一种基于数据分析的灾害监测系统及方法

技术领域

本发明涉及数据分析及监测技术领域，具体为一种基于数据分析的灾害监测系统及方法。

背景技术

我国灾害多发，频繁发生的自然灾害无疑对我国国民经济造成了重大的损失，随着科学技术的发展，尤其是物联网、大数据、人工智能等高新技术的发展，为灾害的监测、预报报警工作提供了科学化、智能化的技术支持，使评估防灾减灾工作有了充分的科学依据，运用现代科学技术建立起来的各种预警系统在我国减灾工作中发挥着越来越重要的作用，自然灾害动态非人为可控因素，一旦发生，影响的范围便十分广泛，对复杂灾害要素进行全面监测，是综合掌握自然灾害动态，从而对各要素进行全面分析，整合数据资源，覆盖灾害管理各领域，凭借人机交互方式，实现自然日常监测、灾害监测等多种功能，以降低自然灾害带来的国民经济损失。

山体滑坡也是自然灾害的一种，所谓山体滑坡，简单来说，就是位于斜坡上的岩土体，在重力作用下，以地震、降雨、人类工程活动等为诱因，岩土体沿滑面下滑垮塌的现象，所谓滑面就是滑坡体移动时，它与不动体之间形成的一个界面并沿其下滑，这个面就叫做滑面，滑坡通常发生在较软底层中，如页岩、泥岩地层，即使硬度较大的岩层，若岩体较为破碎，且存在明显软弱结构面，也会发生滑坡，对于已探明的潜在滑坡，若滑坡规模较小，通常采取治理措施，如布设抗滑桩、坡脚修建挡墙等，对于大规模滑坡，目前并没有经济有效的治理手段，通常是加强监测预警，及时通知滑坡灾害范围内的人们撤离才是上策，现有的滑坡监测一般是监测滑坡后缘拉裂隙是否不断增大、坡脚处是否隆起等，但是这些都不能很好的预测滑坡的体积以及滑坡的发生时间，若是能预测滑坡的体积以及发生时间，那么就可以在滑坡体积以及滑坡发生时间的基础上结合坡体角度进行预警等级评估，预警等级就能很好的反映出当前滑坡的危害性。

基于上述问题，亟待提出一种基于数据分析的灾害监测系统及方法，通过获取坡面上的裂缝数据，并对裂缝数据进行筛选，对符合条件的裂缝进行倾角分析，通过倾角分析可以预测本次滑坡的滑面，进一步根据滑面可以预测得到滑坡的体积以及滑面倾角，再根据裂缝的扩展速度计算裂缝扩展至滑面的时间，并通过滑坡体积、滑面倾角、扩展最短时间对预警等级进行评估，并及时发布预警，根据预警等级采取防治措施或是通知人们尽早撤离，保障人们生命财产安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于数据分析的灾害监测系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种基于数据分析的灾害监测系统，所述灾害监测系统包括滑坡数据存储模块、三维可视化模块、坡面裂缝检测模块、裂缝扩展速度分析模块、坡体滑面预测分析模块、滑面倾角分析模块、滑坡体积预测分析模块、山体滑坡预警等级评估模块、山体滑坡预警模块，所述滑坡数据存储模块用于存储裂缝扩展至滑面的时间区间、滑坡体积区间、滑面倾角区间相对应的评估值，所述滑坡数据存储模块还用于存储预警评估值区间所对应的预警等级，所述三维可视化模块获取三维数据，并选择监测区域，对监测区域进行透明化显示，所述坡面裂缝检测模块获取监测坡面区域上的裂缝数据，所述坡面裂缝检测模块包括裂缝选取单元以及裂缝倾角分析单元，所述裂缝选取单元根据获取到的裂缝数据选取符合条件的裂缝，所述裂缝倾角分析单元对符合条件的裂缝的倾角进行分析，所述裂缝扩展速度分析模块用于对符合条件的裂缝的扩展速度进行分析，所述坡体滑面预测分析模块根据裂缝倾角对坡体滑面进行预测分析，所述滑面倾角分析模块根据所述坡体滑面预测分析模块预测到的滑面计算滑面与水平面所呈的角度，所述滑坡体积预测分析模块用于根据所述坡体滑面预测分析模块预测到的滑面计算滑坡的体积，所述山体滑坡等级评估模块根据数据分析结果对山体滑坡等级进行评估，所述山体滑坡预警模块根据所述山体滑坡等级评估模块的山体滑坡评估等级进行相应预警。

