CN115271374A - 一种山区铁路工程结构水害风险评价系统 - Google Patents

一种山区铁路工程结构水害风险评价系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了灾害预警领域的一种山区铁路工程结构水害风险评价系统包括外置的检测组和信号连接于检测组的服务器，所述服务器中带有风险评价模块，风险评价模块包括外部因素评估组和内部因素评估组，将风险评价模块作出的结论作为不同位置检测组的阈值设定依据，从而使检测组在不同的地质环境针对不同水害进行预警。相对于降低误报和延迟警报的现有技术，本技术方案根据检测组回传的信息将阈值划分为不同灾害类型的，每种灾害类型带有不同的管辖阈值触发条件。

Description

一种山区铁路工程结构水害风险评价系统
技术领域
本发明属于灾害预警领域，具体是一种山区铁路工程结构水害风险评价系统。
背景技术
“水害”可谓源远流长，如秦汉时期有“犹不能为魏郡清河减损水害”，“颠顼有共工之陈以平水害”等，表明古代水害概念基本与“河渠水灾”一致。对于铁路工程而言铁路水害屡屡发生，使铁路运营遭受巨大损失，并严重威胁旅客的生命财产安全。
为了解决上述问题，采用设置Ⅰ-Ⅲ级防洪区间，区间内依据雨量警戒值即时预警等措 施产生了一定的预防效果，但每年发生在级防洪区间内的水害数目不足全路，同时分级防洪 区间能够及时预报的灾害数目亦不足区间总数的30％，防治效果较差。
原因在于上述问题与“水害”概念下雨量预警方法包含崩、滑、流等对降雨敏感性不同 的灾害，实际工程应用的防洪区间设置、预警雨量阈值等仅依据长区间灾害历史经验判断等 均有关联，而Ⅰ-Ⅲ级防洪区间仅仅是设置固定阈值，因此防护效果达不到预期。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是结合不同的地质环境针对不同水害进行预警，从而 提升防护效果的一种山区铁路工程结构水害风险评价系统。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种山区铁路工程结构水害风险评价系统 包括外置的检测组和信号连接于检测组的服务器，所述服务器中带有风险评价模块，风险评 价模块包括外部因素评估组和内部因素评估组，将风险评价模块作出的结论作为不同位置检 测组的阈值设定依据，从而使检测组在不同的地质环境针对不同水害进行预警。
采用上述方案后实现了以下有益效果：相对于传统的风险评价系统，本技术方案中利用 区分外部因素和内部因素，从而改变传统的固定阈值监测方式，将动态监测运用在不同区域， 以实现在不同的地质环境针对不同水害进行预警。
进一步，所述风险评价模块的评判步骤包括：
步骤一，预先设定滑坡、溜坍、泥石流、水毁灾害的主要监测因素，随后将这些因素划分至外部因素和内部因素；
步骤二，将外部因素区分为年降雨量、水文条件、地形地貌和人类活动，其中外部因素 由人工实际输入，将内部因素区分为当前降雨量、地层岩性、地震烈度、地质构造和流体重 度，其中内部因素的地层岩性和当前降雨量由检测组进行检测；
步骤三，将外部因素和内部因素进行权重换算，随后进行组合赋权，组合赋权的结果 作为检测组的阈值；
步骤四，检测组协同配合于服务器中的风险评价模块，检测组接收阈值信号后将自身 检测信号与阈值对比，随后风险评价模块根据检测组的首期回传信号自动识别监测因素，进 而判断灾害类型，外置检测组的后期回传信号促使评价模块自动学习并确定预警阈值，同时 向外置检测组发送对应灾害类型的预警阈值，从而进行水害风险预警；
步骤五，检测组读取当前的环境的信息从而将检测组读取的环境情况反馈于服务器， 随后服务器中的风险评价模块进行BP神经网络学习，从而调试阈值；
步骤六，服务器根据检测组回传的信息将阈值划分为不同灾害类型的，每种灾害类型带 有不同的管辖阈值触发条件。
有益效果：1、相对于不同水害预警的现有技术，本技术方案中利用神经网络学习将理 论参数与实际参数结合调试，从而调控阈值的区间，降低误报和延迟警报的可能性。
