基于双控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，具体是基于双控地质灾害监测预警系统。

背景技术

近10年来防灾减灾能力不断提升，综合防灾能力体系建设不断完善、科技支撑引领能力快速提升，最大限度的保障了人民群众生命财产安全。然而，面临严峻复杂的地质灾害防治形势，地质灾害防治工作任重道远。

目前各级部门建立了人防+技防为主地质灾害监测预警平台，双控平台还未建立，为此有必要提出一种基于双控地质灾害监测预警系统。

发明内容

为了解决上述双控平台还未建立的问题，本发明的目的是提供基于双控地质灾害监测预警系统，建立人防+技防相结合的地质监测预警系统。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：基于双控地质灾害监测预警系统，包括主控模块、地质灾害点专业监测模块、地质灾害风险区等级划分模块、降雨值图划分模块、区域预警图层生成模块、预警处理模块、预警信息发布模块、预警防控模块和显示模块；

主控模块，与地质灾害风险区等级划分模块、降雨值图划分模块、区域预警图层生成模块、预警处理模块、预警信息发布模块、预警防控模块和显示模块连接，用于通过主控器控制各个模块正常工作；

地质灾害点专业监测模块，用于实时监测安装有专业监测设备的地质灾害点位移、含水率和降雨量数据；

地质灾害风险区等级划分模块，用于依据孕灾环境、致灾因子、承灾体，按照信息量法和层次分析法并参考专家打分方法，实现地质灾害风险区划；

降雨值图划分模块，用于根据分布的降雨量站点实时监测的雨量，在平台上编制插值法程序自动生成前3小时、6小时、12小时和24小时降雨量等值线图；

区域预警图层生成模块，用于根据降雨值并叠加地质灾害风险区等级划分模块所划分的地质灾害风险区制作预警图层；

预警处理模块，用于接收区域预警图层生成模块处所生成的预警信息，并根据情况将相应的预警信息传送至相应的操作人员处；

预警信息发布模块，用于接收预警处理模块所生产的处理信息，并根据信息发布预警内容；

预警防控模块，用于对于在册地质灾害隐患点，建立相应的防控网络，以形成地质灾害监测预警体系；

显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示地质灾害点专业监测信息、降雨量分区图、地质灾害风险图和预警图层及所生成的预警处理信息、预警信息发布和预警防控信息。

进一步，地质灾害风险区等级划分模块的划分方法如下：

步骤一，根据目标地的地质灾害发育特点，确定控制和影响地质灾害发生的主要因素，参与地质灾害孕灾分区评价，并采用信息量模型计算每个因素在各种状态或区间下的信息量值；公式表达为：

式中，I

其中当I

当I

当I

步骤二，采用层次分析法同时参考专家意见确定各因素权重值；

步骤三，通过计算各评价因子的信息量，确定各评价因子优势范围，依据信息量划分评价因子的等级为4个等级，赋评价因子的评价值；

步骤四，进行多因素“叠加分析”将目标地按各评价因子划分为地质灾害孕灾各异的多个分区；

步骤五，依据各分区单因素评价得分及各因素权重值，采用加权的方法计算各分区地质灾害孕灾综合评价值，其公式如下：

步骤六，按地质灾害孕灾综合评价得分的高低，利用统计学中的自然断点法进行地质灾害孕灾环境分区，划为孕灾地质条件复杂区、中等区和简单区；

步骤七，在孕灾地质环境分区基础上，叠加人类工程活动致灾因子，利用层次分析法并参考专家打分方法对地质灾害易发性评价，地质灾害易发性划分为高、中、低和非四个等级；

步骤八，按照工程地质类比法和专家经验，将地质环境条件指标权重定为0.8，诱发因素条件指标权重定为0.2，则评价模型可以写为：H＝0.8B+0.2R；

式中，H为危险性综合指数；B为易发性综合指数；R为降雨强度指标分值；

并对目标度地质灾害易发性分区图与多年平均历史月累积最大降雨量等值线图进行空间叠加分析，利用统计学中的自然断点法将危险性区划重新分类后，生成地质灾害危险性分区图，地质灾害危险性划分为极高、高、中和低四个等级。

