一种黄土滑坡灾害综合监测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种黄土滑坡灾害综合监测方法及系统，其黄土滑坡灾害综合监测方法包括以下步骤：获取待监测区域的各项监测数据；利用GNSS相对定位技术及GNSS遥感技术，获取待监测区域的地表三维形变时间序列、大气水汽含量时间序列、地表土壤含水率时间序列；分析大气水汽含量时间序列与待监测区域的降雨量数据之间的关联性；分析三维地表形变时间序列与地表土壤含水率时间序列之间的关联性；对待监测区域进行降雨预警，及对待监测区域进行滑坡综合监测。本发明专利技术利用GNSS技术获取待监测区域的形变信息、大气水汽含量和土壤含水率的变化等环境信息，并分析其相互之间的响应关系，实现将GNSS技术更好地服务于滑坡灾害的综合监测。将GNSS技术更好地服务于滑坡灾害的综合监测。将GNSS技术更好地服务于滑坡灾害的综合监测。

【技术实现步骤摘要】
一种黄土滑坡灾害综合监测方法及系统


[0001]本专利技术涉及地质灾害监测
，具体为一种黄土滑坡灾害综合监测方法及系统。

技术介绍

[0002]黄土高原是我国三大地质灾害最为严重的地区之一，水敏性是黄土最显著的特征，连续性强降雨量作用下雨水入渗到黄土内部致使土体饱和度迅速增高，土壤中水分的变化影响了土体的抗剪强度，从而诱发黄土浅层滑坡。有效开展此类滑坡的形变及诱因监测工作，对我国防灾减灾工作具有重要的意义。
[0003]目前，全球导航卫星系统GNSS作为能够直接获取实时地表三维矢量变形的技术手段，被广泛应用于滑坡灾害监测领域。同时，全球导航卫星系统GNSS还可以提供源源不断的L波段微波信号，以获取测站区域的大气水汽含量和土壤含水率等地表环境信息。
[0004]针对在以往滑坡灾害监测研究中，全球导航卫星系统GNSS也仅仅只是被用于提供三维形变信息，而其能够提供监测站周围环境信息的能力却几乎被完全忽视的现象。并且现有技术中将导航卫星系统GNSS所提供的监测站周围环境信息应用到滑坡灾害综合监测的研究还未涉及。