2、相对于降低误报和延迟警报的现有技术，风险评价模块时预先设定滑坡、溜坍、泥 石流、水毁灾害的主要监测因素(不同灾害类型主要监测因素不同)，根据外置检测组的首 期回传信号自动识别监测因素，进而判断灾害类型，外置检测组的后期回传信号促使评价模 块自动学习并确定预警阈值，同时向外置检测组发送对应灾害类型的预警阈值。
3、其中外部因素的年降雨量和内部因素的地震烈度、地质构造和流体重度由人工实际 输入；内部因素的当前降雨量、地层岩性由检测组进行检测；水文条件、地形地貌、人类活 动可通过insar监测人工输入。
进一步，所述步骤五中管辖阈值包括滑坡阈值、溜坍阈值、泥石流阈值和水毁阈值，阈 值的划分可以基于灾害危害度及木桶原理，可以确定区间预警的代表性灾种；其次，结合区 域滑坡或泥石流经验性阈值与物理性阈值成果，利用含水率与雨量数据，建立了神经网络阈 值预測模型；最后，利用未监测到雨量的滑坡、泥石流资料，求得启动时含水率数据与含水 率，输入模型，可获得充分的阈值样本，绘制区间阈值曲线。
进一步，所述检测组包括底座、集水箱和用于传递检测组信号的信号传输模块，信号传 输模块将检测组所有数据信息传递至服务器中，其中底座内卡合有GPS模块，底座一旁设有 供电模块。
其中供电模块包括但不限于太阳能电池或锂电池。
有益效果：本技术方案利用检测组将区域信号进行检测和传递，从而对区域的实时情况 进行反馈和读取，同时GPS将区域位置进行划分，在长线铁路中便于快速甄别和区分水害发 生地段。
进一步，底座的两侧带有对置的支板，支板呈L形，支板包括位于下方的横向板和位于 上方的竖向板。
有益效果：安装检测组时，可以将支板埋入地下，从而支板的形状可以将附近的土壤铲 起，从而利用土壤的重力压住底座，实现稳定。
进一步，底座的横截面为锐角三角形，底座的锐角处朝向山区顶部，底座远离锐角的边 朝向铁路处。
有益效果：相对于实现稳定的现有技术，本技术方案中通过三角形的底座结构实现抵御 过程和自我保护过程，当山体滑坡时，滑落的土壤被锐角进行切开后分流，切开的土壤沿底 座两边滑脱，而对于底座的稳定而言，由于底座边朝向铁路处，需要将底座推走时底座的边 将周围的土壤聚合，此时被推动的底座处逐渐铲起土壤，铲起的土壤对底座进行抵靠。
这种结构防止了底座被推走，当底座被埋藏时，回收人员可以根据GPS最后消失的位置 将装置回收。
进一步，底座的下方固定连接有空心的圆球，圆球朝向锐角处带有开口，靠近锐角处的 支板与圆球之间形成有入流间隙，圆球的开口朝向入流间隙。
有益效果：本技术方案中若产生滑坡或泥石流，土壤或水流沿入流间隙涌入圆球中，此 时改变底座的重心，将底座重心向下偏移，随后由于底座和地面为弧形接触，促使底座的被 推动力和底座自身的回复力方向相反，实现底座的牵拉，防止底座侧翻，同时支板对底座实 现稳定的同时，防止因此结构底座产生的晃动。
进一步，集水箱内由上到下依次铺设有相互连接的第一斜板、第二斜板和第三水平板， 第一斜板上开有若干通孔，第一斜板表面铺有气泡纸，气泡纸的顶部盖有海绵垫，第二斜板 的表面设有若干顶柱，顶柱与通孔的位置一一对应，顶柱内带有第一湿度传感器，第一湿度 传感器靠近第一斜板。
其中集水箱带有开口，第一斜板的宽度与集水箱的开口宽度一致。
有益效果：1、本技术方案的第一斜板对雨水进行第一次接触，若产生的小雨或仅仅是 风吹动植株产生的水珠撒落，这些水珠被海绵垫吸收，降低误报几率。
2、相对于降低误报几率的现有技术，本技术方案中通过气泡纸和海绵垫模拟不同的岩 层，当雨水的性质为普通雨水时，海绵层对雨水进行吸收，当海绵饱和后雨水会在第一斜板 处流入第二斜板中，第二斜板顶柱中的第一湿度传感器短时间不会探测到信号(因为顶柱带 有高度，需要水漫过才能报警)，而雨水的PH值较低形成腐蚀性的酸雨时，渗透海绵垫的 雨水会将气泡纸进行腐蚀，此时气泡纸产生缺口后，气泡纸覆盖的通孔被开放，雨水沿通孔 滴在顶柱上，顶柱的第一湿度传感器传输数据，便于服务器接收到第一湿度传感器的信息， 表明雨水种类为酸雨，且这种酸雨可以传透气泡纸模拟的岩层。(此时模拟的岩层可以由操 作人员自行输入参数。)在模拟过程中利用气泡纸和海绵层的材质不同，从而进行岩层模拟， 此时气泡纸包括但不限于代表硬度Ⅳ级别的砂岩或铁矿石等，此时海绵层包括但不限于代表 硬度为Ⅶa的黄土等。