步骤九，将危险性和易损性评价结果叠加运算，采用矩阵分析方法，确定地质灾害风险评价区划结果，地质灾害风险等级共划分为极高风险、高风险、中风险及低风险四级。

进一步，区域预警图层生成模块包括固定预警单元和短时预警单元；

固定预警单元，用于汛期时每日下午根据每个降雨量站点前期有效降雨、气象部门每日降雨预报信息叠加地质灾害风险区划图根据矩阵分析方法制作预警图层；

短时预警单元，用于根据前3小时、6小时、12小时和24小时实况降雨进行短时预警预报。

进一步，固定预警单元的生成方法如下：

步骤一，计算前期有效降雨量，公式为：Rn＝C

Rn为前期有效降雨量；R

并且根据降雨与地质灾害关系统计计算R

步骤二，通过Arcgis对已完成的风险分区图进行栅格化，网格单元为100m×100m，然后将风险分区图导出GeoTiff文件，该文件在一定时间段内保持不变；再用python，通过gdal库读入处理；风险等级分为低、中、高和极高，并在数据层中分别对应值为1、2、3和4；

步骤三，根据各降雨量站点监测雨量，按前述有效降雨量模型计算每个降雨量站点前期有效降雨量，平台每日在预报前采用插值法自动生成有效降雨量小于80mm、80-160mm、160-250mm和大于250mm分区图且在数据层中分别对应值1”、2”、3”、4”，并根据风险分区的栅格特点将雨量区域也划分为相同规格；

步骤四，气象部门每日下午提供降雨预报信息，降雨预报最大精度预报到镇和街道办一级，在平台上人工修改各镇和街道办降雨预报图，根据风险分区的栅格特点将预报图也划分为相同规格，降雨预报等级分为小-中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨，数据层中分别对应值为1’、2’、3’、4’和5’；

步骤五，将三个图层叠加生成预警预报图，以镇和街道办行政界线按“就大”原则将各镇和街道办统一人工调整到所在镇内生成的最大预警预报级别，形成预报到乡镇和街道办一级预警预报图。

进一步，短时预警单元的生成方法如下：

步骤一，根据各降雨量站点监测数据统计的前3小时、6小时、12小时和24小时降雨量，根据插值法生成前3小时、6小时、12小时和24小时降雨量分区图，并按地质灾害风险区划图的栅格特点将雨量区域也划分为相同规格；

步骤二，栅格化降雨量分区图自动与地质灾害风险区划图生成短时预警预报图层。

进一步，预警处理模块还用于根据固定预警单元和短时预警单元生成不同的处理信息；

针对于固定预警单元所生成的预警信息，预警处理模块自动生成的预警预报图层及预警信息，并需要值班人员和决策人员人工审核确认才能发送；

针对于短时预警单元所生成的预警信息，需与每日固定预警预报图进行对比分析，按“就大”原则，当出现短时预警预报等级高于固定预警预报时，经决策人员审核同意，按短时预警预报及时提升等级。

进一步，预警信息发布模块包括电视台单元、移动端单元和云喇叭单元；

电视台单元，用于汛期每日固定预警预报图层及预警信息下午发送到当地电视台当晚播报；

移动端单元，用于将预警信息以短信、微信机器人群形式发送给地质灾害点、风险预警区所有群测群防人员；并且对预警区内地质灾害风险性比较大的隐患点给巡查人员和隐患点责任人打电话提醒；

云喇叭单元，用于针对地质灾害点处安装的云喇叭，下传报警或提醒信息。

进一步，预警防控模块包括人防单元和技防单元；

人防单元，用于建立了每个隐患点监测人和各级责任人信息群测群防网络，并链接到主要相关职能部门人员及电话，可一次性发送预警信息到所有相关人员；

技防单元，用于对风险较大的地质灾害点实施专业监测，监测内容有GNSS位移监测、倾角监测和含水率监测，根据监测情况按阈值设有蓝色预警、黄色预警、橙色预警和黄色预警，每个预警级别都对应固定预警短信，当达到预警级别时通过移动端单元发送信息，同时通过云喇叭单元进行预警报警。