进一步的，所述坡面裂缝检测模块获取三维可视化模块选择的监测区域，进一步获取监测区域上的所有裂缝数据，所述裂缝选取单元对裂缝数据进行筛选，所述裂缝数据包括裂缝于坡面的扩张面积S、裂缝于坡面向下的延伸深度H、裂缝于坡面的扩张宽度W、裂缝于坡面的扩张长度L，所述延伸深度H为裂缝向下延伸的最底点至坡面平面的垂直距离，进一步获取裂缝的纵向扩张方向，选取裂缝边缘轮廓上于纵向扩张方向对称的两点并对两点进行连接，所述对称的两点之间的连线为第一直线，对所有第一直线的长度进行计算，其中，第一直线的长度最大值为W，分别选取第一直线两侧的裂缝边缘轮廓上的点至第一直线的垂直距离最长的第一侧点和第二侧点，连接第一侧点与第二侧点为第二直线，所述第二直线的长度为裂缝于坡面的扩张长度L，所述扩张面积S＝μ*L*W，其中，μ为系数，0<μ<1，进一步设置与扩张面积S、扩张宽度W、扩张长度L和延伸深度H对应的预设值，通过判断任一裂缝的裂缝数据与和其对应的预设值的大小，确定所述任一裂缝是否符合裂缝倾角分析条件，若任一裂缝的扩张面积S、扩张宽度W、扩张长度L和延伸深度H皆大于等于与其对应的预设值，则将所述任一裂缝的裂缝数据传输至裂缝倾角分析单元,根据以上裂缝数据的获取可以知道对应裂缝的属性，裂缝为山体滑坡发生最主要的前兆表现，通过对裂缝的分析我们可以预测裂缝的扩张过程，甚至预测滑坡发生的时间，最后确定滑面，根据滑面就可以准确预测此次滑坡的体积，从而对本次滑坡的危害等级提前进行预估，在对裂缝的选取上，也要进行条件限制，不是所有的裂缝都会导致滑坡的产生，一些小的裂缝不会对滑坡的产生造成影响，因此需要对裂缝进行筛选，筛选出来的裂缝数据才能用来研究和预测。

进一步的，所述裂缝倾角分析单元获取符合条件的裂缝数据，进一步确定任一裂缝的第一几何中心点，所述第一几何中心点为裂缝于坡面上的边缘轮廓所围成的不规则图形的中心点，将任一裂缝的第一几何中心点与该裂缝向下延伸的最底点进行直线连接，所述直线为第三直线，获取第一几何中心点至坡面中心点方向的坡面平面，计算第三直线与所述坡面平面所呈的第一夹角θ

进一步的，所述坡体滑面预测分析模块获取所述裂缝倾角分析单元中所有裂缝的第一夹角θ

进一步的，所述坡体滑面预测分析模块连接三维可视化模块，所述三维可视化模块获取待处理集合中的对应裂缝的裂缝数据，在三维可视化模块的监测区域中显示所述对应裂缝的第一几何中心点与最底点，连接所述第一几何中心点与所述最底点为第三直线，所述第三直线以第一几何中心点至最底点的方向为延伸方向继续向下延伸，将坡体内任一与坡面平面平行的面作为第一点汇集平面，所述第一点汇集平面至坡面平面的垂直距离为h，所述第三直线向下延伸与第一点汇集平面相交，获取第一点汇集平面上所有第三直线与所述点汇集平面的相交点，将所有的相交点依次进行连接，并进一步计算所有相交点围成的图形的面积S

进一步的，所述裂缝扩展速度分析模块获取待处理集合中的对应裂缝的裂缝数据，获取任一裂缝当前向下延伸的最底点为第一底点，相隔一定时间段t之后，再次获取所述任一裂缝向下延伸的最底点为第二底点，通过第一底点与第二底点之间的长度与一定时间段t可以计算得到所述任一裂缝向下扩展的速度，再根据所述第二底点与所述第二几何中心点之间的距离和所述任一裂缝向下扩展的速度计算得到所述任一裂缝扩展至滑面的最短时间长度T

进一步的，所述滑面倾角分析模块获取滑面所在平面，进一步计算滑面与地平面所呈夹角，所述滑面倾角分析模块连接滑坡数据存储模块，根据滑面与地平面所呈夹角确定滑面倾角区间，进一步根据滑面倾角区间获取对应的评估值X

