CN115019478A

CN115019478A - 一种应用于临界滑坡的监测预警方法

Info

Publication number: CN115019478A
Application number: CN202210946496.6A
Authority: CN
Inventors: 章雁; 关崇峻; 佟德凯
Original assignee: Zhongdi Baolian Beijing Land And Resources Exploration Technology Development Group Co ltd
Current assignee: Zhongdi Baolian Beijing Land And Resources Exploration Technology Development Group Co ltd
Priority date: 2022-08-09
Filing date: 2022-08-09
Publication date: 2022-09-06

Abstract

本发明提供一种应用于临界滑坡的监测预警方法，包括以下步骤：确定影响山体滑坡的主要因素，将所述主要因素作为临界滑坡监测因素进行监测，实时获取所述监测因素的数据并储存；将所述监测因素的数据转换后进行计算；根据计算结果进行分级预警。本发明有效解决了已有滑坡监测方式准确性不高、没有考虑不同影响因素之间的叠加效应给滑坡造成的影响的不足。本发明提出的监测临界滑坡的方法将影响山体滑坡的多个因素进行整体考虑，将不同量纲的因素值转换为同一计算口径，再根据计算结果进行分级预警，可以在提高山体滑坡监测准确性的同时，通过分级预警提醒用户采取有效措施降低发生滑坡的风险，避免或减少滑坡灾害造成的损失。

Description

一种应用于临界滑坡的监测预警方法

技术领域

本发明涉及山体滑坡监测技术领域，尤其涉及一种应用于临界滑坡的监测预警方法。

背景技术

山体滑坡是比较常见的自然灾害之一。山体滑坡，轻则摧毁农田、房舍、伤害人畜、毁坏森林、道路以及农业机械设施和水利水电设施等，给工农业生产以及人民财产造成巨大损失，重则形成毁灭性的灾难，危及人民生命安全。滑坡灾害事故一旦发生，后果不堪设想，相比于抢救性保护的灾后修复，山体滑坡的灾前预防、山体滑坡风险的监测预警更为重要。我国地形复杂，山区众多，滑坡灾害频发，研究如何对山体滑坡进行有效监测，是一项非常必要的工作。由于滑坡的发生和发展既受地形地貌、地质岩性、地质构造、水文地质条件等因素的影响，又受降雨、人类活动等的影响，因此对山体滑坡进行准确监测及预测的难度很大。

目前，中国专利“CN105006108B”名为“一种自然灾害自动预警系统及其实现方法”、中国专利“CN101452629B”名为“山体滑坡灾害远程监测系统”等对于山体滑坡的监测主要是对某些影响较大的因素进行逐个监测，并在某个因素达到门限值时就对山体进行核查并判断滑坡的可能性。这种监测方式的准确性不高，且没有考虑不同的影响因素之间的相互作用给滑坡的发生造成的叠加效应，而根据学术论文《冉家沟滑坡稳定性影响因素敏感性分析》（作者：陈元勇，2021年发表于期刊《中外公路》）、《下山滑坡稳定性及其影响因素的数值研究》（作者：孙志伟，2021年绍兴文理学院硕士毕业论文）、《浅谈滑坡地质灾害发生的影响因素及处理办法》（作者：任辉，2020年发表于期刊《冶金与材料》）等文献研究，不同因素对于滑坡的影响程度不同。因此，如何在多个因素同时变化的影响下对山体临界滑坡进行监测并准确预警，就成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

为解决目前临界滑坡监测方法的不足，本发明提供一种应用于临界滑坡的监测预警方法。本发明将影响山体滑坡的多个因素进行整体考虑，将不同量纲的因素值转换为同一计算口径，同时根据不同因素对山体滑坡的影响大小赋予不同的权重，然后进行计算，再将计算结果进行分级，根据不同等级进行差异化预警，从而提高对山体临界滑坡监测的准确性及预警的及时性。

