一种滑坡多要素三维空间监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种滑坡多要素三维空间监测系统及方法，该系统包括：监测处理器以及与监测处理器通信连接的三维空间定位监测单元和多要素传感监测单元，所述三维空间定位监测单元包括GNSS定位装置，用于采集滑坡的三维定位信息和高程信息，并传输给所述监测处理器；所述多要素传感监测单元包括多种监测传感器，用于采集反应滑坡状态的多种要素数据，并传输给所述监测处理器。本发明专利技术提供的滑坡多要素三维空间监测系统及方法，有机融合三维空间定位技术与多要素实时监测技术，从立体化、多维度方面综合考虑，实现对滑坡灾害体的全方位、多要素、高精度监测，提升了滑坡灾害监测的可靠性、稳定性和有效性。

【技术实现步骤摘要】
一种滑坡多要素三维空间监测系统及方法
本专利技术涉及地质灾害监测
，特别是涉及一种滑坡多要素三维空间监测系统及方法。
技术介绍
目前，高精度连续监测已经是滑坡预警、减灾防灾必不可少的关键环节，包括GNSS、InSAR、地面和地下等监测设备与技术，为滑坡的时空域动态监测提供了关键的技术手段，尤其是GNSS技术以其全天候、高精度和易施工等诸多优点被广泛尝试应用于滑坡体的地表实时形变监测中，未来有望成为滑坡灾害监测的基础保障技术之一。GNSS地表变形监测技术主要指的是利用全球卫星定位导航系统来实现对灾害点地表位置进行定位，从而通过卫星到滑坡灾害点GNSS接收机的距离测量值，一旦滑坡灾害点GNSS接收机的位置发生变化，可以通过与卫星之间的位置变化来精确计算出滑坡灾害点的位置变化。通过对国内外滑坡监测技术的调研和分析，现阶段GNSS地表变形监测只是单一的获取滑坡灾害体地表三维变形信息，并没有与滑坡灾害体的其他监测参数(雨量、含水量、裂缝位移、深部位移等)进行深入的关联和联动，以及数据融合方面也没有实现很好的交叉联动，因此，急需一种集成GNSS地表位移监测数据和滑坡其他监测数据为一体的多要素三维空间监测系统，对滑坡灾害实现全方位、多要素、精细化监测。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种滑坡多要素三维空间监测系统及方法，有机融合三维空间定位技术与多要素实时监测技术，从立体化、多维度方面综合考虑，实现对滑坡灾害体的全方位、多要素、高精度监测，提升了滑坡灾害监测的可靠性、稳定性和有效性。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种滑坡多要素三维空间监测系统，该系统包括：监测处理器以及与监测处理器通信连接的三维空间定位监测单元和多要素传感监测单元，所述三维空间定位监测单元包括GNSS定位装置，用于采集滑坡的三维定位信息和高程信息，并传输给所述监测处理器；所述多要素传感监测单元包括多种监测传感器，用于采集反应滑坡状态的多种要素数据，并传输给所述监测处理器。可选的，所述监测处理器包括低功耗嵌入式微处理器，所述低功耗嵌入式微处理器采用STM32L071芯片。可选的，所述多要素传感监测单元包括雨量传感器、位移传感器、倾角传感器、土壤含水量传感器、加速度传感器、土体压力传感器、孔隙水压传感器。可选的，所述雨量传感器通过IO端口与所述低功耗嵌入式微处理器通信连接；所述位移传感器、倾角传感、土壤含水量传感器通过A/D转换电路与所述低功耗嵌入式微处理器通信连接；所述加速度传感器、土体压力传感器、孔隙水压传感器通过RS485电路与所述低功耗嵌入式微处理器通信连接。可选的，所述GNSS定位装置包括北斗、GPS、GLONASS中的一种或多种。可选的，所述三维空间定位监测单元还包括信号解析处理器，用于来将所述GNSS定位装置接收到的卫星信号传递到射频输入端，并将射频通道中的信号进行放大、滤波下变频，转换为可进行模拟转换的中频信号；模数转换器，用于将中频信号进行数字化，然后输送数字信号到基带处理器；基带处理器用于恢复原始收到的定位信息，将定位信息传输到所述监测处理器。可选的，所述滑坡多要素三维空间监测系统还包括无线通信模块，所述监测处理器通过所述无线通信模块与监测云服务器通信连接，所述监测处理器将获取到的监测数据发送至监测云服务器。可选的，所述无线通通信模块为4G全网通通信网络、北斗卫星通信网络或LoRa无线自组网络。本专利技术还提供了一种滑坡多要素三维空间监测方法，应用于上述的滑坡多要素三维空间监测系统，包括以下步骤：S1，获取滑坡多要素三维空间监测系统中的各个监测数据，包括滑坡的三维定位信息、高程信息和反应滑坡状态的多种要素数据；S2，初始化权值：构建决策数据训练集T＝{(s1，y1)，(s2，y2)，…，(sN，yN)}，其中si(i＝1，2，…，N)代表滑坡多要素三维空间监测系统中的各个监测数据，yi(i＝1，2，…，N)代表各个监测传感器经过数据处理后的特征数据，yi属于特征标记集合{1，0}；每一个训练样本最开始时都被赋予相同的权值：1/N，初始权值集合如下：DM1＝(ω11，ω12，…，ω1i…，ω1N)(1)其中S3，训练弱分类器：初步设定m＝1，2，…，M为迭代次数，获取每次迭代所得的弱分类器Fm(s)，并计算对应分类错误率：其中，错误率εm是εm被Fm(s)的误分类样本的权值之和，计算Fm(s)的系数其中，αm代表Fm(s)在最终分类器中的重要性占比，从公式可以看出，时，αm≥0，αm随着εm的减小而增大；假如则此次集成学习训练停止；满足条件则更新训练集的权值分布进行下一轮迭代，DMm+1＝(ωm+1，1，ωm+1，2，…，ωm+1，i…，ωm+1，N)(4)其中因为Zm是规范化因子，使得DMm+1成为一个概率分布，S4，按照弱分类器权重αm组合各个弱分类器，即最终形成强分类器，根据强分类器的运算结果，它的容错率越低，代表滑坡崩塌灾害发生的可能性越大。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的滑坡多要素三维空间监测系统及方法，将高精度三维空间定位技术与多要素滑坡实时监测技术进行有机融合，使监测数据在原有时间维度的基础上增加空间维度信息，有效提高监测数据的有效信息量和使用价值；通过多个监测传感器的节点化部署方式，可将原有监测方式的点式监测向整体监测扩展，通过数据融合分析技术，不仅能够获取大量基础监测数据，如降雨量、土壤含水量、裂缝位移、深部位移、单点地表变形、应力等多种滑坡关键要素以及监测点三维空间坐标，也可分析获得滑坡整体的三维空间变形情况，结合监测点的布设位置等手段，可以简单、高效的实现对滑坡体整体状况的全面掌控；此外，通过对空间位置的表征，使原有的监测参数也具备了三维空间向量属性，对于数据深入挖掘分析，如水、位移、土壤湿度、应力的传递方向和速度研究等应用场景具备更高的价值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例滑坡多要素三维空间监测系统的结构框图；图2为本专利技术滑坡多要素三维空间监测系统的数据处理流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种滑坡多要素三维空间监测系统及方法，有机融合三维空间定位技术与多要素实时监测技术，从立体化、多维度方面综合考虑，实现对滑坡灾害体的全本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种滑坡多要素三维空间监测系统，其特征在于，包括：监测处理器以及与监测处理器通信连接的三维空间定位监测单元和多要素传感监测单元，所述三维空间定位监测单元包括GNSS定位装置，用于采集滑坡的三维定位信息和高程信息，并传输给所述监测处理器；所述多要素传感监测单元包括多种监测传感器，用于采集反应滑坡状态的多种要素数据，并传输给所述监测处理器。/n

