一种地质灾害识别与演化智能感知预警系统及方法

技术领域

本发明涉及地质灾害监测预警领域，尤其涉及一种地质灾害识别与演化智能感知预警系统及方法。

背景技术

频繁的地质灾害活动可冲毁村庄、道路、淤埋农田、阻塞主河、水库等，造成严重的人员伤亡和财产损失。由于地质灾害的突发性和发育隐秘性，在其发育初期很难被及时识别以采取有效防治措施，一旦发育成灾便会造成严重的自然灾害。因此，对地质灾害的早期识别和监测预警对有效防治和降低地质灾害损失意义重大。

目前针对地质灾害的识别与演化以及成灾的监测预警问题还远没有得到完全的解决，对于地质灾害的监测主要依靠人工排查以及现代卫星遥感、无人机等技术进行识别，不能有效、准确地掌握地质灾害的演化特征动态情况，并及时预警灾害的发生。此外，现有的技术难以满足地质灾害快速智能预警和突发智能应急处置的需求，也不能对危险地质灾害隐患区进行实时的智能数据管理分析，缺乏及时有效的救援方案。

因此，如何提供一种地质灾害识别与演化智能感知预警系统及方法，可对地质灾害的形成和演化机理进行智能判识和灾害预警，达到救援信息化、自动化和智能化的目的，大幅度提高地质灾害的监测预警的可信度与救灾效率，为地质灾害的防治和应急决策提供更有价值的参考信息，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种地质灾害识别与演化智能感知预警系统及方法，可对地质灾害的形成和演化机理进行智能判识和灾害预警，达到救援信息化、自动化和智能化的目的，大幅度提高地质灾害的监测预警的可信度与救灾效率，为地质灾害的防治和应急决策提供更有价值的参考信息。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，包括：

第一方面，本发明提出一种地质灾害识别与演化智能感知预警系统，包括监测感知子系统、灾害判别子系统、智能预警子系统以及AI救灾子系统；

所述监测感知子系统主要包括“天-空-地”，即天空层次、空间层次、地面层次三个层次的数据源，所述监测感知子系统用于采集天空层次、空间层次、地面层次的数据信息，基于数据处理算法和二次开发编程模型，对所述数据信息进行预处理得到基础数据，并将所述基础数据进行存储，发送至所述灾害判别子系统；为监测预警地质灾害的早期识别提供基础数据支撑。

所述灾害判别子系统主要用于接收监测感知子系统的基础数据并进行智能化模拟分析，构建智能化地质灾害安全风险实时动态评估模型，预测未来的发展趋势，评判地质灾害危险阈值，得到地质灾害风险评估量化指标体系和危险性等级，并对判别结果进行可视化展示。

所述智能预警子系统主要根据灾害判别子系统的判别的指标体系和危险性等级采用通信技术并结合物联网硬件设备对地质灾害做出综合研判，构建实时预警模型，得到地质灾害对应的预警阈值，同时对监测预警系统进行操作控制，根据预警阈值划分对应的预警风险等级，通过预警渠道进行不同等级的预警信息推送，达到超前预警的目的。

所述AI救灾子系统主要根据智能预警子系统发出的预警信息进行灾情盲估智能预判、应急生命线智能优选以及智能驾驶机器人协助疏散。主要应用于灾害发生以后，利用物联网和AI技术进行大数据的处理和运算，使救灾更加便捷化、智能化和科学化。

进一步的，所述采集天空层次、空间层次、地面层次的数据信息包括：

在所述空间层次获取多时序卫星数据，具体采用ALOS卫星、谷歌地球、哨兵1A、哨兵2A/2B四种多时序卫星获取地表变形数据、历史卫星影像数据；在所述天空层次利用无人机航测获取信息，包括无人机航拍多期影像数据、地形等高线数据；在所述地面层次采用三维激光扫描仪、土压力盒、孔隙水压传感器、一体化土壤水分监测仪、泥位计等监测设备实时获取三维地形点云数据、土压力数据、孔隙水压力数据、含水率数据以及沟道中泥位数据。

进一步的，所述智能化模拟分析主要对监测数据进行清洗与分类，根据地形数据进行三维建模并结合地表变形数据、多期影像数据、土压力数据、孔隙水压力数据、含水率数据以及沟道中泥位数据进行融合化模拟分析，利用多源数据理论对地质灾害致灾因子进行梳理，掌握地质灾害实时的演化特征并结合已有的地质灾害资料库进行分析比对，构建智能化地质灾害安全风险实时动态评估模型。

进一步的，所述智能化地质灾害安全风险实时动态评估模型用于对地质灾害做出实时预测，预测内容主要包括风险发展趋势、爆发时间、影响范围、危险性等级以及灾害规模。

进一步的，所述可视化展示包括实时数据展示和实时预测结果展示，主要包括地表变形时空演化数据图像显示，历史影像图对比数据显示、土压力数据、孔隙水压力数据、含水率数据以及沟道中泥位数据随时间变化曲线实时显示以及实时模拟过程动画显示。

