一种基于大数据分析的地质灾害监测预警系统

技术领域

本发明属于地质灾害监测技术领域，涉及边坡安全监测技术，具体是一种基于大数据分析的地质灾害监测预警系统。

背景技术

我国是世界上地质灾害最严重的国家之一，在各种地质灾害中,因边坡变形失稳引起的滑坡,崩塌等灾害给我国的经济建设和社会安全带来了巨大的损失和人员伤亡，这是由于随着交通、水利、矿山、房地产等工程建设向丘陵,山区逐步扩张,在工程建设中产生的边坡数量正在日益增多,这些边坡破坏了原有的岩土体结构,导致岩土体发生变形与应力变化,极易发生滑坡、崩塌，因此对边坡的安全监测显得尤为重要。

但目前的边坡监测手段由于缺乏对边坡安全监测技术的系统研究，只能用低等级公路的防护技术进行局部防护，缺乏综合考虑，导致防护不到位，造成巨大经济损失和不良社会影响，为了解决上述问题，本发明提出基于大数据分析的地质灾害监测预警系统。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于大数据分析的地质灾害监测预警系统，包括监测区域划分模块、区域监测点布设模块、环境参数采集模块、变形位移监测模块、锚杆轴力监测模块、挡土墙监测分析模块、安全数据库、参数分析模块、管理服务器、预警模块和显示终端，其中监测区域划分模块分别与区域监测点布设模块和锚杆轴力监测模块连接，区域监测点布设模块分别与环境参数采集模块和变形位移监测模块连接，参数分析模块分别与环境参数采集模块、变形位移监测模块、锚杆轴力监测模块和安全数据库连接，管理服务器分别与参数分析模块、挡土墙监测分析模块、预警模块和显示终端连接；

所述监测区域划分模块用于将待监测的边坡区域按照边坡斜面长度划分为若干监测子区域，并划分的各监测子区域按照从边坡底部到顶部的顺序进行编号，依次标记为1,2...i...n；

所述区域监测点布设模块用于对划分的各监测子区域布设若干监测点，各监测子区域布设的若干监测点按照预设的顺序进行编号，分别标记为1,2...j...m；

所述环境参数采集模块包括若干环境参数采集设备，其分别安装在各监测子区域布设的各监测点位置处，用于采集各监测点的环境参数，其中采集的环境参数包括温度、土壤表面湿度、风速、降雨量和地下水位，并对各监测子区域的各监测点采集的环境参数构成区域监测点环境参数集合P

所述变形位移监测模块包括若干串联式固定测斜仪，用于对各监测子区域布设的各监测点的土体内部位移变形量进行检测，其具体检测过程如下几个步骤：

步骤S1：将串联式固定测斜仪分别垂直安插在各监测子区域布设的各监测点的土体内部；

步骤S2：分别读取各串联式固定测斜仪内部每个固定测斜仪传感器上显示的倾斜位移数据，并将各串联式固定测斜仪内部每个固定测斜仪传感器上显示的倾斜位移进行累加，得到各监测点的土体内部累计倾斜位移,记为各监测点的土体内部一次累计倾斜位移；

步骤S2：将各监测点的土体内部一次累计倾斜位移构成区域监测点土体内部一次累计倾斜位移集合S

步骤S3：以固定时间间隔重新按照步骤S1-S2的方法得到各监测点的土体内部累计倾斜位移,记为各监测点的土体内部二次累计倾斜位移，并将各监测点的土体内部二次累计倾斜位移构成区域监测点土体内部二次累计倾斜位移集合S′

步骤S4：将区域监测点土体内部二次累计倾斜位移集合与区域监测点土体内部一次累计倾斜位移集合进行作差对比，得到区域监测点土体内部倾斜变形位移集合S″

所述锚杆轴力监测模块用于对划分的各监测子区域内存在的锚杆数量进行统计，并对统计的各锚杆进行编号，依次标记为1,2...k...l，同时利用锚索计对划分的各监测子区域内标记的锚杆进行轴力检测，得到各监测子区域内各锚杆的轴力，进而构成区域锚杆轴力集合F

所述安全数据库用于存储边坡各环境参数对应的安全数值，存储土体内部安全倾斜变形位移，存储单个锚杆轴力安全阈值，存储挡土墙各倾斜危险等级对应的倾斜位移及各倾斜危险等级B＝1,2,3对应的倾斜危险系数，存储挡土墙侧向压力安全阈值，存储挡土墙各侧向压力危险等级对应的侧向压力对比值及各侧向压力危险等级E＝1,2,3对应的侧向压力危险系数，并存储边坡综合滑坡危险评估系数安全阈值；