基础方案的原理及有益效果是：本系统首先通过地质灾害风险区划分模块对地质灾害风险区进行划分，以便于后续根据风险区等级进行相应的预警处理；然后根据实时降雨实况划分降雨等值线图，从而可使后续地质灾害风险预警图生成更高效、合理；进而根据风险图和降雨等值线图通过区域区域预警图层生成模块生成区域预警图，可相应的根据不同的地区和不同的情况进行下达不同的预警指令；同时地质灾害点专业监测模块通过监测数据与地质灾害风险区叠加分析通过区域区域预警图层生成模块生成对区域预警进行局部调整；然后预警处理模块将会根据地质灾害点、风险区不同的预警信息对其进行处理，并且预警信息发布模块将会随之将预警信息进行发布，从而便于后续预警防控模块进行实际的防控操作。

同时，本系统建立了建立了人防+技防为主地质灾害监测预警平台，并且还实现了双控平台的建立，较大提升地质灾害预警精准度和时效性。

附图说明

图1为本发明实施例基于双控地质灾害监测预警系统的系统示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例1

基本如附图1所示：基于双控地质灾害监测预警系统，包括主控模块、地质灾害点专业监测模块、地质灾害风险区等级划分模块、降雨值图划分模块、区域预警图层生成模块、预警处理模块、预警信息发布模块、预警防控模块和显示模块；

主控模块，与地质灾害点专业监测模块、地质灾害风险区等级划分模块、降雨值图划分模块、区域预警图层生成模块、预警处理模块、预警信息发布模块、预警防控模块和显示模块连接，用于通过主控器控制各个模块正常工作；

地质灾害点专业监测模块，用于实时监测安装有专业监测设备的地质灾害点位移、含水率和降雨量数据；

地质灾害风险区等级划分模块，用于依据孕灾环境、致灾因子、承灾体，按照信息量法和层次分析法并参考专家打分方法，实现地质灾害风险区划；

其中地质灾害风险区等级划分模块的划分方法如下：

步骤一，根据目标地的地质灾害发育特点，确定控制和影响地质灾害发生的主要因素，参与地质灾害孕灾分区评价，并采用信息量模型计算每个因素在各种状态或区间下的信息量值；公式表达为：

式中，I

其中当I

当I

当I

步骤二，采用层次分析法同时参考专家意见确定各因素权重值；

步骤三，通过计算各评价因子的信息量，确定各评价因子优势范围，依据信息量划分评价因子的等级为4个等级，赋评价因子的评价值；

步骤四，进行多因素“叠加分析”将目标地按各评价因子划分为地质灾害孕灾各异的多个分区；

步骤五，依据各分区单因素评价得分及各因素权重值，采用加权的方法计算各分区地质灾害孕灾综合评价值，其公式如下：

步骤六，按地质灾害孕灾综合评价得分的高低，利用统计学中的自然断点法进行地质灾害孕灾环境分区，划为孕灾地质条件复杂区、中等区和简单区；

步骤七，在孕灾地质环境分区基础上，叠加人类工程活动致灾因子，利用层次分析法并参考专家打分方法对地质灾害易发性评价，地质灾害易发性划分为高、中、低和非四个等级；

步骤八，按照工程地质类比法和专家经验，将地质环境条件指标权重定为0.8，诱发因素条件指标权重定为0.2，则评价模型可以写为：H＝0.8B+0.2R；

式中，H为危险性综合指数；B为易发性综合指数；R为降雨强度指标分值；

并对目标度地质灾害易发性分区图与多年平均历史月累积最大降雨量等值线图进行空间叠加分析，利用统计学中的自然断点法将危险性区划重新分类后，生成地质灾害危险性分区图，地质灾害危险性划分为极高、高、中和低四个等级。

步骤九，将危险性和易损性评价结果叠加运算，采用矩阵分析方法如表1，确定地质灾害风险评价区划结果，地质灾害风险等级共划分为极高风险、高风险、中风险及低风险四级。

表1地质灾害风险等级划分标准表

降雨值图划分模块，用于根据分布的降雨量站点实时监测的雨量，在平台上编制插值法程序自动生成前3小时、6小时、12小时和24小时降雨量等值线图；

区域预警图层生成模块，用于根据降雨值并叠加地质灾害风险区等级划分模块所划分的地质灾害风险区制作预警图层；

其中区域预警图层生成模块包括固定预警单元和短时预警单元；

固定预警单元，用于汛期时每日下午根据每个降雨量站点前期有效降雨、气象部门每日降雨预报信息叠加地质灾害风险区划图根据矩阵分析方法制作预警图层；

固定预警单元的生成方法如下：

步骤一，计算前期有效降雨量，公式为：R

R

并且根据降雨与地质灾害关系统计计算R

步骤二，通过Arcgis对已完成的风险分区图进行栅格化，网格单元为100m×100m，然后将风险分区图导出GeoTiff文件，该文件在一定时间段内保持不变；再用python，通过gdal库读入处理；风险等级分为低、中、高和极高，并在数据层中分别对应值为1、2、3和4；