所述滑坡体积预测分析模块获取滑面所在平面，进一步计算滑面的面积以及滑面所在平面至坡面平面的距离，根据滑面的面积和滑面至坡面平面的距离计算滑坡的体积，所述滑坡体积预测分析模块连接滑坡数据存储模块，根据滑坡体积确定滑坡体积区间，进一步根据滑坡体积区间获取对应的评估值X

进一步的，所述山体滑坡预警等级评估模块获取与裂缝扩展至滑面的时间长度T

进一步的，一种基于数据分析的灾害监测方法，所述灾害监测方法包括以下步骤：

S1：坡面裂缝检测模块获取三维可视化模块选择的监测区域，进一步获取监测区域上的所有裂缝数据，裂缝选取单元对裂缝数据进行筛选，所述裂缝数据包括裂缝于坡面的扩张面积S、裂缝于坡面向下的延伸深度H、裂缝于坡面的扩张宽度W、裂缝于坡面的扩张长度L，将符合裂缝倾角分析条件的裂缝数据传输至裂缝倾角分析单元；

S2：所述裂缝倾角分析单元获取符合条件的裂缝数据，进一步确定任一裂缝的第一几何中心点，所述第一几何中心点为裂缝于坡面上的边缘轮廓所围成的不规则图形的中心点，将任一裂缝的第一几何中心点与该裂缝向下延伸的最底点进行直线连接，所述直线为第三直线，获取第一几何中心点至坡面中心点方向的坡面平面，计算第三直线与所述坡面平面所呈的第一夹角θ

S3：所述坡体滑面预测分析模块获取所述裂缝倾角分析单元中所有裂缝的第一夹角θ

S4：所述坡体滑面预测分析模块连接三维可视化模块，所述三维可视化模块获取待处理集合中的对应裂缝的裂缝数据，在三维可视化模块的监测区域中显示所述对应裂缝的第一几何中心点与最底点，连接所述第一几何中心点与所述最底点为第三直线，将坡体内任一与坡面平面平行的面作为第一点汇集平面，所述第一点汇集平面至坡面平面的垂直距离为h，获取第一点汇集平面上所有第三直线与所述点汇集平面的相交点，计算所有相交点围成的图形的面积S

S5：当所述面积S

S6：山体滑坡预警等级评估模块获取与裂缝扩展至滑面的时间长度T

进一步的，所述S1中的延伸深度H为裂缝向下延伸的最底点至坡面平面的垂直距离，扩张宽度W为第一直线的长度最大值，获取裂缝的纵向扩张方向，选取裂缝边缘轮廓上于纵向扩张方向对称的两点并对两点进行连接，所述对称的两点之间的连线为第一直线，扩张长度L为第二直线的长度，选取第一直线两侧的裂缝边缘轮廓上的点至第一直线的垂直距离最长的第一侧点和第二侧点，连接第一侧点与第二侧点为第二直线，扩张面积S＝μ*L*W，其中，μ为系数，0<μ<1，进一步设置与扩张面积S、扩张宽度W、扩张长度L和延伸深度H对应的预设值，通过判断任一裂缝的裂缝数据与和其对应的预设值的大小，确定所述任一裂缝是否符合裂缝倾角分析条件，若任一裂缝的扩张面积S、扩张宽度W、扩张长度L和延伸深度H皆大于等于与其对应的预设值，则判断所述任一裂缝符合裂缝倾角分析条件。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过获取坡面上的裂缝数据，并对裂缝数据进行筛选，对符合条件的裂缝进行倾角分析，通过倾角分析可以预测本次滑坡的滑面，进一步根据滑面可以预测得到滑坡的体积以及滑面倾角，再根据裂缝的扩展速度计算裂缝扩展至滑面的时间，并通过滑坡体积、滑面倾角、扩展最短时间对预警等级进行计算，并及时发布预警，根据预警等级采取防治措施或是通知人们尽早撤离，保障人们生命财产安全。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种基于数据分析的灾害监测系统的模块示意图；