所述参数分析模块接收环境参数采集模块发送的区域监测点环境参数集合，接收变形位移监测模块发送的区域监测点土体内部倾斜变形位移集合，并接收锚杆轴力监测模块发送的区域锚杆轴力集合，参数分析模块根据接收的区域监测点环境参数集合，提取安全数据库中预设的边坡环境参数对应的安全数值，将区域监测点环境参数集合与边坡各环境参数对应的安全数值进行对比，得到区域监测点环境参数对比集合ΔP

所述挡土墙监测分析模块包括挡土墙检测终端，用于对挡土墙的倾斜位移和侧向压力进行检测，得到挡土墙的倾斜位移和侧向压力，并将得到的挡土墙的倾斜位移与安全数据库中预设的挡土墙各倾斜危险等级对应的倾斜位移进行对比，筛选出挡土墙该倾斜位移对应的倾斜危险等级，同时将得到的挡土墙的侧向压力与安全数据库中预设的挡土墙侧向压力安全阈值进行对比，若大于侧向压力安全阈值，则将检测的挡土墙的侧向压力减去侧向压力安全阈值，得到侧向压力对比值，进而将侧向压力对比值与安全数据库中预设的挡土墙各侧向压力危险等级对应的侧向压力对比值进行对比，筛选出挡土墙该侧向压力对比值对应的侧向压力危险等级，挡土墙监测分析模块将挡土墙的倾斜危险等级和侧向压力危险等级发送至管理服务器；

所述管理服务器接收参数分析模块发送的各监测子区域的危险评估系数，接收挡土墙监测分析模块发送的挡土墙的倾斜危险等级和侧向压力危险等级，并将接收的挡土墙的倾斜危险等级与安全数据库中预设的各倾斜危险等级对应的倾斜危险系数进行对比，筛选挡土墙该倾斜危险等级对应的倾斜危险系数，同时将挡土墙的侧向压力危险等级与安全数据库中预设的各侧向压力危险等级对应的侧向压力危险系数进行对比，筛选挡土墙该侧向压力危险等级对应的侧向压力危险系数，以此管理服务器根据各监测子区域的危险评估系数、挡土墙该倾斜危险等级对应的倾斜危险系数和挡土墙该侧向压力危险等级对应的侧向压力危险系数统计边坡综合滑坡危险评估系数，进而将统计的边坡综合滑坡危险评估系数发送至显示终端，同时将边坡综合滑坡危险评估系数与预设的边坡综合滑坡危险评估系数安全阈值进行对比，若大于边坡综合滑坡危险评估系数安全阈值，则发送预警指令至预警模块；

所述预警模块接收管理服务器发送的预警指令，进行预警；

所述显示终端接收管理服务器发送的边坡综合滑坡危险评估系数，进行显示。

较优化地，所述监测区域划分模块将待监测的边坡区域按照边坡斜面长度划分为若干监测子区域的划分方法执行以下两个步骤：

步骤H1：统计待监测的边坡斜面底部到顶部的长度；

步骤H2：将统计的边坡斜面长度均等分为n段，每一段长度所属边坡区域作为监测子区域。

较优化地，所述区域监测点布设模块对划分的各监测子区域布设监测点的具体方法为获取各监测子区域的面积，将各监测子区域按照平面网格化的方式划分为若干面积相同的分区域，进而在每个分区域内布设一个监测点。

较优化地，所述环境参数采集设备包括温度传感器、土壤湿度传感器、风速传感器、雨量计和孔隙水压计，所述温度传感器用于检测各监测点的温度，所述土壤湿度传感器用于检测各监测点的土壤表面湿度，所述风速传感器用于检测各监测点的风速，所述雨量计用于检测各监测点的降雨量，所述孔隙水压计用于检测各监测点的地下水位。

较优化地，所述各监测子区域的危险评估系数的计算公式为

较优化地，所述挡土墙检测终端包括盒式固定测斜仪和土压力计，所述盒式固定测斜仪用于检测挡土墙的倾斜位移，所述土压力计用于检测挡土墙的侧向压力。

较优化地，所述边坡综合滑坡危险评估系数的计算公式为

本发明的有益效果如下：

1.本发明通过对边坡进行区域划分，并采集各监测子区域的环境参数、变形位移和锚杆轴力，同时根据得到的各监测子区域的各种参数，统计各监测子区域的危险评估系数，并结合各监测子区域的危险评估系数和挡土墙的倾斜危险系数及侧向压力危险系数，进而得出边坡综合滑坡危险评估系数，实现了对边坡滑坡灾害的综合监测，弥补了目前边坡监测手段由于缺乏综合考虑，而导致防护不到位的弊端，提高了监测的准确度，最大化地降低了边坡滑坡灾害的发生，其得到的边坡综合滑坡危险评估系数可提前预测边坡所处的危险情况，为后期边坡防护准备提供足够的时间，保障了人们生命财产安全。

