风险大小及监测指标的重要性，分别赋予每个监测点的各个监测指标不同的权重值，进行滑坡灾害早期预警前需要确定各个监测指标的权重值，将多种监测指标进行综合分析判断，建立合理的预警流程，提高监测的准确性，减少人工分析数据的工作量，提高灾害预警的时效性。

附图说明

图1是本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

一种滑坡灾害早期预警方法，包括以下步骤：

S1、根据滑坡灾害的发生原理、发生过程和被监测区域的实际地质条件，确定滑坡监测模块需要监测的参数，滑坡监测模块可获得被监测区域的地质特性、环境量指标、动力学特征以及运动学指标。

滑坡灾害一般发生过程缓慢，为一个长期损伤积累过程，需要监测的内容：地质特性包括土质特征、边坡高度和边坡坡度，土质越松散，坡高越高，坡度越陡，则发生滑坡灾害的概率越高；滑坡的发生还和雨水的关联度很大，因此环境量指标包括24小时降雨量、地下水位和土壤湿度；滑坡发生过程必然会有形变位移的产生，因此需要对边坡的运动学指标进行监测，并以动力学特征作为辅助监测，运动学指标包括倾角变化速率、表面位移速率及深部位移变化速率；动力学特征包括常时振动频率、常时最大振幅和异常振动频次。

根据具体的被监测区域的情况还可以增加其他指标。

S2、确定每个监测点的各个监测指标的权重值，根据各个监测指标的监测数值和权重值确定每个监测指标的预警等级量，根据每个监测指标的预警等级量计算综合预警等级量。

将各个指标中随监测区域风险大小而变化的指标确定为监测指标，各个监测指标N的监测数值共同决定综合预警等级量F_C，通过综合预警等级量F_C来确定监测区域是否处于危险状态以及危险的程度，各个监测指标N的重要程度不同，其数值对最终的预警等级量F_C贡献度也不一样，根据每个监测点位置的风险大小及监测指标的重要性，分别赋予每个监测点的各个监测指标不同的权重值w_i，进行滑坡灾害早期预警前需要确定各个监测指标N的权重值 w_i，监测点越接近危险点其监测指标N的权重值w_i越高，而监测指标N所对应的滑坡灾害诱发因素越主要其权重值w_i越高；监测指标N的权重值w_i越高，监测指标N发生变化所增加的预警等级量F_i越大，即F_i∝w_i。

一个滑坡隐患点的综合预警等级量F_C等于每个监测点的各个监测指标N的预警等级量之和：

m为监测点数量，n为监测指标的数量。

以下是一个监测点的各个监测指标N的预警等级量F_i的具体确定方法：

1、24小时降雨量。

降雨量大小和发生时刻两个影响因素反应24小时降雨量的预警等级量。

将过去24小时降雨量分成无雨、小雨或中雨、大雨或暴雨、大暴雨或特大暴雨四个等级，降雨量越大对应的预警等级量越大。同时分析最大降雨量发生时刻到滑坡灾害早期预警系统计算触发时刻的时间长短，时间越短说明最大降雨量发生时刻越临近，其预警等级量也越大。具体公式如下：

式中：F₁——降雨量预警等级量；W₁——24小时降雨量权重值；R——最大降雨量，当 R＞6.7时，R取6.7；T₁——最大降雨量发生时刻；T——滑坡灾害早期预警系统计算触发时刻。

2、地下水位。地下水位W越大，对应的预警等级量越大，即F₂＝w₂×W，w₂地下水位W的权重值。

3、土壤湿度。土壤湿度H越大，对应的预警等级量越大，即F₃＝w₃×H，w₃土壤湿度H的权重值。

4、倾角变化速率。倾角变化速率v_θ为每天的倾角变化量。取每天设备温度中位数上下浮动4℃采集的倾角的平均值计算倾角变化速率从而减小倾角温漂的影响。随着倾角变化速率的增大，其预警等级量增大，即F₄＝w₄×v_θ，当v_θ＞1.2时，v_θ＝1.2。

5、表面位移速率。表面位移速率v_d1为每天的表面位移变化量。取每天设备温度中位数上下浮动4℃采集的表面位移的平均值计算表面位移速率从而减小位移温漂的影响。随着表面位移速率的增大，其预警等级量增大，即F₅＝w₅×v_d1，当v_d1＞25时，v_d1＝25。

6、深部位移变化速率。位移变化速率v_d2为每天的位移变化量。随着位移变化速率的增大，其预警等级量增大，即F₆＝w₆×v_d2，当v_d2＞20时，v_d2＝20。

7、常时振动频率。记录监测设备安装后所测量到的第一个稳定的常时振动频率作为初始常时振动频率f₀，实时测量的常时振动频率为f_n，则安全度变化率v为

安全度变化率越大，对应的预警等级量也越大，即F₇＝w₇×v。

8、异常振动频次。振动幅值V和振动次数N两个影响因素反应异常振动频次的预警等级量。记录设定时间间隔内的振动幅值及振动次数，振动次数越多，预警等级量越大；每次的振动幅值越大，预警等级量越大，即F₈＝w₈×V×N，当V×N＞2.5时，V×N＝2.5。