图2是本发明一种基于数据分析的灾害监测方法的步骤示意图。

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。

请参阅图1-2，本发明提供技术方案：

一种基于数据分析的灾害监测系统，灾害监测系统包括滑坡数据存储模块、三维可视化模块、坡面裂缝检测模块、裂缝扩展速度分析模块、坡体滑面预测分析模块、滑面倾角分析模块、滑坡体积预测分析模块、山体滑坡预警等级评估模块、山体滑坡预警模块，滑坡数据存储模块用于存储裂缝扩展至滑面的时间区间、滑坡体积区间、滑面倾角区间相对应的评估值，根据往期的滑坡数据，可以得到与滑坡规模相对应的裂缝扩展速度、滑坡体积、滑面倾角相对应的一个评估值，裂缝扩展速度反应了山体滑坡的生成时间，生成时间越短代表着滑坡的危害越大，因为人们可能来不及选取防护措施或者撤离危险区域，所以可以根据裂缝扩展速度对滑坡的危害进行一个评估值的判定，裂缝扩展速度与滑坡的危害性是呈正比的，当然，滑坡体积和滑面倾角都反映了滑坡的规模，滑坡规模又间接说明了滑坡的危害性，根据往期的滑坡数据，可以找到与本次预测得到的滑坡体积和滑面倾角相对应的数据，根究往期已发生的滑坡的破坏程度对与其对应的滑坡体积和滑面倾角建立相应的评估值评判标准，滑坡数据存储模块还用于存储预警评估值区间所对应的预警等级，三维可视化模块获取三维数据，并选择监测区域，对监测区域进行透明化显示，坡面裂缝检测模块获取监测坡面区域上的裂缝数据，坡面裂缝检测模块包括裂缝选取单元以及裂缝倾角分析单元，裂缝选取单元根据获取到的裂缝数据选取符合条件的裂缝，裂缝倾角分析单元对符合条件的裂缝的倾角进行分析，裂缝扩展速度分析模块用于对符合条件的裂缝的扩展速度进行分析，坡体滑面预测分析模块根据裂缝倾角对坡体滑面进行预测分析，滑面倾角分析模块根据坡体滑面预测分析模块预测到的滑面计算滑面与水平面所呈的角度，滑坡体积预测分析模块用于根据坡体滑面预测分析模块预测到的滑面计算滑坡的体积，山体滑坡等级评估模块根据数据分析结果对山体滑坡等级进行评估，山体滑坡预警模块根据山体滑坡等级评估模块的山体滑坡评估等级进行相应预警。

坡面裂缝检测模块获取三维可视化模块选择的监测区域，进一步获取监测区域上的所有裂缝数据，裂缝选取单元对裂缝数据进行筛选，裂缝数据包括裂缝于坡面的扩张面积S、裂缝于坡面向下的延伸深度H、裂缝于坡面的扩张宽度W、裂缝于坡面的扩张长度L，延伸深度H为裂缝向下延伸的最底点至坡面平面的垂直距离，进一步获取裂缝的纵向扩张方向，选取裂缝边缘轮廓上于纵向扩张方向对称的两点并对两点进行连接，对称的两点之间的连线为第一直线，对所有第一直线的长度进行计算，其中，第一直线的长度最大值为W，分别选取第一直线两侧的裂缝边缘轮廓上的点至第一直线的垂直距离最长的第一侧点和第二侧点，连接第一侧点与第二侧点为第二直线，第二直线的长度为裂缝于坡面的扩张长度L，扩张面积S＝μ*L*W，其中，μ为系数，0<μ<1，进一步设置与扩张面积S、扩张宽度W、扩张长度L和延伸深度H对应的预设值，通过判断任一裂缝的裂缝数据与和其对应的预设值的大小，确定任一裂缝是否符合裂缝倾角分析条件，若任一裂缝的扩张面积S、扩张宽度W、扩张长度L和延伸深度H皆大于等于与其对应的预设值，则将任一裂缝的裂缝数据传输至裂缝倾角分析单元。

裂缝倾角分析单元获取符合条件的裂缝数据，进一步确定任一裂缝的第一几何中心点，第一几何中心点为裂缝于坡面上的边缘轮廓所围成的不规则图形的中心点，将任一裂缝的第一几何中心点与该裂缝向下延伸的最底点进行直线连接，直线为第三直线，获取第一几何中心点至坡面中心点方向的坡面平面，计算第三直线与坡面平面所呈的第一夹角θ

坡体滑面预测分析模块获取裂缝倾角分析单元中所有裂缝的第一夹角θ

坡体滑面预测分析模块连接三维可视化模块，三维可视化模块获取待处理集合中的对应裂缝的裂缝数据，在三维可视化模块的监测区域中显示对应裂缝的第一几何中心点与最底点，连接第一几何中心点与最底点为第三直线，第三直线以第一几何中心点至最底点的方向为延伸方向继续向下延伸，将坡体内任一与坡面平面平行的面作为第一点汇集平面，第一点汇集平面至坡面平面的垂直距离为h，第三直线向下延伸与第一点汇集平面相交，获取第一点汇集平面上所有第三直线与点汇集平面的相交点，将所有的相交点依次进行连接，并进一步计算所有相交点围成的图形的面积S