2.本发明在划分的各监测子区域通过布设若干监测点，采集各种参数数据，使得采集的数据更接近真实数值，避免单个监测点采集数据造成的误差，为后期统计各监测子区域的危险评估系数提供可靠的数据支撑。

3.本发明将统计的边坡综合滑坡危险评估系数与预设的边坡综合滑坡危险评估系数安全阈值进行对比，当大于边坡综合滑坡危险评估系数安全阈值，则进行预警，以警示人们，避免在未预警的情况下，造成安全事故的发生。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明的系统模块图。

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。

一种基于大数据分析的地质灾害监测预警系统，包括监测区域划分模块、区域监测点布设模块、环境参数采集模块、变形位移监测模块、锚杆轴力监测模块、挡土墙监测分析模块、安全数据库、参数分析模块、管理服务器、预警模块和显示终端，其中监测区域划分模块分别与区域监测点布设模块和锚杆轴力监测模块连接，区域监测点布设模块分别与环境参数采集模块和变形位移监测模块连接，参数分析模块分别与环境参数采集模块、变形位移监测模块、锚杆轴力监测模块和安全数据库连接，管理服务器分别与参数分析模块、挡土墙监测分析模块、预警模块和显示终端连接。

监测区域划分模块用于将待监测的边坡区域按照边坡斜面长度划分为若干监测子区域，其具体划分方法执行以下两个步骤：

步骤H1：统计待监测的边坡斜面底部到顶部的长度；

步骤H2：将统计的边坡斜面长度均等分为n段，每一段长度所属边坡区域作为监测子区域，并划分的各监测子区域按照从边坡底部到顶部的顺序进行编号，依次标记为1,2...i...n。

本实施例通过将待监测的边坡区域进行区域划分，为后面进行各监测子区域的监测点布设以及后续统计各监测子区域的危险评估系数提供方便。

区域监测点布设模块用于对划分的各监测子区域布设若干监测点，其具体布设方法为获取各监测子区域的面积，将各监测子区域按照平面网格化的方式划分为若干面积相同的分区域，进而在每个分区域内布设一个监测点，各监测子区域布设的若干监测点按照预设的顺序进行编号，分别标记为1,2...j...m。

本实施例通过划分的各监测子区域通过布设若干监测点，采集各种参数数据，使得采集的数据更接近真实数值，避免单个监测点采集数据造成的误差，为后期统计各监测子区域的危险评估系数提供可靠的数据支撑。

环境参数采集模块包括若干环境参数采集设备，其分别安装在各监测子区域布设的各监测点位置处，用于采集各监测点的环境参数，其中采集的环境参数包括温度、土壤表面湿度、风速、降雨量和地下水位，所述环境参数采集设备包括温度传感器、土壤湿度传感器、风速传感器、雨量计和孔隙水压计，所述温度传感器用于检测各监测点的温度，所述土壤湿度传感器用于检测各监测点的土壤表面湿度，所述风速传感器用于检测各监测点的风速，所述雨量计用于检测各监测点的降雨量，所述孔隙水压计用于检测各监测点的地下水位，环境参数采集模块对各监测子区域的各监测点采集的环境参数构成区域监测点环境参数集合P

变形位移监测模块包括若干串联式固定测斜仪，用于对各监测子区域布设的各监测点的土体内部位移变形量进行检测，其中串联式固定测斜仪由测斜管及安装在测斜管内的若干固定测斜仪传感器组成，当地层发生位移时，测斜管产生位移，从而引起安装在管内的传感器发生倾斜，通过读取各固定测斜仪传感器显示的数据，即可得出该串联式固定测斜仪在该点土体测出的倾斜位移。其具体变形位移检测过程如下几个步骤：

步骤S1：将串联式固定测斜仪分别垂直安插在各监测子区域布设的各监测点的土体内部；

步骤S2：分别读取各串联式固定测斜仪内部每个固定测斜仪传感器上显示的倾斜位移数据，并将各串联式固定测斜仪内部每个固定测斜仪传感器上显示的倾斜位移进行累加，得到各监测点的土体内部累计倾斜位移,记为各监测点的土体内部一次累计倾斜位移；

步骤S2：将各监测点的土体内部一次累计倾斜位移构成区域监测点土体内部一次累计倾斜位移集合S

步骤S3：以固定时间间隔重新按照步骤S1-S2的方法得到各监测点的土体内部累计倾斜位移,记为各监测点的土体内部二次累计倾斜位移，并将各监测点的土体内部二次累计倾斜位移构成区域监测点土体内部二次累计倾斜位移集合S′

