一种暴雨型稀性泥石流监测预报预警方法技术

一种暴雨型稀性泥石流监测预报预警方法，装置包括多要素气象站单元、泥水位报警器单元及视频监测器单元；当泥石流形成区发生降雨时，多要素气象站单元开始采集雨量数据，并将数据传输至远端的综控中心；当降雨量达到或超过泥石流形成的临界雨量值时，发出首次预警预报信号；当泥石流汇入到主沟的上中游并超过安全阈值时，临界泥位阈值时发出二次报警信号；当泥石流达到预定位置的上下观测断面并超过临界值时，发出紧急报警信号；综控中心利用计算机对发回的数据分析处理，实时在线绘制数据曲线，完成数据存储，并根据各监测区域的预报预警信号综合发布预报预警方案。本发明专利技术能够对雨量、泥水位、视频数据自动采集、记录、处理，提高了效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地质灾害监测领域，具体为一种暴雨型稀性泥石流监测预报预警装置及方法。
技术介绍
山洪(泥石流)灾害的影响已由过去的农业扩展到城市、工业、生态环境等诸多领域。泥流是黄土高原常见的一种地质灾害，它爆发突然，来势凶猛而迅速，破坏力强，对黄土高原区的工农业生产和人民生活造成了严重的危害。突发的泥流往往冲进村庄和城镇，毁坏房屋、工厂、企事业单位以及各种设备和设施，还掩埋人畜和农田，甚者造成村毁人亡。临监测警报即零小时到数小时内的预报，是依据每小时的雨量图、雨势情报、危险前兆、监测仪器制定依据，对城镇、工矿和交通运输部门的泥石流临灾避难与救助有重要意义。传统的泥石流监测预报预警方法是在野外建立简易监测点，采用简易的观测方法，即主要利用人工观测雨量和发生泥石流后的预警，检测仪器科技含量不高，方法单一，存在监测精度差、成果不及时和可靠度不够的问题，遇到雷雨天气通讯难以畅通，特别是夜间，监测预警很难实施。因此，亟待提供一种改进的泥石流监测预报预警装置及方法以克服上述缺陷。目前中国专利“一种接触式泥石流监测装置”(公开号：CN205140157U)，公开的监测装置是一种接触式且采用光纤光栅传感器作为主要部件的装置，其功能结构单一，只能在泥石流已经发生的情况下监测，没有起到预报的效果；中国专利“一种泥石流监测预警系统及方法”(公开号：CN105096533A)，公开的系统是一种基于泥石流发生时的力学条件为监测对象的系统，该方法仅仅考虑了泥石流发生的力学条件，并没有过多考虑发生泥石流的其他充分必要条件，所以在真正的泥石流全过程监测预警方面还存在缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种暴雨型稀性泥石流监测预报预
警装置及方法，旨在解决泥流观测和量化困难的问题，实现全自动监测预报泥石流的爆发，实时、快速、准确、全程地监测和收集有关泥石流形成、运动规律、灾害程度等多方面的信息数据，从而实现及时防护和避险，保障人们的生命和财产安全，有效降低泥石流的危害性。为了实现上述目的，本专利技术暴雨型稀性泥石流监测预报预警装置包括多要素气象站单元、泥水位报警器单元以及视频监测器单元；所述的多要素气象站单元包括雨量采集模块、风速传感器、风向感应器、气温采集模块、气压采集模块以及湿度采集模块；所述的泥水位报警器单元包括用于检测水或饱和泥水的数据采集报警仪、用于在泥石流发生初期对泥水位变化进行实时监测的激光物位探头、用于发出指定报警音的报警音响以及用于数据接收处理并能够进行无线发送的计算机；所述的视频监测器单元包括能够全天候移动侦测录像的摄像头。所述的多要素气象站单元、泥水位报警器单元及视频监测器单元均采用太阳能电池供电。所述的多要素气象站单元、泥水位报警器单元以及视频监测器单元分别通过遥测终端和通讯终端实现数据的自动采集与传输。所述的多要素气象站单元包括安装支架，安装支架上固定有太阳能电池板与电池盒，所述的雨量采集模块为设置在安装支架上的降水收集漏斗，风速传感器为固定在安装支架正前方顶部的风速计，所述的风向感应器为固定在安装支架正前方底部的风向标，安装支架上还设置有水准仪。