为了实现上述目的，本申请技术方案如下：

本发明提供了一种应用于临界滑坡的监测预警方法，包括如下步骤：

步骤1：确定影响山体滑坡的主要因素，将所述主要因素作为临界滑坡监测因素进行监测，实时获取所述监测因素的数据并储存在信息层；

步骤2：根据大数据统计分析得到第一阈值概率记录值，将所述记录值对应的转换值设为第一参数；同样，根据大数据统计分析得到第二阈值概率记录值和第三阈值概率记录值，将所述第二阈值概率记录值设为数据转换区间的下端点，将所述第三阈值概率记录值设为数据转换区间的上端点；第一阈值概率记录值为发生滑坡的概率为第一阈值时各监测因素的记录值，第二阈值概率记录值为发生滑坡的概率为第二阈值时各监测因素的记录值，第三阈值概率记录值为发生滑坡的概率为第三阈值时各监测因素的记录值；

将实时获取的临界滑坡监测因素实际值与第一阈值概率记录值进行比较，求出该因素值的变化量；

当所述实际值小于第一阈值概率记录值时，所述变化量在第二阈值概率记录值与第一阈值概率记录值限定的区间上进行转换，且当所述实际值小于第二阈值概率记录值时，所述变化量的转换值固定为第二参数；

当所述实际值大于第一阈值概率记录值时，所述变化量在第一阈值概率记录值与第三阈值概率记录值限定的区间上进行转换，且当所述实际值大于第三阈值概率记录值时，所述变化量的转换值固定为第三参数；

所述临界滑坡监测因素实际值经过转换后变成统一口径进行计算；

例如，第一阈值可以为50%，第二阈值可以为15%，第三阈值可以为85%；第一参数的设定规则可以是与第一阈值对应，即若第一阈值为40%，则第一参数可以为4，第一阈值为50%，则第一参数可以为5，依此类推；第二参数可以为-1，第三参数可以为1；

步骤3：使用所述各监测因素的转换值，通过公式F求临界滑坡预警系数；

步骤4：判断所述公式F计算出的临界滑坡预警系数所处区间，根据所述系数所处区间进行分级预警；若临界滑坡预警系数处于第一区间，则启动一级预警模式；若临界滑坡预警系数处于第二区间，则启动二级预警模式；若临界滑坡预警系数处于第三区间，则启动三级预警模式。

进一步地，在步骤1中，所述影响山体滑坡的主要因素至少包括山体土质、有效降雨量、坡度、植被覆盖情况、附近路面载重情况、山体结构、发生地震情况等。

进一步地，在步骤1中，所述有效降雨量为24h有效降水阈值。

进一步地，在步骤3中，公式F为

;n为临界滑坡监测因素的个数。

进一步地，x_i为各监测因素实际值的转换值， w_i为根据各监测因素对滑坡影响程度大小确定的权重值，Y为临界滑坡预警系数。

进一步地，在步骤4中，所述第一、第二、第三区间为根据临界滑坡预警系数可能存在的范围而设立的区间，所述区间与滑坡发生的可能性的大小对应。

进一步地，在步骤4中，所述三种预警模式分别为：

一级预警模式：表示被监测区域处于临界滑坡状态，随时会发生滑坡灾害，应立即采取应急措施；预警系统持续发出警报信息，至少需要达到第四阈值以上数量的被指定的授权人共同操作才能解除警报；例如，第四阈值可以是3人；

二级预警模式：表示被监测区域处于亚临界滑坡状态，近期内发生滑坡的概率较大，应加强监测，启动应急预案；预警系统周期性发出警报信息，至少需要达到第五阈值以上数量的被指定的授权人共同操作才能解除警报；例如，第五阈值可以是2人；