进一步，第二斜板与第三水平板的连接处带有漏水孔，漏水孔内设有塞板，塞板与漏水 孔之间设有扭簧，塞板处设有开启感应器，开启感应器连接有开启时间计数器，气泡纸的下 方带有重力感应器，重力感应器连接有承载时间计数器，重力感应器与承载时间计数器之间 连接有重力阈值阀，重力阈值阀控制承载时间计数器的开启。
有益效果：相对于检验雨水种类或雨水穿透性的现有技术，本技术方案利用塞板和扭簧 的结合，便于雨水达到一定量后才进入第三水平板，同时放置水流漫过第二斜板的顶柱，使 水流排泄。
同时克服扭力后进入第三水平板的设计可以防止骤雨或中等无害降雨量的报警，同时重 力感应器和承载时间计数器开启时的差值形成雨水撬开第三水平板的时间，便于统计单位时 间内的降水量，降低服务器接收繁杂信息的存储量。
进一步，第三水平板的表面带有竖向的水位感应器，水位感应器用于感应第三水平板的 接收水位。
附图说明
图1为本发明实施例的示意图；
图2为检测组的结构图；
图3为图2的剖视图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：底座1、集水箱2、支板3、圆球4、开口5、第一斜板6、第二斜板7、第三水平板8、气泡纸9、海绵垫10、顶柱11、塞板12、水位感应器13。
请参考图1，一种山区铁路工程结构水害风险评价系统包括外置的检测组和信号连接于 检测组的服务器，所述服务器中带有风险评价模块，风险评价模块包括外部因素评估组和内 部因素评估组，将风险评价模块作出的结论作为不同位置检测组的阈值设定依据，从而使检 测组在不同的地质环境针对不同水害进行预警。
请参考图2和图3，检测组包括底座1、集水箱2和用于传递检测组信号的信号传输模 块，信号传输模块将检测组所有数据信息传递至服务器中，其中底座1内卡合有GPS模块， 底座1一旁设有供电模块，底座1的两侧带有对置的支板3，支板3呈L形，支板3包括位于下方的横向板和位于上方的竖向板。
底座1的横截面为锐角三角形，底座1的锐角处朝向山区顶部，底座1远离锐角的边朝 向铁路处，底座1的下方固定连接有空心的圆球4，圆球4朝向锐角处带有开口5，靠近锐角处的支板3与圆球4之间形成有入流间隙，圆球4的开口5朝向入流间隙。
集水箱2内由上到下依次铺设有相互连接的第一斜板6、第二斜板7和第三水平板8， 第一斜板6上开有若干通孔，第一斜板6表面铺有气泡纸9，气泡纸9的顶部盖有海绵垫10， 第二斜板7的表面设有若干顶柱11，顶柱11与通孔的位置一一对应，顶柱11内带有第一湿 度传感器，第一湿度传感器靠近第一斜板6。
第二斜板7与第三水平板8的连接处带有漏水孔，漏水孔内设有塞板12，塞板12与漏 水孔之间设有扭簧，塞板12处设有开启感应器，开启感应器连接有开启时间计数器，气泡 纸9的下方带有重力感应器，重力感应器连接有承载时间计数器，重力感应器与承载时间计 数器之间连接有重力阈值阀，重力阈值阀控制承载时间计数器的开启，第三水平板8的表面 带有竖向的水位感应器13，水位感应器13用于感应第三水平板8的接收水位。
风险评价模块的评判步骤包括：
步骤一，预先设定滑坡、溜坍、泥石流、水毁灾害的主要监测因素，随后将这些因素划分至外部因素和内部因素；
步骤二，将外部因素区分为年降雨量、水文条件、地形地貌和人类活动，其中外部因素 由人工实际输入，将内部因素区分为当前降雨量、地层岩性、地震烈度、地质构造和流体重 度，其中内部因素的地层岩性和当前降雨量由检测组进行检测；
步骤三，将外部因素和内部因素进行权重换算，随后进行组合赋权，组合赋权的结果 作为检测组的阈值；
步骤四，检测组协同配合于服务器中的风险评价模块，检测组接收阈值信号后将自身 检测信号与阈值对比，随后风险评价模块根据检测组的首期回传信号自动识别监测因素，进 而判断灾害类型，外置检测组的后期回传信号促使评价模块自动学习并确定预警阈值，同时 向外置检测组发送对应灾害类型的预警阈值，从而进行水害风险预警；
步骤五，检测组读取当前的环境的信息从而将检测组读取的环境情况反馈于服务器， 随后服务器中的风险评价模块进行BP神经网络学习，从而调试阈值；
步骤六，服务器根据检测组回传的信息将阈值划分为不同灾害类型的，每种灾害类型带 有不同的管辖阈值触发条件。
