一種基于多源傳感器的滑坡監(jiān)測(cè)和預(yù)警裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于多源傳感器的滑坡監(jiān)測(cè)和預(yù)警裝置，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和滑坡預(yù)警模塊；數(shù)據(jù)采集模塊采用多源傳感器采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)傳輸模塊，包括寬帶傳輸單元和窄帶傳輸單元，分別用于傳輸影像數(shù)據(jù)和非影像數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理模塊，用于對(duì)采集到的傳感器數(shù)據(jù)判定傳感器的工作質(zhì)量、提取滑坡監(jiān)測(cè)因子以及對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理獲取數(shù)字高程模型；滑坡預(yù)警模塊，用于檢查滑坡監(jiān)測(cè)因子是否超出設(shè)定的閾值范圍，判斷是否有發(fā)生滑坡的危險(xiǎn)并發(fā)出警報(bào)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用多源傳感器結(jié)合測(cè)量的方式提高滑坡監(jiān)控的精確度和預(yù)警的可信度；根據(jù)傳感器采集數(shù)據(jù)量的大小采用多個(gè)不同特性的數(shù)據(jù)通訊儀器，降低傳輸成本。
【專利說明】
-種基于多源傳感器的滑坡監(jiān)測(cè)和預(yù)譬裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種滑坡預(yù)警裝置，尤其是設(shè)及一種基于多源傳感器的滑坡監(jiān)測(cè)和預(yù) 警裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 滑坡災(zāi)害，即各類滑坡、崩塌、泥石流災(zāi)害的綜合，由多種外界因素觸發(fā)產(chǎn)生，如地 震、火山、河流沖刷、融雪、降雨及人類活動(dòng)等。大型滑坡所引起的次生災(zāi)害的破壞力甚至遠(yuǎn) 遠(yuǎn)超過它的直接破壞力?；嘛L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理、預(yù)警預(yù)報(bào)一直是國際上倡導(dǎo)和推廣的減災(zāi) 防災(zāi)有效途徑。目前急需對(duì)大型滑坡體本身進(jìn)行直接和精密的監(jiān)測(cè)W隨時(shí)掌握滑坡及周邊 環(huán)境變化的累積和觸發(fā)因素。而如何有效的集成多種傳感器W達(dá)到滑坡精密監(jiān)測(cè)和滑坡預(yù) 報(bào)預(yù)警的目標(biāo)將是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
[0003] 目前在應(yīng)對(duì)滑坡災(zāi)害的預(yù)警研究當(dāng)中，常常使用地面?zhèn)鞲衅骰蛘叻墙佑|式傳感 器。地面?zhèn)鞲衅饕话阒笢y(cè)量±壤內(nèi)部壓力的壓力計(jì)（如±壓力計(jì)），測(cè)量±壤內(nèi)部含水量的 水壓力計(jì)（如孔隙水壓力計(jì)），測(cè)量區(qū)域形變的位移計(jì)等。單獨(dú)使用地面?zhèn)鞲衅?，能夠?qū)崟r(shí) 獲取±壤內(nèi)部的變化信息，但是其數(shù)據(jù)多而且存在傳感器數(shù)據(jù)粗差的問題，區(qū)別滑坡變化 和傳感器粗差造成的數(shù)據(jù)變化存在一定難度。單獨(dú)使用非接觸式傳感器，如照相機(jī)，攝像機(jī) 等獲取影像的傳感器或LiDAR等獲取地表Ξ維點(diǎn)云的傳感器，能夠直觀地展示滑坡發(fā)生時(shí) 的現(xiàn)場(chǎng)狀況。但是影像及點(diǎn)云數(shù)據(jù)有一定的滯后性，需要通過后期處理等流程才能獲得需 要的滑坡監(jiān)測(cè)因子，無法做到及時(shí)預(yù)警。
[0004] 目前常用的滑坡分析實(shí)驗(yàn)大多采用的是數(shù)值模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。數(shù)值模型可W在 一定程度上模仿滑坡的發(fā)生，但是滑坡體具有各自的屬性特征，數(shù)值模型難W完全表示實(shí) 際滑坡的發(fā)生狀況。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽〇化]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于多源傳感 器的滑坡監(jiān)測(cè)和預(yù)警裝置。
[0006] 本發(fā)明的目的可W通過W下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0007] 一種基于多源傳感器的滑坡監(jiān)測(cè)和預(yù)警裝置，其特征在于，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù) 據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊和滑坡預(yù)警模塊；
[0008] 所述的數(shù)據(jù)采集模塊，包括地面?zhèn)鞲衅骱头墙佑|式傳感器，用于采集實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)數(shù) 據(jù)；
[0009] 所述的數(shù)據(jù)傳輸模塊，包括寬帶傳輸單元和窄帶傳輸單元，所述寬帶傳輸單元用 于傳輸影像數(shù)據(jù)，所述窄帶傳輸單元用于傳輸非影像數(shù)據(jù)；
[0010] 所述的數(shù)據(jù)處理模塊，用于對(duì)傳感器采集到的數(shù)據(jù)判定傳感器的工作質(zhì)量、計(jì)算 滑坡監(jiān)測(cè)因子W及對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理獲取數(shù)字高程模型；
[0011] 所述的滑坡預(yù)警模塊，用于檢查所述的滑坡監(jiān)測(cè)因子是否超出設(shè)定的闊值范圍， 判斷是否有發(fā)生滑坡的危險(xiǎn)并發(fā)出警報(bào)。
[0012] 所述滑坡監(jiān)測(cè)因子包括孔隙水壓力，位移，壓力，加速度和滑坡外因。
[0013] 所述的地面?zhèn)鞲衅靼芽p計(jì)、鉆孔壓力計(jì)、±壓力計(jì)、滲壓計(jì)、位移計(jì)、孔隙水壓 力計(jì)、大傾斜儀、小傾斜儀、溫濕度計(jì)、氣象站、加速度計(jì)和雨量計(jì)。
[0014] 所述的非接觸式傳感器包括高速照相機(jī)、低速照相機(jī)和監(jiān)控?cái)z像機(jī)。
[0015] 所述的寬帶傳輸單元為iMesh.
