一种基于多影响因素分析的山体崩塌的预警方法及系统

技术领域

本发明涉及地质灾害预警技术领域，特别涉及一种基于多影响因素分析的山体崩塌的预警方法及系统。

背景技术

山体崩塌是常见的自然灾害之一，不仅会造成的重大人员伤亡或重大经济损失，还会对社会的发展产生不利的影响，因此，研究崩塌的形成机理及其防治方案对防灾减灾工作具有重要的现实意义。

现有技术中对于山体崩塌的预警多是采用布置位移传感器或者通过图像识别技术对山体位移量变化进行监测预警，往往是在有发生崩塌的趋势时才能够起到监测作用，此时灾害已然形成，造成山体崩塌的原因有很多，主要包括地质环境因素、诱发因素、人为因素等，如何通过对多种影响因素进行综合科学的分析，在灾害形成前进行山体崩塌风险的监测预警，从而为制定灾害防范措施及策略争取时间。为此，我们提出一种基于多影响因素分析的山体崩塌的预警方法及系统。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于多影响因素分析的山体崩塌的预警方法及系统，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于多影响因素分析的山体崩塌的预警方法，包括以下步骤：

筛选包括地质环境因素、诱发因素、人为因素中的至少一种山体崩塌影响因素，确定每项所述影响因素下的评价指标，其中，所述地质环境因素的评价指标包括岩体类型、地质构造、山体坡度、地下水流量中的至少一种；

所述诱发因素包括振动幅度、降水量、融雪量中的至少一种；

所述人为因素包括坡脚土方开挖量、坡体上堆载量、水路泄/蓄水量中的至少一种；

采集多项山体的评价指标数据，建立山体崩塌评价指标数据库，采用聚类分析筛选数据库中与待评估山体评价指标数据同类的对照山体；

构建以山体崩塌风险评估值Re为目标层，山体崩塌影响因素为准则层，各项所述评价指标为指标层的山体崩塌风险评价体系结构模型；

通过构建的山体崩塌风险评价体系结构模型分别计算待评估山体的崩塌风险评估值Re及对照山体的崩塌风险评估值Rc

根据崩塌风险评估值的计算结果，确定崩塌风险评估值的参考值域[Rc

进一步的，所述地质环境因素中的岩体类型及地质构造评价指标的评语等级论域根据指标类别属性进行划分。

一种基于多影响因素分析的山体崩塌的预警系统，包括：

数据采集模块，所述数据采集模块用于采集山体的包括岩体类型、地质构造、山体坡度、地下水流量、振动幅度、降水量、融雪量、坡脚土方开挖量、坡体上堆载量、水路泄/蓄水量的评价指标数据；

评价指标数据库，所述评价指标数据库与所述数据采集模块通信连接，用于存储所述评价指标数据；

数据分析模块，所述数据分析模块用于筛选与待评估山体评价指标数据同类的对照山体评价指标数据，从而获取与待评估山体相似度较大的对照山体；

评价模块，所述评价模块用于构建山体崩塌风险评价体系结构模型，并根据构建的模型计算待评估山体的崩塌风险评估值及对照山体的崩塌风险评估值；

中心处理模块，所述中心处理模块与所述评价模块通信连接，用于根据崩塌风险评估值的计算结果计算待评估山体的崩塌概率，获取待评估山体的崩塌概率值，并当待评估山体的崩塌概率值超过警戒值时，生成预警信号；

预警模块，所述预警模块与所述中心处理模块通信连接，用于响应所述中心处理模块生成的预警信号制定预警策略，并将预警策略通过无线电方式发送至预警区域内的智能终端处；

智能终端，所述智能终端分布于预警区域内，用于接收所述预警模块发送的预警策略。

进一步的，所述系统包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序。

进一步的，该系统的实施步骤如下：

步骤1)，筛选山体崩塌影响因素，确定每项所述影响因素下的评价指标，通过数据采集模块采集山体的评价指标数据，其中评价指标包括岩体类型、地质构造、山体坡度、地下水流量、振动幅度、降水量、融雪量、坡脚土方开挖量、坡体上堆载量、水路泄/蓄水量，建立山体崩塌评价指标数据库，将获取的评价指标数据存储于评价指标数据库中；