9、常时最大振幅。常时最大振幅A越大，对应的预警等级量越大，即F₉＝w₉×A，当A＞0.5 时，A＝0.5。

如表1所示，给出了9种检测指标分别对应的基础权重值w_i，以及根据地质特性调整各基础权重值w_i的原则：

表1监测指标权重表

S3、根据综合预警等级量确定预警等级，生成输出并展示预警信息。

综合所有监测指标的预警等级量就可得到滑坡点的综合预警等级量，滑坡点综合预警等级量大小对应预警等级，预警等级分为绿、蓝、黄、橙和红色预警五个等级，如下所示：

根据综合预警等级量确定预警等级，生成并展示预警信息。

S4、根据不同的预警等级采取相应的应对措施。

得到滑坡隐患点的预警等级后，根据不同的预警等级采取不同的措施，预警等级0为安全，无需进行处理；预警等级Ⅰ，经过专业人员确认后提示现场注意观察；预警等级Ⅱ，经过专业人员确认后提示现场加强观察，并加密监测指标采集频率，12小时后恢复；预警等级Ⅲ，经过专业人员确认后提示现场排查问题，并加密监测指标采集频率，24小时后恢复；预警等级Ⅳ，系统自动警示现场人员，注意避险、排查问题，并加密监测指标采集频率直到现场排查并处理安全问题。

实施例2

一种滑坡灾害早期预警系统，包括：滑坡监测数据模块，用于获取并存储监测区域的地质特征、环境量指标、动力学特征、运动学指标以及其他指标；综合预警等级量的计算模块，通过滑坡监测数据模块各个监测指标的监测数值和权重值计算综合预警等级量；预警信息输出模块，用于生成并输出预警信息；运维控制模块，用于监测和控制滑坡灾害早期预警系统各模块的运行状况。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种滑坡灾害早期预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据滑坡灾害的发生原理、发生过程和被监测区域的实际地质条件，确定滑坡监测模块需要监测的参数，滑坡监测模块可获得被监测区域的地质特性、环境量指标、动力学特征以及运动学指标；

S2、确定每个监测点的各个监测指标的权重值，根据各个监测指标的监测数值和权重值确定每个监测指标的预警等级量，根据每个监测指标的预警等级量计算综合预警等级量；

S3、根据综合预警等级量确定预警等级，生成输出并展示预警信息；

S4、根据不同的预警等级采取相应的应对措施。

2.根据权利要求1所述的一种滑坡灾害早期预警方法，其特征在于，

所述地质特性包括土质特征、边坡高度和边坡坡度；

所述环境量指标包括24小时降雨量、地下水位和土壤湿度；

所述动力学特征包括常时振动频率、常时最大振幅和异常振动频次；

所述运动学指标包括倾角变化速率、表面位移速率及深部位移变化速率。

3.根据权利要求1所述的一种滑坡灾害早期预警方法，其特征在于，

所述综合预警等级量F_C等于每个监测点的各个监测指标N的预警等级量F_i之和：

m为监测点数量，n为监测指标的数量，f_m为第m个监测点的n个监测指标的预警等级量之和。

4.根据权利要求1所述的一种滑坡灾害早期预警方法，其特征在于，

所述24小时降雨量的预警等级量F₁的计算公式如下：

式中：F₁——24小时降雨量预警等级量；w₁——24小时降雨量权重值；R——24小时最大降雨量，当R>6.7时，R取6.7；T₁——最大降雨量发生时刻；T——滑坡灾害早期预警系统计算触发时刻；

所述地下水位W的预警等级量F₂的计算公式如下：

F₂＝w₂×W，w₂为地下水位W的权重值；

所述土壤湿度H的预警等级量F₃的计算公式如下：

F₃＝w₃×H，w₃为土壤湿度H的权重值；

所述倾角变化速率v_θ的预警等级量F₄的计算公式如下：

F₄＝w₄×v_θ，当v_θ＞1.2时，v_θ＝1.2，w₄为倾角变化速率v_θ的权重值；

所述表面位移速率v_d1的预警等级量F₅的计算公式如下：

即F₅＝w₅×v_d1，当v_d1＞25时，v_d1＝25，w₅为表面位移速率v_d1的权重值；

所述深部位移速率v_d2的预警等级量F₆的计算公式如下：

F₆＝w₆×v_d2，当v_d2＞20时，v_d2＝20，w₆为深部位移速率v_d2的权重值；

所述常时振动频率的预警等级量F₇的计算公式如下：

F₇＝w₇×v；

f₀为初始常时振动频率，f_n为实时测量的常时振动频率，v为安全度变化率，w₇为常时振动频率的权重值；

所述异常振动频次的预警等级量F₇的计算公式如下：

F₈＝w₈×V×N，当V×N＞2.5时，V×N＝2.5；

V为振动大小，N为振动次数，w₈为异常振动频次的权重值；

所述常时最大振幅A的预警等级量F₉的计算公式如下：

F₉＝w₉×A，当A＞0.5时，A＝0.5，w₉为常时最大振幅A的权重值。

5.根据权利要求4所述的一种滑坡灾害早期预警方法，其特征在于，各个监测指标的权重值根据土质特性调整。

6.根据权利要求5所述的一种滑坡灾害早期预警方法，其特征在于，土质越松散w₁、w₂、w₃减大。

7.根据权利要求5所述的一种滑坡灾害早期预警方法，其特征在于，陂高越高，坡度越陡，权重值w₄、w₅、w₆越大。

8.根据权利要求5所述的一种滑坡灾害早期预警方法，其特征在于，土质越松散权重值w₇、w₈、w₉越小。

9.根据权利要求1所述的一种滑坡灾害早期预警方法，其特征在于，预警等级分为0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ五个等级，分别对应绿、蓝、黄、橙和红色预警。

10.一种滑坡灾害早期预警系统，其特征在于，包括：

滑坡监测数据模块，用于获取并存储监测区域的地质特征、环境量指标、动力学特征以及运动学指标的数据；

综合预警等级量的计算模块，通过滑坡监测数据模块内各个监测指标的监测数值和权重值计算综合预警等级量；

预警信息输出模块，用于输出并展示预警信息；

运维控制模块，用于监测和控制滑坡灾害早期预警系统各模块的运行状况。

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