[0016] 所述的窄帶傳輸單元包括用于傳輸非影像數(shù)據(jù)的3G路由器和用于匯集非影像數(shù) 據(jù)的串口服務(wù)器。
[0017] 所述數(shù)據(jù)傳輸模塊對(duì)傳感器的工作質(zhì)量的判定方法具體為：
[0018] 對(duì)接收到的地面?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)與設(shè)定的闊值范圍進(jìn)行比較，如果超出該闊值范圍， 則判定該傳感器異常工作，反之則認(rèn)為該傳感器正常工作。
[0019] 所述的滑坡監(jiān)測(cè)和預(yù)警裝置還包括數(shù)據(jù)可視化模塊，用于對(duì)所述的滑坡監(jiān)測(cè)因子 制作成數(shù)據(jù)表及曲線圖，與傳感器工作質(zhì)量信息、滑坡監(jiān)測(cè)視頻一同進(jìn)行可視化處理。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0021] 1.采用多種地面?zhèn)鞲衅鳒y(cè)量與非接觸式傳感器攝影測(cè)量相結(jié)合的方法進(jìn)行滑坡 測(cè)量，融合多源數(shù)據(jù)的分析方法有利于提高滑坡監(jiān)控的精確度和預(yù)警的可信度。
[0022] 2.根據(jù)傳感器采集數(shù)據(jù)量的大小，采用多個(gè)不同特性的數(shù)據(jù)通訊儀器，針對(duì)數(shù)據(jù) 量小的地面?zhèn)鞲衅?，通過窄帶傳輸降低傳輸成本；而針對(duì)數(shù)據(jù)量大的影像數(shù)據(jù)則通過寬帶 傳輸；多途徑的傳輸方式使得實(shí)時(shí)性要求相對(duì)較高的小數(shù)據(jù)量不會(huì)因?yàn)閷?shí)時(shí)性要求相對(duì)較 低的大數(shù)據(jù)量的傳輸而導(dǎo)致堵塞在傳輸過程中。
[0023] 3.通過從地面?zhèn)鞲衅鞯玫降臄?shù)據(jù)，得到地面?zhèn)鞲衅鞯墓ぷ鳡顟B(tài)信息并繪制地面?zhèn)?感器的數(shù)據(jù)變化曲線圖，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行可視化處理，直觀地展示數(shù)據(jù)變化與滑坡狀態(tài)的關(guān) 聯(lián)。
[0024] 4.通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的滑坡監(jiān)測(cè)因子進(jìn)行建模實(shí)現(xiàn)滑坡預(yù)警，減少災(zāi)害損 失避免人員傷亡。
【附圖說明】 陽0巧]圖1為本實(shí)施例滑坡體±壤分布示意圖；
[0026] 圖2為本發(fā)明功能模塊的控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。 陽0測(cè)實(shí)施例
[0029] 本實(shí)施例主要是對(duì)四川省都江堪市虹口鄉(xiāng)實(shí)地滑坡進(jìn)行模擬并利用本裝置的基 于多源傳感器的滑坡監(jiān)測(cè)和預(yù)警裝置對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
[0030] 根據(jù)四川省都江堪市虹口鄉(xiāng)實(shí)地滑坡坡度在20度-40度之間，確定模擬滑坡體坡 度為30度、15度、5度Ξ段。模擬實(shí)驗(yàn)滑坡底架主要由寬度為1. 5米的紅磚搭建而成，滑坡 體Ξ段坡度的長度均為2米，滑坡體的最高高度為3米。根據(jù)都江堪市虹口鄉(xiāng)滑坡含有大 量碎石且±質(zhì)松散的±壤特性，將模擬滑坡體設(shè)計(jì)為兩層：下層層深為0. 6米的第一粘± 層10和表層層深為0. 2米的第二粘±層11。為了更清晰的觀測(cè)到各個(gè)部位滑坡體的滑動(dòng) 情況，每隔一米在靠近玻璃旁灌注0. 1米直徑的彩沙12。粘±層1擬采用粘±、沙子W 1:3 混合而成；粘±層2擬采用粘±、沙子W 1:4混合而成。設(shè)計(jì)規(guī)格圖如圖1所示。
[0031] 模型采用了全自動(dòng)人工模擬降雨系統(tǒng)。降水系統(tǒng)主要由降水水管組成。在滑坡體 每段坡度的鋼架上面，布設(shè)了六根帶閥口的塑料水管，用W控制降水時(shí)間和降水流量?；?模型外部接一個(gè)蓄水池，通過水管向水道內(nèi)注水，并通過雨量計(jì)或者氣象站計(jì)算降雨量。地 下水系統(tǒng)主要安裝在傾角為30度的滑道上方，模擬根據(jù)地下水位的上漲，水份滲入到±壤 層而對(duì)滑坡產(chǎn)生影響。
