一种稀土边坡滑移灾害监测和预警方法及装置

技术领域

本发明属于地质灾害监测与预警、安全监测技术领域，尤其涉及电阻率成像技术和声波成像技术，具体涉及一种稀土边坡滑移灾害监测和预警方法及装置。

背景技术

稀土作为一种关键的国家战略性资源，被广泛应用于电子、军事和新材料等重要领域。稀土矿的地质类型主要为松散的沙黏土，采矿方式多为原地溶浸技术，由于该种采矿法需要向山体中注入大量溶浸液，会使矿山坡体内部应力发生改变，致使开采过程中面临边坡滑移的巨大威胁。因此，建立边坡滑移灾害监测与预警系统是减少该灾害带来损失的一种有效办法。

目前针对边坡滑移灾害监测和预警方法的研究，存在预判指标单一的片面性，或是参数复杂和过多，造成实际操作过程繁琐且工作量大等问题。

发明内容

本发明提供了一种稀土边坡滑移灾害监测和预警方法及装置，通过点线面体立体式监测预警系统实现点线面体的立体式监测，并通过电阻率变化值、横声波与纵声波的波速比、位移变化值以及水位变化值对稀土矿的边坡滑移区域进行综合的稳定性分级预警，实现了对稀土边坡滑移的立体式监测及多指标综合预警，避免了现有的边坡滑移预判的指标单一及多参数时工作量大的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

第一方面，提供一种稀土边坡滑移灾害监测和预警方法，包括：

获取稀土矿的边坡滑移区域的监测点信息；

根据监测点信息布设点线面体立体式监测预警系统，点线面体立体式监测预警系统包括电阻率监测成像子系统、地声监测子系统、位移监测仪及水位测量计；

利用点线面体立体式监测预警系统监测并计算得到边坡滑移区域的参量指标值，参量指标值包括电阻率变化值、横声波与纵声波的波速比、位移变化值以及水位变化值；

将参量指标值分别与对应的预警阈值进行对比，得到对比结果；

根据对比结果对稀土矿的边坡滑移区域进行稳定性分级预警，得到预警结果。

进一步的，获取稀土矿的边坡滑移区域的监测点信息，包括：

对稀土矿进行现场勘查，得到勘查信息；

获取稀土矿的当地水文地质环境信息；

根据勘查信息及当地水文地质环境信息，分析得到稀土矿的边坡存在潜在滑移的隐患区域，作为边坡滑移区域；

根据预设的点线面体立体式监测预警机制，在边坡滑移区域确定监测点的位置及数量，得到监测点信息，监测点包括电阻率测量仪的电极的布设点、声发射传感器和声接收传感器的布设点、位移监测仪的布设点及水位测量计的布设点。