所述的泥水位报警器单元采用潍坊金水华禹信息科技有限公司生产的激光水位计。所述的视频监测器单元包括采集镜头，用于检测光线强弱的光敏电阻，用于夜间补光的阵列大灯以及用于对视频信号进行无线传输的WIFI天线。本专利技术暴雨型稀性泥石流监测预报预警方法采用的技术方案，包括以下步骤：步骤一、当泥石流形成区发生降雨时，多要素气象站单元开始采集雨量数据，并将数据传输至远端的综控中心；步骤二、当降雨量达到或超过泥石流形成的临界雨量值时，发出首次预警预报信号；步骤三、当泥石流汇入到主沟的上中游并超过安全阈值时，安装于主沟上中游的泥水位报警器单元被启动，临界泥位阈值时发出二次报警信号；步骤四、当泥石流达到预定位置的上下观测断面并超过临界值时，发出紧急报警信号；步骤五、综控中心利用计算机对发回的数据进行分析处理，实时在线绘制数据曲线，完成数据存储，并根据各监测区域的预报预警信号综合发布预报预警方案。所述的步骤二得到泥石流形成临界雨量值的方法包括：首先通过SWAT模型建立降雨和径流的关系；然后通过3S技术中的HEC-RAS与HEC-GeoRAS插件建立径流和致灾程度的关系；以此对淹没范围及水深分布进行计算，确定淹没范围的临界降雨量值。建立SWAT模型方法如下：结合数字高程模型DEM，通过SWAT模型将流域划分成若干个子流域；加载土地利用图、土壤类型图，再进行重分类，对坡度进行分类之后，将所有图层叠加，生成若干个水文响应单元，每个水文响应单元内土地利用、土壤类型和坡度相同；模型中用到的土壤数据分为物理属性数据和化学属性数据；物理属性数据包括土壤分层数、各层厚度、土壤颗粒组成、土壤水文分组以及饱和水力传导系数；化学属性为土壤中氮、磷的初始浓度；土地利用数据来源于中国西部环境与生态科学数据中心，土地利用数据在建模时将数据源的分类代码转化成SWAT模型能够识别的代码；气象数据由气象科学数据共享服务中心提供；以上数据录入到Excel表格后，均按模型要求以DBF格式文件存储；参数敏感性分析和率定通过对参数进行敏感性分析，选取敏感性等级最高的参数，进行模型率定；调整过程中，先调整月径流，再调整日径流，先调整基流，再调整直接径流；采用ArcSWAT提供的参数敏感度分析模块进行参数敏感性分析，根据模型参数敏感性分析的结果，对径流过程敏感性的参数进行校正；根据以上过程建立降雨与径流之间的关系。所述的步骤三临界泥位阈值的获取方法为：首先通过建立泥位要素与泥石流灾害规模之间的关系，然后分析泥位要素与泥石流灾害预警预报警戒级别之间的对应关系，通过实测沟道断面积和数学模型计算，确定泥位阈值，最终建立泥位监测预报预警系统；具体地，利用ArcGIS软件及其插件HEC-GeoRAS对研究区域的河网几何资料进行提取；在ArcMap中，利用GIS的空间分析功能，将研究区的DEM数字高程模型转化为TIN模型，建立流域的数字地形模型，然后叠加SPOT卫星遥感影像，对研究区的河网几何资料进行概化处理；实际调查泥石流区概化河段，对不同图层的数据概化步骤类似，即首先导入地形和遥感影像资料，导入之前需要对数据进行投影转换；然后对不同图层要素进行概化，如果需要的图层要素已经有相应的矢量资料，则将矢量资料投影转换后直接导入到HEC-GeoRAS中，若没有则需要根据地形图和遥感影像资料勾画相应的图层，然后对该图层进行赋属性；所有河网几何资料概化后，将其结果导入到HEC-RAS中作为模型的几何基础数据，然后将SWAT模型计算的各流域出口处径流量作为HEC-RAS的初始条件，并对模型的边界条件及流态进行设定，在此基础上对泥石流的演进进行模拟，根据模拟结果设定不同的报警级别。与现有技术相比，本专利技术暴雨型稀性泥石流监测预报预警装置能够根据发生泥石流区域的具体情况，将各监测单元分别在泥石流不同区域进行布置，整体上使其成为多级泥石流监测预报预警系统。