具体实施过程如下：本技术方案利用检测组将区域信号进行检测和传递，从而对区域的 实时情况进行反馈和读取，同时GPS将区域位置进行划分，在长线铁路中便于快速甄别和区 分水害发生地段。
在安装检测组时可以将支板3埋入地下，从而支板3的形状可以将附近的土壤铲起，从 而利用土壤的重力压住底座1，实现稳定。由于底座1呈三角形，所以三角形的底座1结构 实现抵御过程和自我保护过程，当山体滑坡时，滑落的土壤被锐角进行切开后分流，切开的 土壤沿底座1两边滑脱，而对于底座1的稳定而言，由于底座1边朝向铁路处，需要将底座 1推走时底座1的边将周围的土壤聚合，此时被推动的底座1处逐渐铲起土壤，铲起的土壤 对底座1进行抵靠。
这种结构防止了底座1被推走，当底座1被埋藏时，回收人员可以根据GPS最后消失的 位置将装置回收。
若产生滑坡或泥石流，土壤或水流沿入流间隙涌入圆球4中，此时改变底座1的重心， 将底座1重心向下偏移，随后由于底座1和地面为弧形接触，促使底座1的被推动力和底座 1自身的回复力方向相反，实现底座1的牵拉，防止底座1侧翻，同时支板3对底座1实现稳定的同时，防止因此结构底座1产生的晃动。
对于降雨而言，若遭遇小雨情况，第一斜板6对雨水进行第一次接触，若产生的小雨或 仅仅是风吹动植株产生的水珠撒落，这些水珠被海绵垫10吸收，降低误报几率，同时检测 组的气泡纸9和海绵垫10的设置。
便于操作人员通过气泡纸9和海绵垫10模拟不同的岩层，当雨水的性质为普通雨水时， 海绵层对雨水进行吸收，当海绵饱和后雨水会在第一斜板6处流入第二斜板7中，第二斜板 7顶柱11中的第一湿度传感器短时间不会探测到信号(因为顶柱11带有高度，需要水漫过才 能报警)，而雨水的PH值较低形成腐蚀性的酸雨时，渗透海绵垫10的雨水会将气泡纸9进 行腐蚀，此时气泡纸9产生缺口后，气泡纸9覆盖的通孔被开放。
雨水沿通孔滴在顶柱11上，顶柱11的第一湿度传感器传输数据，便于服务器接收到第 一湿度传感器的信息，表明雨水种类为酸雨，且这种酸雨可以传透气泡纸9模拟的岩层。(此 时模拟的岩层可以由操作人员自行输入参数。)
用塞板12和扭簧的结合，便于雨水达到一定量后才进入第三水平板8，同时放置水流漫 过第二斜板7的顶柱11，使水流排泄。
此时第二斜板7将雨水引入第三水平板8时，雨水需要克服扭力后进入第三水平板8的 设计可以防止骤雨或中等无害降雨量的报警，同时重力感应器和承载时间计数器开启时的差 值形成雨水撬开第三水平板8的时间，便于统计单位时间内的降水量，降低服务器接收繁杂 信息的存储量。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者 操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这 种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排 他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而 且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有 的要素。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描 述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术 知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力， 所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些 典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指 出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改 进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。 本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以 用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种山区铁路工程结构水害风险评价系统，其特征在于：包括外置的检测组和信号连接于检测组的服务器，所述服务器中带有风险评价模块，风险评价模块包括外部因素评估组和内部因素评估组，将风险评价模块作出的结论作为不同位置检测组的阈值设定依据，从而使检测组在不同的地质环境针对不同水害进行预警。