进一步的，根据监测点信息布设点线面体立体式监测预警系统，包括：

根据监测点信息布设电阻率测量仪的电极、声发射传感器和声接收传感器、位移监测仪及水位测量计；

将电阻率测量仪的电极通过电缆与电阻率测量仪连接，得到电阻率监测成像子系统；

将声发射传感器和声接收传感器与声信号处理器连接，得到地声监测子系统；

根据电阻率监测成像子系统、地声监测子系统、位移监测仪及水位测量计，得到点线面体立体式监测预警系统。

进一步的，利用点线面体立体式监测预警系统监测并计算得到边坡滑移区域的参量指标值，包括：

利用电阻率监测成像子系统按照预设监测周期采集得到边坡滑移区域的电阻率参数，根据电阻率参数计算得到电阻率变化值；

利用地声监测子系统按照预设监测周期发射并接收横声波与纵声波的传播参数，根据传播参数计算得到边坡滑移区域的横声波与纵声波的波速比；

利用位移监测仪按照预设监测周期监测位移坐标值，根据位移变化值计算得到边坡滑移区域的位移变化值；

利用水位测量计按照预设监测周期监测水位值，根据水位值计算得到边坡滑移区域的水位变化值；

将电阻率变化值、横声波与纵声波的波速比、位移变化值及水位变化值组合为数列，得到边坡滑移区域的参量指标值。

进一步的，将参量指标值分别与对应的预警阈值进行对比，得到对比结果，包括：

获取预设的预警阈值，预警阈值中包括电阻率预警判别阈值、波速比预警判别阈值、位移预警判别阈值及水位预警判别阈值；

将参量指标值中的电阻率变化值与电阻率预警判别阈值进行比较，得到第一比较结果；

将横声波与纵声波的波速比与波速比预警判别阈值进行比较，得到第二比较结果；

将位移变化值与位移预警判别阈值进行比较，得到第三比较结果；

将水位变化值与水位预警判别阈值进行比较，得到第四比较结果；

根据第一比较结果、第二比较结果、第三比较结果及第四比较结果，得到对比结果。

进一步的，根据第一比较结果、第二比较结果、第三比较结果及第四比较结果，得到对比结果，包括：

当第一比较结果为电阻率变化值大于电阻率预警判别阈值时，得到第一比值为1；

当第一比较结果为电阻率变化值不大于电阻率预警判别阈值时，得到第一比值为0；

当第二比较结果为横声波与纵声波的波速比小于波速比预警判别阈值时，得到第二比值为1；

当第二比较结果为横声波与纵声波的波速比不小于波速比预警判别阈值时，得到第二比值为0；

当第三比较结果为位移变化值大于位移预警判别阈值时，得到第三比值为1；

当第三比较结果为位移变化值不大于位移预警判别阈值时，得到第三比值为0；

当第四比较结果为水位变化值大于水位预警判别阈值时，得到第四比值为1；

当第四比较结果为水位变化值不大于水位预警判别阈值时，得到第四比值为0；

根据第一比值、第二比值、第三比值及第四比值，得到对比结果。

进一步的，根据对比结果对稀土矿的边坡滑移区域进行稳定性分级预警，得到预警结果，包括：

将对比结果中的第一比值、第二比值、第三比值及第四比值进行相加，得到预警值；

根据预警值与预设的稳定性分级预警表进行匹配，确定预警等级，得到预警结果。

进一步的，根据预警值与预设的稳定性分级预警表进行匹配，确定预警等级，得到预警结果，包括：

将预警值与预设的稳定性分级预警表进行匹配；

当预警值为4时，确定预警等级为最高危险等级；

当预警值为3，且第二比值或第四比值为0时，确定预警等级为最高危险等级；

当预警值为3，且第一比值或第三比值为0时，确定预警等级为中等危险等级；

当预警值小于3，且第三比值为1时，确定预警等级为中等危险等级；

当预警值小于3，且第三比值为0时，确定预警等级为最低危险等级；

根据预警等级得到预警结果。

进一步的，方法还包括：

对预警结果进行有效性分析，得到有效预警数据及漏报误报数据；

根据漏报误报数据对预警阈值进行调整优化，得到预警优化阈值；

将预警阈值替换为预警优化阈值。

第二方面，提供一种稀土边坡滑移灾害监测和预警装置，包括：

布设在稀土矿的边坡滑移区域的点线面体立体式监测预警系统，点线面体立体式监测预警系统包括电阻率监测成像子系统、地声监测子系统、位移监测仪及水位测量计；

与点线面体立体式监测预警系统连接的中央处理器，用于实现以上第一方面的边坡滑移灾害监测和预警方法。

本发明所达到的有益效果：

获取稀土矿的边坡滑移区域的监测点信息，根据监测点信息布设点线面体立体式监测预警系统，点线面体立体式监测预警系统包括电阻率监测成像子系统、地声监测子系统、位移监测仪及水位测量计，利用点线面体立体式监测预警系统监测并计算得到边坡滑移区域的参量指标值，参量指标值包括电阻率变化值、横声波与纵声波的波速比、位移变化值以及水位变化值，将参量指标值分别与对应的预警阈值进行对比，得到对比结果，根据对比结果对稀土矿的边坡滑移区域进行稳定性分级预警，得到预警结果。通过点线面体立体式监测预警系统实现点线面体的立体式监测，并通过电阻率变化值、横声波与纵声波的波速比、位移变化值以及水位变化值对稀土矿的边坡滑移区域进行综合的稳定性分级预警，实现了对稀土边坡滑移的立体式监测及多指标综合预警，避免了现有的边坡滑移预判的指标单一及多参数时工作量大的问题。