步骤三，根据各降雨量站点监测雨量，按前述有效降雨量模型计算每个降雨量站点前期有效降雨量，平台每日在预报前采用插值法自动生成有效降雨量小于80mm、80-160mm、160-250mm和大于250mm分区图且在数据层中分别对应值1”、2”、3”、4”，并根据风险分区的栅格特点将雨量区域也划分为相同规格；

步骤四，气象部门每日下午提供降雨预报信息，降雨预报最大精度预报到镇和街道办一级，在平台上人工修改各镇和街道办降雨预报图，根据风险分区的栅格特点将预报图也划分为相同规格，降雨预报等级分为小-中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨，数据层中分别对应值为1’、2’、3’、4’和5’；

步骤五，将三个图层叠加生成预警预报图，以镇和街道办行政界线按“就大”原则将各镇和街道办统一人工调整到所在镇内生成的最大预警预报级别，形成预报到乡镇和街道办一级预警预报图。

表2每日固定地质灾害气象风险预报等级划分标准表

短时预警单元，用于根据前3小时、6小时、12小时和24小时实况降雨进行短时预警预报；

短时预警单元的生成方法如下：

步骤一，根据各降雨量站点监测数据统计的前3小时、6小时、12小时和24小时降雨量，根据插值法生成前3小时、6小时、12小时和24小时降雨量分区图如表3，并按地质灾害风险区划图的栅格特点将雨量区域也划分为相同规格；

步骤二，栅格化降雨量分区图自动与地质灾害风险区划图生成短时预警预报图层。

表3短时地质灾害气象风险预报等级划分标准表

预警处理模块，用于接收区域预警图层生成模块处、地质灾害点监测模块所生成的预警信息，并根据情况将相应的预警信息传送至相应的操作人员处；预警处理模块还用于根据固定预警单元和短时预警单元生成不同的处理信息；

针对于固定预警单元所生成的预警信息，预警处理模块自动生成的预警预报图层及预警信息，并需要值班人员和决策人员人工审核确认才能发送；

针对于短时预警单元所生成的预警信息，需与每日固定预警预报图进行对比分析，按“就大”原则，当出现短时预警预报等级高于固定预警预报时，经决策人员审核同意，按短时预警预报及时提升等级。

预警信息发布模块，用于接收预警处理模块所生产的处理信息，并根据信息发布预警内容；预警信息发布模块包括电视台单元、移动端单元和云喇叭单元；

电视台单元，用于汛期每日固定预警预报图层及预警信息下午发送到当地电视台当晚播报；

移动端单元，用于将预警信息以短信、微信机器人群形式发送给预警区所有群测群防人员；并且对预警区内地质灾害风险性比较大的隐患点给巡查人员和隐患点责任人打电话提醒；

云喇叭单元，用于针对隐患点处安装的云喇叭，下传报警或提醒信息。

预警防控模块，用于对于在册地质灾害点、风险区，建立相应的防控网络，以形成地质灾害监测预警体系；预警防控模块包括人防单元和技防单元；

人防单元，用于建立了每个地质灾害隐患点、风险区监测人和各级责任人信息群测群防网络，并链接到主要相关职能部门人员及电话，可一次性发送预警信息到所有相关人员；

技防单元，用于对风险较大的地质灾害点实施专业监测，监测内容有GNSS位移监测、倾角监测和含水率监测，如表4所示，根据监测情况按阈值设有蓝色预警、黄色预警、橙色预警和黄色预警，每个预警级别都对应固定预警短信，当达到预警级别时通过移动端单元发送信息，同时通过云喇叭单元进行预警报警。

表4专业监测点预警阈值标准表

显示模块，用于通过显示器显示地质灾害点专业监测信息、降雨量分区图、地质灾害风险图和预警图层及所生成的预警处理信息、预警信息发布和预警防控信息。

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。