2.根据权利要求1所述的一种山区铁路工程结构水害风险评价系统，其特征在于：所述风险评价模块的评判步骤包括：
步骤一，预先设定滑坡、溜坍、泥石流、水毁灾害的主要监测因素，随后将这些因素划分至外部因素和内部因素；
步骤二，将外部因素区分为年降雨量、水文条件、地形地貌和人类活动，其中外部因素由人工实际输入，将内部因素区分为当前降雨量、地层岩性、地震烈度、地质构造和流体重度，其中内部因素的地层岩性和当前降雨量由检测组进行检测；
步骤三，将外部因素和内部因素进行权重换算，随后进行组合赋权，组合赋权的结果作为检测组的阈值；
步骤四，检测组协同配合于服务器中的风险评价模块，检测组接收阈值信号后将自身检测信号与阈值对比，随后风险评价模块根据检测组的首期回传信号自动识别监测因素，进而判断灾害类型，外置检测组的后期回传信号促使评价模块自动学习并确定预警阈值，同时向外置检测组发送对应灾害类型的预警阈值，从而进行水害风险预警；
步骤五，检测组读取当前的环境的信息从而将检测组读取的环境情况反馈于服务器，随后服务器中的风险评价模块进行BP神经网络学习，从而调试阈值；
步骤六，服务器根据检测组回传的信息将阈值划分为不同灾害类型的，每种灾害类型带有不同的管辖阈值触发条件。
3.根据权利要求2所述的一种山区铁路工程结构水害风险评价系统，其特征在于：所述步骤五中管辖阈值包括滑坡阈值、溜坍阈值、泥石流阈值和水毁阈值，阈值的划分可以基于灾害危害度及木桶原理，可以确定区间预警的代表性灾种；其次，结合区域滑坡或泥石流经验性阈值与物理性阈值成果，利用含水率与雨量数据，建立了神经网络阈值预測模型；最后，利用未监测到雨量的滑坡、泥石流资料，求得启动时含水率数据与含水率，输入模型，可获得充分的阈值样本，绘制区间阈值曲线。
4.根据权利要求1所述的一种山区铁路工程结构水害风险评价系统，其特征在于：所述检测组包括底座、集水箱和用于传递检测组信号的信号传输模块，信号传输模块将检测组所有数据信息传递至服务器中，其中底座内卡合有GPS模块，底座一旁设有供电模块。
5.根据权利要求4所述的一种山区铁路工程结构水害风险评价系统，其特征在于：底座的两侧带有对置的支板，支板呈L形，支板包括位于下方的横向板和位于上方的竖向板。
6.根据权利要求5所述的一种山区铁路工程结构水害风险评价系统，其特征在于：底座的横截面为锐角三角形，底座的锐角处朝向山区顶部，底座远离锐角的边朝向铁路处。
7.根据权利要求6所述的一种山区铁路工程结构水害风险评价系统，其特征在于：底座的下方固定连接有空心的圆球，圆球朝向锐角处带有开口，靠近锐角处的支板与圆球之间形成有入流间隙，圆球的开口朝向入流间隙。
8.根据权利要求4所述的一种山区铁路工程结构水害风险评价系统，其特征在于：集水箱内由上到下依次铺设有相互连接的第一斜板、第二斜板和第三水平板，第一斜板上开有若干通孔，第一斜板表面铺有气泡纸，气泡纸的顶部盖有海绵垫，第二斜板的表面设有若干顶柱，顶柱与通孔的位置一一对应，顶柱内带有第一湿度传感器，第一湿度传感器靠近第一斜板。
9.根据权利要求8所述的一种山区铁路工程结构水害风险评价系统，其特征在于：第二斜板与第三水平板的连接处带有漏水孔，漏水孔内设有塞板，塞板与漏水孔之间设有扭簧，塞板处设有开启感应器，开启感应器连接有开启时间计数器，气泡纸的下方带有重力感应器，重力感应器连接有承载时间计数器，重力感应器与承载时间计数器之间连接有重力阈值阀，重力阈值阀控制承载时间计数器的开启。
10.根据权利要求9所述的一种山区铁路工程结构水害风险评价系统，其特征在于：第三水平板的表面带有竖向的水位感应器，水位感应器用于感应第三水平板的接收水位。
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