附图说明

图1为本发明稀土边坡滑移灾害监测和预警方法的流程图；

图2为本发明稀土边坡滑移灾害监测和预警装置的结构图；

图3为本发明进行稀土边坡滑移监测和预警的现场纵断面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种稀土边坡滑移灾害监测和预警方法，包括以下步骤：

101，获取稀土矿的边坡滑移区域的监测点信息；

其中，在进行稀土矿的开采时，由于稀土矿的地质类型主要为松散的沙黏土，采矿方式多为原地溶浸技术，由于该种采矿法需要向山体中注入大量溶浸液，会使矿山坡体内部应力发生改变，致使开采过程中面临边坡滑移的巨大威胁，因此，需要对稀土矿进行边坡滑移进行监测和预警，在进行监测和预警之前，需要对稀土矿进行现场勘查，得到勘查信息，获取稀土矿的当地水文地质环境信息，根据勘查信息及当地水文地质环境信息，分析得到稀土矿的边坡存在潜在滑移的隐患区域，作为边坡滑移区域，根据预设的点线面体立体式监测预警机制，在边坡滑移区域确定监测点的位置及数量，得到监测点信息，监测点包括电阻率测量仪的电极的布设点、声发射传感器和声接收传感器的布设点、位移监测仪的布设点及水位测量计的布设点。具体的布设图如图3所示，图3为监测的现场纵断面图，其中301为黏土层，302为矿层，303为浸矿层，304为基岩层，305为积液沟，306为滑移面，307为注液井，308为电阻率监测成像子系统，309为电极，310为地声监测子系统，311为深层的位移监测仪，312为水位测量计，313为滑坡监测的位移监测仪，314为地表的位移监测仪。

102，根据监测点信息布设点线面体立体式监测预警系统；

其中，根据监测点信息布设电阻率测量仪的电极、声发射传感器和声接收传感器、位移监测仪及水位测量计；例如，位移监测仪可以是地表倾斜仪和钻孔倾斜仪等，水位测量计可以是渗压计、孔隙水压计等；

将电阻率测量仪的电极通过电缆与电阻率测量仪连接，得到电阻率监测成像子系统；

将声发射传感器和声接收传感器(即采集台站)与声信号处理器连接，得到地声监测子系统，声信号处理器具体可以是运行在一个处理器上的声信号处理软件；

将电阻率监测成像子系统、地声监测子系统、位移监测仪及水位测量计，与中央处理器进行连接，得到点线面体立体式监测预警系统点线面体立体式监测预警系统包括电阻率监测成像子系统、地声监测子系统、位移监测仪及水位测量计。

103，利用点线面体立体式监测预警系统监测并计算得到边坡滑移区域的参量指标值；

其中，由于点线面体立体式监测预警系统包括电阻率监测成像子系统、地声监测子系统、位移监测仪及水位测量计，那么分别按照预设监测周期进行监测就能得到对应的参数，从而计算得到对应的指标值，分别的执行过程如下：

利用电阻率监测成像子系统按照预设监测周期采集得到边坡滑移区域的电阻率参数，根据电阻率参数计算得到电阻率变化值；

假设开始监测的时刻为t

因不同的物质具有不同的导电性能，电阻率(Resistivity)是用来表示各种物质导电能力的物理量。假设边坡体的电阻为R(Ω)，两电极之间的距离为L(m)，电极的面积为S(m