裂缝扩展速度分析模块获取待处理集合中的对应裂缝的裂缝数据，获取任一裂缝当前向下延伸的最底点为第一底点，相隔一定时间段t之后，再次获取任一裂缝向下延伸的最底点为第二底点，通过第一底点与第二底点之间的长度与一定时间段t可以计算得到任一裂缝向下扩展的速度，再根据第二底点与第二几何中心点之间的距离和任一裂缝向下扩展的速度计算得到任一裂缝扩展至滑面的最短时间长度T

滑面倾角分析模块获取滑面所在平面，进一步计算滑面与地平面所呈夹角，滑面倾角分析模块连接滑坡数据存储模块，根据滑面与地平面所呈夹角确定滑面倾角区间，进一步根据滑面倾角区间获取对应的评估值X

滑坡体积预测分析模块获取滑面所在平面，进一步计算滑面的面积以及滑面所在平面至坡面平面的距离，根据滑面的面积和滑面至坡面平面的距离计算滑坡的体积，滑坡体积预测分析模块连接滑坡数据存储模块，根据滑坡体积确定滑坡体积区间，进一步根据滑坡体积区间获取对应的评估值X

山体滑坡预警等级评估模块获取与裂缝扩展至滑面的时间长度T

一种基于数据分析的灾害监测方法，灾害监测方法包括以下步骤：

S1：坡面裂缝检测模块获取三维可视化模块选择的监测区域，进一步获取监测区域上的所有裂缝数据，裂缝选取单元对裂缝数据进行筛选，裂缝数据包括裂缝于坡面的扩张面积S、裂缝于坡面向下的延伸深度H、裂缝于坡面的扩张宽度W、裂缝于坡面的扩张长度L，延伸深度H为裂缝向下延伸的最底点至坡面平面的垂直距离，扩张宽度W为第一直线的长度最大值，获取裂缝的纵向扩张方向，选取裂缝边缘轮廓上于纵向扩张方向对称的两点并对两点进行连接，对称的两点之间的连线为第一直线，扩张长度L为第二直线的长度，选取第一直线两侧的裂缝边缘轮廓上的点至第一直线的垂直距离最长的第一侧点和第二侧点，连接第一侧点与第二侧点为第二直线，扩张面积S＝μ*L*W，其中，μ为系数，0<μ<1，进一步设置与扩张面积S、扩张宽度W、扩张长度L和延伸深度H对应的预设值，通过判断任一裂缝的裂缝数据与和其对应的预设值的大小，确定任一裂缝是否符合裂缝倾角分析条件，若任一裂缝的扩张面积S、扩张宽度W、扩张长度L和延伸深度H皆大于等于与其对应的预设值，则判断任一裂缝符合裂缝倾角分析条件，将符合裂缝倾角分析条件的裂缝数据传输至裂缝倾角分析单元；

S2：裂缝倾角分析单元获取符合条件的裂缝数据，进一步确定任一裂缝的第一几何中心点，第一几何中心点为裂缝于坡面上的边缘轮廓所围成的不规则图形的中心点，将任一裂缝的第一几何中心点与该裂缝向下延伸的最底点进行直线连接，直线为第三直线，获取第一几何中心点至坡面中心点方向的坡面平面，计算第三直线与坡面平面所呈的第一夹角θ

S3：坡体滑面预测分析模块获取裂缝倾角分析单元中所有裂缝的第一夹角θ

S4：坡体滑面预测分析模块连接三维可视化模块，三维可视化模块获取待处理集合中的对应裂缝的裂缝数据，在三维可视化模块的监测区域中显示对应裂缝的第一几何中心点与最底点，连接第一几何中心点与最底点为第三直线，将坡体内任一与坡面平面平行的面作为第一点汇集平面，第一点汇集平面至坡面平面的垂直距离为h，获取第一点汇集平面上所有第三直线与点汇集平面的相交点，计算所有相交点围成的图形的面积S

S5：当面积S

S6：山体滑坡预警等级评估模块获取与裂缝扩展至滑面的时间长度T

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。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。