三级预警模式：表示被监测区域短期内发生滑坡灾害的概率极小，处于安全状态；预警系统周期性发送临界滑坡预警系数给用户，供用户决策参考。

进一步地，在步骤4中，警报信息的推送周期与推送渠道由用户自行设定，推送渠道包括但不限于手机通信、互联网通信、广播电台、电视频道、广告媒体等。

本发明提供一种应用于临界滑坡的监测预警方法，将影响山体滑坡的诸多因素进行整体考虑，将不同量纲的因素值转换为同一计算口径，同时根据不同因素对山体滑坡的影响大小赋予不同的权重，将计算结果进行分级，根据不同等级进行差异化预警，从而提醒用户采取有针对性的应对措施。本发明提出的监测临界滑坡的方法，可以提高山体滑坡监测的准确性，有效降低发生山体滑坡的风险，同时为用户留出更多的行动时间以采取有效的防范和应对措施，避免或减少滑坡灾害造成的损失。

附图说明

图1为本发明实施例的系统架构图。

图2为基于土质、降雨及坡度影响的临界滑坡的预警方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明的系统架构图共分为三层，分别为信息层、数据转换层，计算分析预警平台。

信息层，包括山体滑坡主要影响因素信息，实时获取的所述监测因素的数据，储存在信息层中。

数据转换层，根据大数据统计分析得到第一阈值概率记录值（即发生滑坡的概率为第一阈值时各监测因素的记录值），将所述记录值对应的转换值设为第一参数；同样，根据大数据统计分析得到第二阈值概率记录值（即发生滑坡的概率为第二阈值时各监测因素的记录值）和第三阈值概率记录值（即发生滑坡的概率为第三阈值时各监测因素的记录值），并将第二阈值概率记录值设为数据转换区间的下端点，将第三阈值概率记录值设为数据转换区间的上端点；将实时获取的临界滑坡监测因素实际值与第一阈值概率记录值进行比较，求出该因素值的变化量；

当所述实际值大于第一阈值概率记录值时，所述变化量在第一阈值概率记录值与第三阈值概率记录值限定的区间上进行转换，且当所述实际值大于第三阈值概率记录值时，所述变化量的转换值固定为第三参数。

计算分析预警平台，计算所述各监测因素的转换值，依据公式F计算临界滑坡预警系数，根据所述系数所处区间进行分级预警；若临界滑坡预警系数处于第一区间，则启动一级预警模式；若临界滑坡预警系数处于第二区间，则启动二级预警模式；若临界滑坡预警系数处于第三区间，则启动三级预警模式；与一、二、三级预警模式对应的预警信息可以通过但不限于手机通信、互联网通信、广播电台、电视频道、广告媒体等方式发送给用户。

实施例

如图2所示，一种应用于临界滑坡的监测预警方法，包括以下步骤：

步骤1：根据大数据统计分析以及文献研究，将某地区导致山体滑坡的影响因素按重要性进行排序，选取影响最大的三个因素作为临界滑坡监测因素，如山体土质、24h有效降水量、山体坡度，通过监测装置实时获取三个因素的数据并储存在信息层。

步骤2：根据大数据统计分析得到发生滑坡的概率为50%时各监测因素的记录值（以下简称50%概率记录值），并依据所述第一参数设定规则，将所述记录值对应的转换值设为5；同样，根据大数据统计分析得到发生山体滑坡概率为15%和85%时的各监测因素记录值，并将滑坡概率为15%时的监测因素记录值（以下简称15%概率记录值）设为数据转换区间的下端点，将滑坡概率为85%时的监测因素记录值（以下简称85%概率记录值）设为数据转换区间的上端点；将实时获取的临界滑坡监测因素实际值与50%概率记录值进行比较，求出该因素值的变化量；

当所述实际值小于50%概率记录值时，所述变化量在15%概率记录值与50%概率记录值限定的区间上进行转换，且当所述实际值小于15%概率记录值时，所述变化量的转换值固定为“-1”；

当所述实际值大于50%概率记录值时，所述变化量在50%概率记录值与85%概率记录值限定的区间上进行转换，且当所述实际值大于85%概率记录值时，所述变化量的转换值固定为“1”；