ρ＝RS/L；

在基于电阻率成像技术的预警应用中使用的电阻率一般为视电阻率ρ(Ω·m)，已知A和B为供电电极，M和N为测量电极。记ΔU

ρ＝kΔU

关于k的取值，不同测量装置取值可能不同，一般计算公式如下：

利用地声监测子系统按照预设监测周期发射并接收横声波与纵声波的传播参数，根据传播参数计算得到边坡滑移区域的横声波与纵声波的波速比；

根据边坡滑移区域中布置的n个声发射传感器按照预设监测周期轮流发射脉冲型声波信号，实时计算横声波S波和纵声波P波的速度，具体地，根据已知声发射传感器和声接收传感器的位置，声接收传感器接收P波和S波的接收时间点，将接收时间点减去发射时间点，从而得到传播时长，最后，根据声发射传感器与声接收传感器的距离除以传播时长就可以得到P波和S波的波速；

设当前发射脉冲型的声波信号的为第i个地声传感器C

记P波的接收时间点为t

v

v

由S波和P波两者的波速比表达式可知，只需求得两者的接收时间点，根据目前已有的求接收时间方法计算即可，例如，长短时窗方法STA/LTA(shorttime-window average/long time-window average)；

利用位移监测仪按照预设监测周期监测位移坐标值，根据位移变化值计算得到边坡滑移区域的位移变化值；

关于不同时刻边坡滑移区域的位移坐标值，可直接通过位移监测仪得到，记t

利用水位测量计按照预设监测周期监测水位值，根据水位值计算得到边坡滑移区域的水位变化值；

关于不同时刻目标监测点的水位值，可直接根据水位测量计得到，记t

将电阻率变化值ΔR、横声波与纵声波的波速比

104，将参量指标值分别与对应的预警阈值进行对比，得到对比结果；

其中，在以上得到参量指标值(ΔR、

105，根据对比结果对稀土矿的边坡滑移区域进行稳定性分级预警，得到预警结果。

其中，对比结果包含了参量指标值中4个指标值分别和对应的预警阈值的对比情况，因此，可以结合4个对比情况分析稀土矿的边坡滑移区域是否存在滑移风险，从而进行稳定性分级预警，得到预警结果。

本发明实施例的实施原理为：

获取稀土矿的边坡滑移区域的监测点信息，根据监测点信息布设点线面体立体式监测预警系统，点线面体立体式监测预警系统包括电阻率监测成像子系统、地声监测子系统、位移监测仪及水位测量计，利用点线面体立体式监测预警系统监测并计算得到边坡滑移区域的参量指标值，参量指标值包括电阻率变化值、横声波与纵声波的波速比、位移变化值以及水位变化值，将参量指标值分别与对应的预警阈值进行对比，得到对比结果，根据对比结果对稀土矿的边坡滑移区域进行稳定性分级预警，得到预警结果。通过点线面体立体式监测预警系统实现点线面体的立体式监测，并通过电阻率变化值、横声波与纵声波的波速比、位移变化值以及水位变化值对稀土矿的边坡滑移区域进行综合的稳定性分级预警，实现了对稀土边坡滑移的立体式监测及多指标综合预警，避免了现有的边坡滑移预判的指标单一及多参数时工作量大的问题。