在系统运行期间，由多要素气象站单元以及泥水位报警器单元自动采集有关测量指标数据并将其发送到综合控制中心，综合控制中心实时在线显示监测数据曲线过程，完成数据存储，并根据各本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种暴雨型稀性泥石流监测预报预警装置，其特征在于：包括多要素气象站单元(4)、泥水位报警器单元(5)以及视频监测器单元(6)；所述的多要素气象站单元(4)包括雨量采集模块、风速传感器、风向感应器、气温采集模块、气压采集模块以及湿度采集模块；所述的泥水位报警器单元(5)包括用于检测水或饱和泥水的数据采集报警仪、用于在泥石流发生初期对泥水位变化进行实时监测的激光物位探头、用于发出指定报警音的报警音响以及用于数据接收处理并能够进行无线发送的计算机；所述的视频监测器单元(6)包括能够全天候移动侦测录像的摄像头。

【技术特征摘要】
1.一种暴雨型稀性泥石流监测预报预警装置，其特征在于：包括多要素气象站单元(4)、泥水位报警器单元(5)以及视频监测器单元(6)；所述的多要素气象站单元(4)包括雨量采集模块、风速传感器、风向感应器、气温采集模块、气压采集模块以及湿度采集模块；所述的泥水位报警器单元(5)包括用于检测水或饱和泥水的数据采集报警仪、用于在泥石流发生初期对泥水位变化进行实时监测的激光物位探头、用于发出指定报警音的报警音响以及用于数据接收处理并能够进行无线发送的计算机；所述的视频监测器单元(6)包括能够全天候移动侦测录像的摄像头。2.根据权利要求1所述的暴雨型稀性泥石流监测预报预警装置，其特征在于：所述多要素气象站单元(4)、泥水位报警器单元(5)及视频监测器单元(6)均采用太阳能电池供电。3.根据权利要求1所述的暴雨型稀性泥石流监测预报预警装置，其特征在于：所述的多要素气象站单元(4)、泥水位报警器单元(5)以及视频监测器单元(6)分别通过遥测终端和通讯终端实现数据的自动采集与传输。4.根据权利要求1所述的暴雨型稀性泥石流监测预报预警装置，其特征在于：所述的多要素气象站单元(4)包括安装支架(4-5)，安装支架(4-5)上固定有太阳能电池板(4-2)与电池盒(4-6)，所述的雨量采集模块为设置在安装支架(4-5)上的降水收集漏斗(4-4)，风速传感器为固定在安装支架(4-5)正前方顶部的风速计(4-1)，所述的风向感应器为固定在安装支架(4-5)正前方底部的风向标(4-7)，安装支架(4-5)上还设置有水准仪(4-3)。5.根据权利要求1所述的暴雨型稀性泥石流监测预报预警装置，其特征在于：所述的泥水位报警器单元(5)采用激光水位计。6.根据权利要求1所述的暴雨型稀性泥石流监测预报预警装置，其特征在于：所述的视频监测器单元(6)包括采集镜头(6-1)，用于检测光线强弱的光敏电阻(6-4)，用于夜间补光的阵列大灯(6-3)以及用于对视频信号进行无线传输的WIFI天线(6-2)。7.一种暴雨型稀性泥石流监测预报预警方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、当泥石流形成区发生降雨时，多要素气象站单元(4)开始采集雨量数据，并将数据传输至远端的综控中心；步骤二、当降雨量达到或超过泥石流形成的临界雨量值时，发出首次预警预报信号；步骤三、当泥石流汇入到主沟的上中游并超过安全阈值时，安装于主沟上中游的泥水位报警器单元(5)被启动，临界泥位阈值时发出二次报警信号；步骤四、当泥石流达到预定位置的上下观测断面并超过临界值时，发出紧急报警信号；步骤五、综控中心利用计算机对发回的数据进行分析处理，实时在线绘制数据曲线，完成数据存储，并根据各监测区域的预报预警信号综合发布预报预警方案。8.根据权利要求7所述的暴雨型稀性泥石流监测预报预警方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍艾迪，党剑，王菊翠，汪洁，李则成，王磊，曹哲，袁靖，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61