[0032] 本發(fā)明裝置20的數(shù)據(jù)采集模塊21與滑坡體直接連接，即在滑坡體上布設(shè)共22個(gè) 地面?zhèn)鞲衅?，在滑坡體外側(cè)布設(shè)5個(gè)非接觸式傳感器。各傳感器對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)因子如表1所 示。滑坡體內(nèi)通過巖上高度的變化W此來模擬滑坡表面的起始裂縫。裂縫下部配有6個(gè)孔 隙水壓力計(jì)，W此來監(jiān)測(cè)滑坡中部孔隙水壓的變化。同一直線上配置2個(gè)傾斜儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 地下不同高層的位移變化。頂部安裝位移計(jì)，W此來監(jiān)測(cè)滑坡的位移情況。
[0033]
[0034] 表1傳感器與提取因子對(duì)照表
[0035] 將兩架低速相機(jī)分別架設(shè)在滑坡模型坡腳前方0. 5米處的左前側(cè)和右前側(cè)，架設(shè) 高度約Im，兩臺(tái)相機(jī)間距約1.5m。在兩架低速相機(jī)的后方分別放置一架高速相機(jī)，架設(shè)高 度約為1. Im，略高于低速攝像機(jī)。為了保證拍攝時(shí)的帖頻要求，在滑坡體旁邊架設(shè)光源若 干。由于存儲(chǔ)空間的限制W及實(shí)際情況的需要，拍攝頻率根據(jù)滑坡的不同階段而調(diào)整。在 實(shí)驗(yàn)初期，每1分鐘獲取一個(gè)立體相對(duì)；當(dāng)滑坡體開始變化時(shí)，將帖頻調(diào)至1帖/秒；在滑坡 主體開始滑動(dòng)時(shí)，逐漸提高拍攝頻率，在滑坡運(yùn)動(dòng)最劇烈的階段，設(shè)置帖頻為20-30帖/秒； 當(dāng)滑坡慢慢趨于穩(wěn)定時(shí)，再逐漸降低拍攝頻率。為了能全景監(jiān)測(cè)滑坡面，在距離坡腳約0. 5 米處布設(shè)攝像機(jī)，攝像機(jī)安裝高度為4~6米。
[0036] 本發(fā)明裝置的數(shù)據(jù)傳輸模塊22共采用5個(gè)數(shù)據(jù)通訊的儀器：3個(gè)iMesh用于非接 觸式傳感器（攝像頭）數(shù)據(jù)傳輸；1個(gè)3G路由器用于地面?zhèn)鞲衅鳎ǔ龜z像頭w外的傳感 器）數(shù)據(jù)傳輸；1個(gè)串口服務(wù)器用于地面?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)匯集。試驗(yàn)場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)中所有傳感器 共27個(gè)，其中非接觸式傳感器5個(gè)，地面?zhèn)鞲衅?2個(gè)，傳感器分類及相應(yīng)的通訊方式如表 2所示。
[0037]
[0038] 表2傳感器通訊總匯
[0039] 傳回的數(shù)據(jù)通過本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理模塊23進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，地面?zhèn)鞲衅鞯臄?shù)據(jù)分 別與其闊值對(duì)比，判定該傳感器的工作狀態(tài)。對(duì)接收的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行滑坡監(jiān)測(cè)因子的提 取，得到該滑坡體不同區(qū)域的孔隙水壓力，位移，壓力，加速度等因子。數(shù)據(jù)可視化模塊24 根據(jù)提取出的監(jiān)測(cè)因子制成數(shù)據(jù)圖表顯示出來，將地面?zhèn)鞲衅鞴ぷ鳡顟B(tài)，地面?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù) 圖表W及滑坡監(jiān)測(cè)視頻展示在界面中。同時(shí)，滑坡預(yù)警模塊25根據(jù)監(jiān)測(cè)因子、傳感器工作 狀態(tài)W及結(jié)合視頻圖像的綜合分析，檢查滑坡監(jiān)測(cè)因子是否超出設(shè)定的闊值范圍，判斷是 否有發(fā)生滑坡的危險(xiǎn)并發(fā)出警報(bào)建立滑坡預(yù)警模型，對(duì)滑坡險(xiǎn)情進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警，設(shè)定的闊 值范圍可W是由經(jīng)驗(yàn)確定的，例如借鑒與所研究區(qū)域地理?xiàng)l件類似的已經(jīng)發(fā)生過滑坡的區(qū) 