所述临界滑坡监测因素实际值经过转换后变成统一口径进行计算。

例如，根据大数据统计分析确定某地影响山体滑坡的三个主要因素为山体土质、24h有效降雨量和山体坡度，其中山体土质因素用山体底层含水量指标进行衡量，所述三个主要因素即为临界滑坡监测因素。对以往滑坡数据进行统计分析，所述临界滑坡监测因素的50%概率记录值分别为山体底层含水量15%、24h有效降雨量41mm、坡度20°，将所述记录值对应的转换值设为5。同样，根据大数据统计分析得到所述临界滑坡监测因素的15%概率记录值分别为山体底层含水量5%、24h有效降雨量10mm、坡度10°，所述临界滑坡监测因素的85%概率记录值分别为山体底层含水量25%、24h有效降雨量62mm、坡度45°。由前述数据可得山体土质实际值的转换区间为[5%,15%]与[15%,25%]，24h有效降雨量实际值的转换区间为[10mm,41mm]与[41mm,62mm]、山体坡度实际值的转换区间为[10°,20°]与[20°,45°]。

将获取的临界滑坡监测因素实际值与50%概率记录值进行比较，求出该因素值的变化量，再按照变化量与相应区间的比例关系，对所述实际值进行转换，使得各因素值转换成统一口径进行计算。

步骤3：将所述三个监测因素的转换值代入公式F中求临界滑坡预警系数Y；公式F为Y=w₁X₁+w₂X₂+w₃X₃，其中X₁、X₂、X₃为三个监测因素山体土质、24h有效降雨量、山体坡度的转换值，w₁、w₂、w₃为根据孙志伟（2021）、陈元勇（2021）、任辉（2020）等文献分析得出的根据三个因素影响程度大小从而确定的权重值；根据已有文献分析，有效降雨量对山体滑坡的影响最大，土质次之，坡度再次之，所以w₁、w₂、w₃可以为30%、45%、25%，即公式F可以是Y= 30%X₁+45%X₂+25%X₃。

步骤4：判断所述计算公式F计算出的临界滑坡预警系数Y所处区间，根据Y所处区间进行分级预警；若Y处于区间[5，6]，则启动一级预警模式；若Y处处于区间[4.5，5]，则启动二级预警模式；若Y处于区间[4，4.5]，则启动三级预警模式；

三种预警模式分别为：

一级预警模式：表示被监测区域处于临界滑坡状态，随时会发生滑坡灾害，应立即采取应急措施；预警系统持续发出警报信息，至少需要达到3个以上的被指定的授权人共同操作才能解除警报；

二级预警模式：表示被监测区域处于亚临界滑坡状态，近期内发生滑坡的概率较大，应加强监测，启动应急预案；预警系统周期性发出警报信息，至少需要达到2个以上的被指定的授权人共同操作才能解除警报；

例如，某地某日监测到山体底层含水量为18%、24h有效降雨量为45mm、山体坡度为30°，所述各因素实际值与50%概率记录值比较得各因素值变化量分别为3%、4mm、10°，则所述变化量各自对应的转换区间分别为[15%,25%]、[41mm,62mm]、[20°,45°]，所述变化量与各自对应的转换区间比较得到相应的所述变化量转换值分别为0.3、0.2、0.4，所以对应所述三个监测因素实际值的转换值分别为5.3、5.2、5.4；将所述三个监测因素的转换值代入公式Y=30%X₁+45%X₂+25%X₃，可得临界滑坡预警系数Y=30%*5.3+45%*5.2+25%*5.4=5.28。Y值处于区间[5，6]，启动一级预警模式，预警系统持续发出警报信息，至少需要达到3个以上的被指定的授权人共同操作才能解除警报；地方管理部门应立即采取应急措施，如紧急疏散周围居民、封闭附近路段、抢险救援人员随时待命、抢险物资调配到位等，以免发生山体滑坡造成重大的生命财产损失。