【技术特征摘要】
1.一种滑坡多要素三维空间监测系统，其特征在于，包括：监测处理器以及与监测处理器通信连接的三维空间定位监测单元和多要素传感监测单元，所述三维空间定位监测单元包括GNSS定位装置，用于采集滑坡的三维定位信息和高程信息，并传输给所述监测处理器；所述多要素传感监测单元包括多种监测传感器，用于采集反应滑坡状态的多种要素数据，并传输给所述监测处理器。


2.根据权利要求1所述的滑坡多要素三维空间监测系统，其特征在于，所述监测处理器包括低功耗嵌入式微处理器，所述低功耗嵌入式微处理器采用STM32L071芯片。


3.根据权利要求2所述的滑坡多要素三维空间监测系统，其特征在于，所述多要素传感监测单元包括雨量传感器、位移传感器、倾角传感器、土壤含水量传感器、加速度传感器、土体压力传感器、孔隙水压传感器。


4.根据权利要求1所述的滑坡多要素三维空间监测系统，其特征在于，所述雨量传感器通过IO端口与所述低功耗嵌入式微处理器通信连接；所述位移传感器、倾角传感、土壤含水量传感器通过A/D转换电路与所述低功耗嵌入式微处理器通信连接；所述加速度传感器、土体压力传感器、孔隙水压传感器通过RS485电路与所述低功耗嵌入式微处理器通信连接。


5.根据权利要求1所述的滑坡多要素三维空间监测系统，其特征在于，所述GNSS定位装置包括北斗、GPS、GLONASS中的一种或多种。


6.根据权利要求1所述的滑坡多要素三维空间监测系统，其特征在于，所述三维空间定位监测单元还包括信号解析处理器，用于来将所述GNSS定位装置接收到的卫星信号传递到射频输入端，并将射频通道中的信号进行放大、滤波下变频，转换为可进行模拟转换的中频信号；模数转换器，用于将中频信号进行数字化，然后输送数字信号到基带处理器；基带处理器用于恢复原始收到的定位信息，将定位信息传输到所述监测处理器。


7.根据权利要求1所述的滑坡多要素三维空间监测系统，其特征在于，所述滑坡多要素三维空间监测系统还包括无线通信模...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨辉，程玉华，赵贻玖，曹修定，郭伟，杨凯，孟庆佳，吴悦，李鹏，王立福，
申请(专利权)人：中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，电子科技大学，
类型：发明
国别省市：河北;13