进一步的，根据所述预警阈值划分对应的预警风险等级，通过预警渠道对不同预警风险等级的预警信息进行推送，具体为：所述预警风险等级主要包括三个等级，所述预警阈值超过一级阈值时，则属于黄色风险等级；所述预警阈值超过二级阈值时，则属于橙色风险等级；所述预警阈值超过三级阈值时，则属于红色风险等级；所述预警渠道主要包括警铃、手机APP短信、广播等信息技术手段，发出警报声音以及广播语音，预警装置分布范围要覆盖整个灾害危险区。

进一步的，所述AI救灾子系统根据所述智能预警子系统发出的预警信息进行灾情盲估智能预判、应急生命线智能优选以及智能驾驶机器人协助疏散，具体为：

所述灾情盲估智能预判可综合多因子时间序列间的关联关系，先期预判灾情，可对灾害受影响人口进行预测、应急物资(安置帐篷、饮用水)需求量预估并利用AI技术对距离最近应急救援队伍、医疗防疫驻地及学校、厂矿等重要对象给出合理布设；

所述应急生命线智能优选通过AI分析灾后重要省道、国道等交通道路通达性，并且迅速利用现场的监测数据，构建出现场的实时VR场景，方便政府和专家等直接云介入灾害现场，指挥救援，并对灾害现场进行危险性等级区划，优选出多条通往重灾区的救援生命线；主要针对灾害发生后诱发的道路通讯中断、房屋垮塌及人员伤亡等灾情，急需开展灾害应急抢险救援。

所述智能驾驶机器人协助疏散在政府和专家确定逃生路线和确定需要救灾的位置和规模后，AI人工智能能够自主的调动附近的无人机为逃生人员或救灾人员引路，并附加以语音播报功能支持。AI驾驶救援机器人协助居民快速、有序的逃离灾害现场，避免盲目的、大面积的人员撤离，减少不必要的资源浪费。当需要救灾的位置的地形条件过于复杂，以及规模较大时，可以通过AI人工智能指导AIDM智能救灾无人机等进行救援。

另一方面，本发明还提出一种地质灾害识别与演化智能感知预警方法，应用于上述地质灾害识别与演化智能感知预警系统，包括以下步骤：

S1.通过监测感知子系统采集天空层次、空间层次、地面层次的数据信息，对所述数据信息进行预处理得到基础数据，并将所述基础数据进行存储，发送至所述灾害判别子系统；

S2.灾害判别子系统接收所述监测感知子系统的基础数据并进行智能化模拟分析，构建智能化地质灾害安全风险实时动态评估模型，对地质灾害做出实时预测，得到地质灾害风险评估体系和危险性等级，并进行可视化展示；

S3.智能预警子系统根据所述灾害判别子系统的地质灾害风险评估量化指标体系和危险性等级并采用通信技术结合物联网硬件设备构建地质灾害实时预警模型，得到地质灾害对应的预警阈值；根据所述预警阈值划分对应的预警风险等级，通过预警渠道进行不同等级的预警信息推送；

S4.AI救灾子系统根据所述智能预警子系统发出的预警信息进行灾情盲估智能预判、应急生命线智能优选以及智能驾驶机器人协助疏散。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开一种地质灾害识别与演化智能感知预警系统及方法，可实现对地质灾害智能化感知监测，并对地质灾害的形成和演化机理进行智能判识和灾害预警，利用AI人工智能和物联网等技术方式完成数据图像采集、传输以及智能疏散和救援，达到救援信息化、自动化和智能化的目的，可大幅度提高地质灾害的监测预警的可信度与救灾效率，为地质灾害的防治和应急决策提供更有价值的参考信息。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的地质灾害识别与演化智能感知预警系统的结构图；

图2为本发明实施例提供的地质灾害识别与演化智能感知预警方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明实施例提出一种地质灾害识别与演化智能感知预警系统，如图1 所示，包括监测感知子系统、灾害判别子系统、智能预警子系统以及AI救灾子系统；

监测感知子系统主要包括“天-空-地”即天空层次、空间层次、地面层次三个层次的数据源，监测感知子系统用于采集三个层次的数据信息，基于数据处理算法和二次开发编程模型，对采集到的数据信息进行预处理得到基础数据，并将基础数据进行存储，发送至灾害判别子系统；为监测预警地质灾害的早期识别提供基础数据支撑。

其中，采集天空层次、空间层次、地面层次的数据信息包括：在空间层次获取多时序卫星数据，具体采用ALOS卫星、谷歌地球、哨兵1A、哨兵2A/2B 四种多时序卫星获取地表变形数据、历史卫星影像数据；在天空层次利用无人机航测获取信息，包括无人机航拍多期影像数据、地形等高线数据；在地面层次采用三维激光扫描仪、土压力盒、孔隙水压传感器、一体化土壤水分监测仪、泥位计等监测设备实时获取三维地形点云数据、土压力数据、孔隙水压力数据、含水率数据以及沟道中泥位数据。