又例如，某地某日监测到山体底层含水量为10%、24h有效降雨量为12mm、山体坡度为5°，所述山体底层含水量、24h有效降雨量实际值与50%概率记录值比较得各因素值变化量分别为-5%、-29mm，则所述山体底层含水量、24h有效降雨量的变化量对应的转换区间分别为[5%,15%]、[10mm,41mm]，所述山体底层含水量、24h有效降雨变化量与各自对应的转换区间比较得到相应的所述变化量转换值分别为-0.5、-0.9；山体坡度小于10°，即山体坡度实际值小于15%概率记录值，对应转换值固定为-1，所以对应所述三个监测因素实际值的转换值分别为4.5、4.1、4.0；将所述三个监测因素的转换值代入公式Y=30%X₁+45%X₂+25%X₃，可得临界滑坡预警系数Y=30%*4.5+45%*4.1+25%*4=4.20。Y处于区间[4，4.5]，启动三级预警模式，预警系统周期性发送临界滑坡预警系数给用户，供用户决策参考。

再例如，某地某日监测到山体底层含水量为20%、24h有效降雨量为31mm、山体坡度为15°，所述各因素实际值与50%概率记录值比较得各因素值变化量分别为5%、-10mm、-5°，则所述变化量各自对应的转换区间分别为[15%,25%]、[10mm,41mm]、[10°,20°]，所述变化量与各自对应的转换区间比较得到相应的所述变化量转换值分别为0.5、-0.3、-0.5，所以对应所述三个监测因素实际值的转换值分别为5.5、4.7、4.5；将所述三个监测因素的转换值代入公式Y=30%X₁+45%X₂+25%X₃，可得临界滑坡预警系数Y=30%*5.5+45%*4.7+25%*4.5=4.89。Y处于区间[4.5，5]，启动二级预警模式，预警系统周期性发出警报信息，至少需要达到2个以上的被指定的授权人共同操作才能解除警报，并启动应急预案。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims

1.一种应用于临界滑坡的监测预警方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤2：根据大数据统计分析得到第一阈值概率记录值，将所述记录值对应的转换值设为第一参数；同样，根据大数据统计分析得到第二阈值概率记录值和第三阈值概率记录值，将所述第二阈值概率记录值设为数据转换区间的下端点，将所述第三阈值概率记录值设为数据转换区间的上端点；

2.根据权利要求1所述的一种应用于临界滑坡的监测预警方法，其特征在于：在步骤1中，所述影响山体滑坡的主要因素至少包括山体土质、有效降雨量、坡度、植被覆盖情况、附近路面载重情况、山体结构、发生地震情况。

3.根据权利要求2所述的一种应用于临界滑坡的监测预警方法，其特征在于：在步骤1中，所述有效降雨量为24h有效降水阈值。

4.根据权利要求1所述的一种应用于临界滑坡的监测预警方法，其特征在于：在步骤3中，公式F为

；n为临界滑坡监测因素的个数。

5.根据权利要求4所述的一种应用于临界滑坡的监测预警方法，其特征在于：x_i为各监测因素实际值的转换值，W_i为根据各监测因素对滑坡影响程度大小确定的权重值，Y为临界滑坡预警系数。

6.根据权利要求1所述的一种应用于临界滑坡的监测预警方法，其特征在于：在步骤4中，所述第一、第二、第三区间为根据临界滑坡预警系数可能存在的范围而设立的区间，所述区间与滑坡发生的可能性的大小对应。

7.根据权利要求1所述的一种应用于临界滑坡的监测预警方法，其特征在于：在步骤4中，所述三种预警模式分别为：

一级预警模式：表示被监测区域处于临界滑坡状态，随时会发生滑坡灾害，应立即采取应急措施；预警系统持续发出警报信息，至少需要达到第四阈值以上数量的被指定的授权人共同操作才能解除警报；

二级预警模式：表示被监测区域处于亚临界滑坡状态，近期内发生滑坡的概率较大，应加强监测，启动应急预案；预警系统周期性发出警报信息，至少需要达到第五阈值以上数量的被指定的授权人共同操作才能解除警报；

8.根据权利要求1所述的一种应用于临界滑坡的监测预警方法，其特征在于：在步骤4中，警报信息的推送周期与推送渠道由用户自行设定，推送渠道包括但不限于手机通信、互联网通信、广播电台、电视频道、广告媒体。