步骤2)，通过数据分析模块采用聚类分析筛选与待评估山体评价指标数据同类的对照山体评价指标数据，从而获取与待评估山体评价指标数据相似度较大的对照山体；

步骤3)，通过评价模块构建以山体崩塌风险评估值Re为目标层，山体崩塌影响因素为准则层，各项所述评价指标为指标层的山体崩塌风险评价体系结构模型，并根据构建的模型计算待评估山体的崩塌风险评估值及对照山体的崩塌风险评估值，其中，所述山体崩塌风险评价体系结构模型的构建步骤为：

S1，设计山体崩塌影响因素及影响因素下山体崩塌风险评价指标的相对重要问卷，通过专家调查法，采用比例标度法对山体崩塌风险评价体系结构模型的准则层及指标层的各项指标进行两两比较和评分，根据评分结果构造判断矩阵，计算获取准则层的权重矩阵A

S2，对判断矩阵进行一致性检验,当判断矩阵的一致性比值CR均小于0.1时，判断矩阵一致性可以接受，当判断矩阵的一致性比值CR存在大于等于0.1的情况时，返回步骤S1；

S3，确定评语等级论域V＝{很危险，较危险，安全性一般，较安全，安全}五个等级，并将各等级分别赋值为V

S4，划分确定指标层中各评价指标对应的各项等级的值域范围[a

S5，根据值域范围的划分结果获取指标层中各评价指标的隶属度进行综合分析，并归一化处理得到评估矩阵R，其中，

S6，根据获取的评估矩阵R，对指标层中各项评价指标进行一级模糊综合评价，并归一化处理获取总评价矩阵B，其中，

S7，根据获取的评估矩阵B，对准则层中各项指标进行二级模糊综合评价，并归一化处理获取矩阵C，其中，

S8，根据步骤S3中各等级的赋值及步骤S7中归一化处理获取的C值，计算山体崩塌风险评价体系的总得分值f，即为山体的崩塌风险评估值，其中，f＝V

步骤4)，在获取山体的崩塌风险评估值后，通过中心处理模块根据崩塌风险评估值的计算结果确定崩塌风险评估值的参考值域[Rc

步骤41)，获取待评估山体的崩塌风险评估值Re及对照山体的崩塌风险评估值Rc

步骤42)，获取样本集中的均值和标准差，利用均值和标准差对数据进行标准化，标准化公式为

步骤43)，在完成标准化后，将标准参量利用

当

当

其中，f(k)min，f(k)max分别为f(k)的函数值的最小值和最大值，f(k)Re为待评估山体的崩塌风险评估值Re的函数值；

步骤44)，根据对照山体的崩塌风险评估值Rc

当待评估山体的崩塌风险评估值Re的值分类为一级时，选择f(k)min≤f(k)Rc

当待评估山体的崩塌风险评估值Re的值分类为二级时，选择(f(k)min+f(k)max)/2≤f(k)Rc

其中，f(k)Rc

设置山体的崩塌概率值预警阈值范围，当待评估山体的崩塌概率值超过警戒值时，中心处理模块生成预警信号；

步骤5)，当中心处理模块生成预警信号后，预警信号发送至预警模块，预警模块响应所述中心处理模块生成的预警信号制定预警策略，并将预警策略通过无线电方式发送至预警区域内的智能终端处，智能终端接收所述预警模块发送的预警策略，对预警区域内的人员进行告知。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明技术方案提出的预警方法基于多级模糊综合评价模型，通过构建以山体崩塌风险评估值为目标层，山体崩塌影响因素为准则层，各项所述评价指标为指标层的山体崩塌风险评价体系结构模型，根据崩塌风险评估值的计算结果，确定崩塌风险评估值的参考值域，并根据崩塌风险评估值参考值域计算待评估山体的崩塌概率值，能够根据山体崩塌的多种影响因素的数据进行科学化、综合性的分析，实现对待评估山体的崩塌风险进行量化评估，可以在山体崩塌灾害发生前进行监测预警，从而为制定灾害防范措施及策略争取时间。