灾害判别子系统主要用于接收监测感知子系统的基础数据并进行智能化模拟分析，构建智能化地质灾害安全风险实时动态评估模型，预测未来的发展趋势，评判地质灾害危险阈值，得到地质灾害风险评估量化指标体系和危险性等级，并对判别结果进行可视化展示。

其中，智能化模拟分析主要对监测数据进行清洗与分类，根据地形数据进行三维建模并结合地表变形数据、多期影像数据、土压力数据、孔隙水压力数据、含水率数据以及沟道中泥位数据进行融合化模拟分析，利用多源数据理论对地质灾害致灾因子进行梳理，掌握地质灾害实时的演化特征并结合已有的地质灾害资料库进行分析比对，对地质灾害做出实时预测，主要包括风险发展趋势、爆发时间、影响范围、危险性等级以及灾害规模。

可视化展示包括实时数据展示和实时预测结果展示，主要包括地表变形时空演化数据图像显示，历史影像图对比数据显示、土压力数据、孔隙水压力数据、含水率数据以及沟道中泥位数据随时间变化曲线实时显示以及实时模拟过程动画显示。

智能预警子系统主要根据灾害判别子系统的判别的指标体系和危险性等级采用通信技术并结合物联网硬件设备对地质灾害做出综合研判，构建实时预警模型，得到对应的预警阈值，同时对监测预警系统进行操作控制，根据预警阈值划分对应的预警风险等级，通过预警渠道进行不同等级的预警信息推送，达到超前预警的目的。

具体实施过程中，预警风险等级主要包括三个等级，预警阈值超过一级阈值时，则属于黄色风险等级；预警阈值超过二级阈值时，则属于橙色风险等级；预警阈值超过三级阈值时，则属于红色风险等级；且预警渠道主要包括警铃、手机APP短信、广播等信息技术手段，发出警报声音以及广播语音，预警装置分布范围要覆盖整个灾害危险区。

AI救灾子系统主要根据智能预警子系统发出的预警信息进行灾情盲估智能预判、应急生命线智能优选以及智能驾驶机器人协助疏散。主要应用于灾害发生以后，利用物联网和AI技术进行大数据的处理和运算，使救灾更加便捷化、智能化和科学化。

具体地，灾情盲估智能预判通过综合多因子时间序列间的关联关系，先期预判灾情，可对灾害受影响人口进行预测、应急物资(安置帐篷、饮用水) 需求量预估并利用AI技术对距离最近应急救援队伍、医疗防疫驻地及学校、厂矿等重要对象给出合理布设；

应急生命线智能优选通过AI分析灾后重要省道、国道等交通道路通达性，并且迅速利用现场的监测数据，构建出现场的实时VR场景，方便政府和专家等直接云介入灾害现场，指挥救援，并对灾害现场进行危险性等级区划，优选出多条通往重灾区的救援生命线；主要针对灾害发生后诱发的道路通讯中断、房屋垮塌及人员伤亡等灾情，急需开展灾害应急抢险救援。

智能驾驶机器人协助疏散在政府和专家确定逃生路线和确定需要救灾的位置和规模后，AI人工智能能够自主的调动附近的无人机为逃生人员或救灾人员引路，并附加以语音播报功能支持。AI驾驶救援机器人协助居民快速、有序的逃离灾害现场，避免盲目的、大面积的人员撤离，减少不必要的资源浪费。当需要救灾的位置的地形条件过于复杂，以及规模较大时，可以通过 AI人工智能指导AIDM智能救灾无人机等进行救援。

另一方面，如图2所示，本发明还提出一种地质灾害识别与演化智能感知预警方法，应用于上述地质灾害识别与演化智能感知预警系统，包括以下步骤：

S1.通过监测感知子系统采集天空层次、空间层次、地面层次的数据信息，对所述数据信息进行预处理得到基础数据，并将所述基础数据进行存储，发送至所述灾害判别子系统；

S2.灾害判别子系统接收所述监测感知子系统的基础数据并进行智能化模拟分析，构建智能化地质灾害安全风险实时动态评估模型，对地质灾害做出实时预测，得到地质灾害风险评估体系和危险性等级，并进行可视化展示；

S3.智能预警子系统根据所述灾害判别子系统的地质灾害风险评估量化指标体系和危险性等级并采用通信技术结合物联网硬件设备构建地质灾害实时预警模型，得到地质灾害对应的预警阈值；根据所述预警阈值划分对应的预警风险等级，通过预警渠道进行不同等级的预警信息推送；

S4.AI救灾子系统根据所述智能预警子系统发出的预警信息进行灾情盲估智能预判、应急生命线智能优选以及智能驾驶机器人协助疏散。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。