域，W其為參照確定闊值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于多源傳感器的滑坡監(jiān)測(cè)和預(yù)警裝置，其特征在于，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù) 傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊和滑坡預(yù)警模塊； 所述的數(shù)據(jù)采集模塊，包括地面?zhèn)鞲衅骱头墙佑|式傳感器，用于采集實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)； 所述的數(shù)據(jù)傳輸模塊，包括寬帶傳輸單元和窄帶傳輸單元，所述寬帶傳輸單元用于傳 輸影像數(shù)據(jù)，所述窄帶傳輸單元用于傳輸非影像數(shù)據(jù)； 所述的數(shù)據(jù)處理模塊，用于對(duì)傳感器采集到的數(shù)據(jù)判定傳感器的工作質(zhì)量、計(jì)算滑坡 監(jiān)測(cè)因子以及對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理獲取數(shù)字高程模型； 所述的滑坡預(yù)警模塊，用于檢查所述的滑坡監(jiān)測(cè)因子是否超出設(shè)定的閾值范圍，判斷 是否有發(fā)生滑坡的危險(xiǎn)并發(fā)出警報(bào)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多源傳感器的滑坡監(jiān)測(cè)和預(yù)警裝置，其特征在于， 所述滑坡監(jiān)測(cè)因子包括孔隙水壓力，位移，壓力，加速度和滑坡外因。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多源傳感器的滑坡監(jiān)測(cè)和預(yù)警裝置，其特征在于， 所述的地面?zhèn)鞲衅靼芽p計(jì)、鉆孔壓力計(jì)、土壓力計(jì)、滲壓計(jì)、位移計(jì)、孔隙水壓力計(jì)、大 傾斜儀、小傾斜儀、溫濕度計(jì)、氣象站、加速度計(jì)和雨量計(jì)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多源傳感器的滑坡監(jiān)測(cè)和預(yù)警裝置，其特征在于， 所述的非接觸式傳感器包括高速照相機(jī)、低速照相機(jī)和監(jiān)控?cái)z像機(jī)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多源傳感器的滑坡監(jiān)測(cè)和預(yù)警裝置，其特征在于， 所述的寬帶傳輸單元為iMesh。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多源傳感器的滑坡監(jiān)測(cè)和預(yù)警裝置，其特征在于， 所述的窄帶傳輸單元包括用于傳輸非影像數(shù)據(jù)的3G路由器和用于匯集非影像數(shù)據(jù)的串口 服務(wù)器。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多源傳感器的滑坡監(jiān)測(cè)和預(yù)警裝置，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)傳輸模塊對(duì)傳感器的工作質(zhì)量的判定方法具體為： 對(duì)接收到的地面?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)與設(shè)定的閾值范圍進(jìn)行比較，如果超出該閾值范圍，則判 定該傳感器異常工作，反之則認(rèn)為該傳感器正常工作。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多源傳感器的滑坡監(jiān)測(cè)和預(yù)警裝置，其特征在于， 所述的滑坡監(jiān)測(cè)和預(yù)警裝置還包括數(shù)據(jù)可視化模塊，用于對(duì)所述的滑坡監(jiān)測(cè)因子制作成數(shù) 據(jù)表及曲線圖，與傳感器工作質(zhì)量信息、滑坡監(jiān)測(cè)視頻一同進(jìn)行可視化處理。
【文檔編號(hào)】G08B21/10GK105989697SQ201510041862
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年1月27日
【發(fā)明人】陸平, 吳杭彬, 喬剛, 馮甜甜, 李巍岳, 童小華, 劉春 , 李榮興, 張絢
【申請(qǐng)人】同濟(jì)大學(xué)