附图说明

图1为本发明一种基于多影响因素分析的山体崩塌的预警方法的流程示意图；

图2为本发明一种基于多影响因素分析的山体崩塌的预警系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制，为了更好地说明本发明的具体实施方式，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸。

实施例1

以地质环境因素、诱发因素、人为因素作为山体崩塌影响因素，其中地质环境因素的评价指标包括岩体类型、地质构造、山体坡度、地下水流量；诱发因素包括振动幅度、降水量、融雪量；人为因素包括坡脚土方开挖量、坡体上堆载量、水路泄/蓄水量，对本发明技术方案中山体崩塌风险评价体系结构模型的构建具体步骤进行说明。

如图1-2所示；

山体崩塌风险评价体系结构模型的构建步骤为：

S1，设计山体崩塌影响因素及影响因素下山体崩塌风险评价指标的相对重要问卷，通过专家调查法，采用比例标度法对山体崩塌风险评价体系结构模型的准则层及指标层的各项指标进行两两比较和评分，以1-9比例标度法为例，如下表所示：

表11-9比例标度的定义与说明表

根据问卷回收结果统计的评分结果构造判断矩阵，得到如下判断矩阵：

表2“山体崩塌风险评估值”判断矩阵表

表3“地质环境因素下评价指标”判断矩阵表

表4“诱发因素下评价指标”判断矩阵表

表5“人为因素下评价指标”判断矩阵表

根据表2-表5中的数据计算得出准则层的地质环境因素、诱发因素、人为因素的权重分别为0.5278,0.3325,0.1396，则有准则层的权重矩阵A＝(A

诱发因素下评价指标振动幅度、降水量、融雪量的权重分别为0.5278,0.3325,0.1396，有A

人为因素下评价指标坡脚土方开挖量、坡体上堆载量、水路泄/蓄水量的权重分别为0.5278,0.3325,0.1396，有A

S2，对判断矩阵进行一致性检验,判断矩阵的一致性比值CR分别为0.0598，0.0516，0.0516，0.0516，均小于0.1时，判断矩阵一致性可以接受；

S3，确定评语等级论域V＝{很危险，较危险，安全性一般，较安全，安全}五个等级，并将各等级分别赋值为V

S4，划分确定指标层中各评价指标对应的各项等级的值域范围[a

S5，根据值域范围的划分结果获取指标层中各评价指标的隶属度进行综合分析，从而分别得到待评估山体的地质环境因素下各评价指标、诱发因素下各评价指标、人为因素下各评价指标的评价矩阵，如下表所示：

表6“地质环境因素下评价指标”评价矩阵表

表7“诱发因素下评价指标”评价矩阵表

表8“人为因素下评价指标”评价矩阵表

并归一化处理得到评估矩阵R，其中，

S6，根据获取的评估矩阵R，对指标层中各项评价指标进行一级模糊综合评价，并归一化处理获取总评价矩阵B，其中，

B

B

S7，根据获取的评估矩阵B，对准则层中各项指标进行二级模糊综合评价，并归一化处理获取矩阵C，其中，

，有C＝(0.2148，0.2971,0.3285,0.1331,0.0792)；

S8，根据步骤S3中各等级的赋值及步骤S7中归一化处理获取的C值，计算待评估的山体崩塌风险评价体系的总得分值f，即山体的崩塌风险评估值，其中，f＝20×0.2148+40×0.2971+60×0.3285+80×0.1331+100×0.0792＝54.458分，计算的f值介于V

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。