步骤S4：将区域监测点土体内部二次累计倾斜位移集合与区域监测点土体内部一次累计倾斜位移集合进行作差对比，得到区域监测点土体内部倾斜变形位移集合S″

锚杆轴力监测模块用于对划分的各监测子区域内存在的锚杆数量进行统计，并对统计的各锚杆进行编号，依次标记为1,2...k...l，同时利用锚索计对划分的各监测子区域内标记的锚杆进行轴力检测，得到各监测子区域内各锚杆的轴力，进而构成区域锚杆轴力集合F

安全数据库用于存储边坡各环境参数对应的安全数值，存储土体内部安全倾斜变形位移，存储单个锚杆轴力安全阈值，存储挡土墙各倾斜危险等级对应的倾斜位移及各倾斜危险等级B＝1,2,3对应的倾斜危险系数，存储挡土墙侧向压力安全阈值，存储挡土墙各侧向压力危险等级对应的侧向压力对比值及各侧向压力危险等级E＝1,2,3对应的侧向压力危险系数，并存储边坡综合滑坡危险评估系数安全阈值。

参数分析模块接收环境参数采集模块发送的区域监测点环境参数集合，接收变形位移监测模块发送的区域监测点土体内部倾斜变形位移集合，并接收锚杆轴力监测模块发送的区域锚杆轴力集合，参数分析模块根据接收的区域监测点环境参数集合，提取安全数据库中预设的边坡环境参数对应的安全数值，将区域监测点环境参数集合与边坡各环境参数对应的安全数值进行对比，得到区域监测点环境参数对比集合ΔP

挡土墙监测分析模块包括挡土墙检测终端，用于对挡土墙的倾斜位移和侧向压力进行检测，其中挡土墙检测终端包括盒式固定测斜仪和土压力计，所述盒式固定测斜仪用于检测挡土墙的倾斜位移，所述土压力计用于检测挡土墙的侧向压力得到挡土墙的倾斜位移和侧向压力，将得到的挡土墙的倾斜位移与安全数据库中预设的挡土墙各倾斜危险等级对应的倾斜位移进行对比，筛选出挡土墙该倾斜位移对应的倾斜危险等级，同时将得到的挡土墙的侧向压力与安全数据库中预设的挡土墙侧向压力安全阈值进行对比，若大于侧向压力安全阈值，则将检测的挡土墙的侧向压力减去侧向压力安全阈值，得到侧向压力对比值，进而将侧向压力对比值与安全数据库中预设的挡土墙各侧向压力危险等级对应的侧向压力对比值进行对比，筛选出挡土墙该侧向压力对比值对应的侧向压力危险等级，挡土墙监测分析模块将挡土墙的倾斜危险等级和侧向压力危险等级发送至管理服务器。

管理服务器接收参数分析模块发送的各监测子区域的危险评估系数，接收挡土墙监测分析模块发送的挡土墙的倾斜危险等级和侧向压力危险等级，并将接收的挡土墙的倾斜危险等级与安全数据库中预设的各倾斜危险等级对应的倾斜危险系数进行对比，筛选挡土墙该倾斜危险等级对应的倾斜危险系数，同时将挡土墙的侧向压力危险等级与安全数据库中预设的各侧向压力危险等级对应的侧向压力危险系数进行对比，筛选挡土墙该侧向压力危险等级对应的侧向压力危险系数，以此管理服务器根据各监测子区域的危险评估系数、挡土墙该倾斜危险等级对应的倾斜危险系数和挡土墙该侧向压力危险等级对应的侧向压力危险系数统计边坡综合滑坡危险评估系数

本实施例统计的边坡综合滑坡危险评估系数结合了各监测子区域的危险评估系数和挡土墙的倾斜危险系数及侧向压力危险系数，能够对边坡滑坡灾害进行综合智能监测，弥补了目前边坡监测手段由于缺乏综合考虑，而导致防护不到位的弊端，最大化地降低了边坡滑坡灾害的发生，其得到的边坡综合滑坡危险评估系数实现了对边坡综合滑坡危险状况的量化展示，具有评估准确性高的特点，边坡综合滑坡危险评估系数越大，表明边坡所处的危险情况越严重。

预警模块接收管理服务器发送的预警指令，进行预警，以提醒人们，避免在未预警的情况下，造成安全事故的发生。

显示终端接收管理服务器发送的边坡综合滑坡危险评估系数，进行显示，便于边坡相关管理人员根据显示的边坡综合滑坡危险评估系数，可提前预测边坡所处的危险情况，为后期边坡防护准备提供足够的时间，进而保障了人们生命财产安全。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。