基于以上图1所示的实施例，本发明的一些优选的实施例中，对以上实施例中的对比结果的过程进行具体说明，

将参量指标值中的电阻率变化值与电阻率预警判别阈值进行比较，得到第一比较结果；当第一比较结果为ΔR＞K

将横声波与纵声波的波速比与波速比预警判别阈值进行比较，得到第二比较结果；当第二比较结果为

将位移变化值与位移预警判别阈值进行比较，得到第三比较结果；当第三比较结果为ΔS＞K

将水位变化值与水位预警判别阈值进行比较，得到第四比较结果，当第四比较结果为ΔH＞K

具体的情况如下表1所示，

表1四个参量指标值与预警阈值的比较表

根据第一比值、第二比值、第三比值及第四比值，得到的是四位数的对比结果。

本发明实施例中，通过对四个参量指标值与预警阈值的比较结果进行二值化表示，能够简化对比结果的表达，有利于后续依据对比结果进行预警的处理。

基于以上的实施例，本发明的一些优选的实施例中，

将对比结果中的第一比值、第二比值、第三比值及第四比值进行相加，得到预警值；第一比值、第二比值、第三比值及第四比值分别可以是1或0；

将预警值与预设的稳定性分级预警表进行匹配；

当预警值为4时，确定预警等级为最高危险等级，表明边坡极有可能发生滑移事件，可以立刻发出红色声光报警，通知所有人员马上撤离危险地带；

当预警值为3，且第二比值或第四比值为0时，确定预警等级为最高危险等级，此时表明水位变化可能很小，但是电阻率变化值、波速比和位移变化值都存在问题，边坡极有可能发生滑移事件；或者，波速比没有问题，但是电阻率变化值、水位变化值和位移变化值都存在问题，边坡极有可能发生滑移事件；

当预警值为3，且第一比值或第三比值为0时，确定预警等级为中等危险等级，表明电阻率变化可能很小，但是波速比、水位变化值和位移变化值都存在问题，可能边坡内部发生较大形变，需要做好防护措施，可以发出黄色警示，提醒相关负责人做好支护工作；或者，位移变化可能很小，但是电阻率变化值、波速比和水位变化值都存在问题，可能边坡内部发生较大形变；

当预警值小于3，且第三比值为1时，表明只要有位移变化较大，就可能边坡内部发生较大形变，确定预警等级为中等危险等级；

当预警值小于3，且第三比值为0时，表明只要有位移变化较小，边坡就是安全稳定的状态，确定预警等级为最低危险等级，可以发出绿色灯光，提醒边坡是稳定的，危险等级最低；

对于预警等级的情况表如下表2所示，

表2预警等级的情况表

基于以上的实施例，本发明的一些优选的实施例中，方法还包括：

在得到了预警结果之后，还需要根据实际预测情况与真实灾害发生情况的记录对预警结果进行有效性分析，得到有效预警数据及漏报误报数据，根据漏报误报数据对预警阈值进行调整优化，得到预警优化阈值，将预警阈值替换为预警优化阈值。

在以上实施例中，对稀土边坡滑移灾害监测和预警方法进行了详细的说明，下面通过实施例对应用以上方法的边坡滑移灾害监测和预警装置进行说明，如图2所示，稀土边坡滑移灾害监测和预警装置包括：

布设在稀土矿的边坡滑移区域的点线面体立体式监测预警系统20，点线面体立体式监测预警系统20包括电阻率监测成像子系统201、地声监测子系统202、位移监测仪203及水位测量计204；

与点线面体立体式监测预警系统20连接的中央处理器21，用于实现以上边坡滑移灾害监测和预警方法。

本发明实施例的实施原理为：

利用点线面体立体式监测预警系统20监测并计算得到边坡滑移区域的参量指标值，参量指标值包括电阻率变化值、横声波与纵声波的波速比、位移变化值以及水位变化值，中央处理器21将参量指标值分别与对应的预警阈值进行对比，得到对比结果，根据对比结果对稀土矿的边坡滑移区域进行稳定性分级预警，得到预警结果。通过点线面体立体式监测预警系统实现点线面体的立体式监测，并通过电阻率变化值、横声波与纵声波的波速比、位移变化值以及水位变化值对稀土矿的边坡滑移区域进行综合的稳定性分级预警，实现了对稀土边坡滑移的立体式监测及多指标综合预警，避免了现有的边坡滑移预判的指标单一及多参数时工作量大的问题。

基于相同的技术方案，本发明还公开了一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在一个或多个存储器中并被配置为由一个或多个处理器执行，一个或多个程序包括用于执行以上描述的边坡滑移灾害监测和预警方法的指令。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。