技术实现思路

[0005]针对上述
技术介绍
中所提出的问题，本专利技术提出了一种黄土滑坡灾害综合监测方法及系统，该方法为一种集“三维形变、大气水汽含量、土壤含水率”为一体的地基GNSS遥感综合监测方法，验证了地基GNSS在黄土浅层滑坡灾害综合监测方面具有出色的能力。
[0006]本专利技术提供了一种黄土滑坡灾害综合监测方法，包括以下步骤：
[0007]获取待监测区域的各项监测数据；
[0008]根据各项监测数据，利用GNSS相对定位技术计算待监测区域的地表三维形变时间序列；利用GNSS折射遥感技术计算待监测区域的大气水汽含量时间序列；利用GNSS反射遥感技术计算待监测区域周围的地表土壤含水率时间序列；
[0009]获取的待监测区域的降雨量数据，分析其与大气水汽含量时间序列之间的响应关系，得到大气水汽含量与降雨量之间的关联性；
[0010]分析三维地表形变时间序列与地表土壤含水率时间序列之间的响应关系，得到待监测区域的滑坡变形与地表土壤含水率之间的关联性；
[0011]根据待监测区域的大气水汽含量与降雨量之间的关联性，以及解算的待监测区域大气水汽含量，对待监测区域进行降雨预警；根据待监测区域的滑坡变形与地表土壤含水率之间的关联性，以及解译的待监测区域的地表土壤含水率，对待监测区域进行滑坡综合监测。
[0012]进一步地，所述获取待监测区域的各项监测数据，包括：
[0013]在所述待监测区域设置GNSS监测基准站、流动站，并获取所述待监测区域的GNSS
测站观测数据；
[0014]获取所述待监测区域的广播星历数据；
[0015]获取所述待监测区域的精密星历数据；
[0016]获取所述待监测区域的气象数据。
[0017]进一步地，所述根据各项监测数据，利用GNSS相对定位技术计算待监测区域的地表三维形变时间序列，包括以下步骤：
[0018]根据所述GNSS测站观测数据，计算卫星的位置、速度、钟差；
[0019]根据所述GNSS测站观测数据，利用伪距单点定位计算流动站、基准站的概略坐标；
[0020]根据所述GNSS测站观测数据，计算所述基准站与流动站的非差残差项；
[0021]对所述GNSS测站观测数据进行潮汐改正、对流层改正、天线相位中心改正；
[0022]对所述基准站与流动站的非差残差项进行卡尔曼滤波；
[0023]利用周跳探测中的M
‑
W组合观测算法，并根据基准站与流动站的概略坐标，以及经过卡尔曼滤波处理后的非差残差项，确定整周模糊度；
[0024]提取流动站相对基准站的站心坐标NEU；
[0025]根据流动站相对基准站的站心坐标NEU，得到待监测区域的地表三维形变时间序列。
[0026]进一步地，所述根据各项监测数据，利用GNSS折射遥感技术计算待监测区域的大气水汽含量时间序列，包括：
[0027]计算GNSS测站观测数据中的天顶方向总延迟ZTD；
[0028]从所述气象数据中获取待监测区域的气压、温度，并计算大气加权平均温度；
[0029]计算GNSS测站观测数据中的天顶干延迟ZHD；
[0030]计算湿延迟ZWD，其计算公式为：
[0031]ZWD＝ZTD
‑
ZHD
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0032]根据湿延迟ZWD，以及大气加权平均温度，计算不同时刻的大气水汽含量PWV，得到待监测区域的大气水汽含量时间序列。
[0033]进一步地，所述根据各项监测数据，利用GNSS反射遥感技术计算待监测区域周围的地表土壤含水率时间序列，包括：
[0034]提取所述GNSS测站观测数据中的信噪比SNR数据；
[0035]选取观测卫星的高度角，并设置方位角，截取所述信噪比SNR数据中发生高频振荡的信噪比SNR数据；
[0036]利用低阶多项式将发生高频振荡的信噪比SNR数据中的直、反射信号分离；
[0037]对信噪比SNR数据中分离出的反射信号进行重采样；
[0038]对重采样后的所述反射信号进行LS频谱分析，得到GNSS测站天线相位中心到地面的反射高h；
[0039]将所述反射高h、反射信号的波长λ、信噪比SNR数据以及卫星高度角θ代入公式(2)，并利用非线性最小二乘法拟合得到相位参数ψ和幅值A；
[0040][0041]根据所获取的相位参数ψ，建立线性反演模型获取待监测区域周围的地表土壤含水率时间序列。
[0042]进一步地，所述分析大气水汽含量时间序列与降雨量数据之间的响应关系，得到大气水汽含量与降雨量之间的关联性，包括：
[0043]绘制所述大气水汽含量时间序列和降雨量数据之间的双坐标轴关系图，从图中分析大气水汽含量时间序列和降雨量数据之间的关系，得到大气水汽含量与降雨量之间的关联性。
[0044]进一步地，所述分析三维地表形变时间序列与地表土壤含水率时间序列之间的响应关系，得到待监测区域的滑坡变形与地表土壤含水率之间的关联性，包括：
[0045]根据所述三维地表形变时间序列，得到滑坡累积位移；
[0046]绘制所述滑坡累计位移与地表土壤含水率之间的双坐标轴关系图，得到所述滑坡累计位移与地表土壤含水率之间的关联性。
[0047]进一步地，在所述绘制滑坡累计位移与地表土壤含水率之间的双坐标轴关系图时，通过时滞互相关分析方法定量分析滑坡位移速率对地表土壤含水率变化响应的滞后时间；
[0048]依据所述滑坡位移速率对地表土壤含水率变化响应的滞后时间，绘制所述滑坡位移速率与地表土壤含水率之间的双坐标轴关系图，从图中分析所述滑坡位移速率与地表土壤含水率之间的相关性。
[0049]本专利技术提供一种黄土滑坡灾害综合监测系统，包括：
[0050本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种黄土滑坡灾害综合监测方法，其特征在于，包括以下步骤：获取待监测区域的各项监测数据；根据各项监测数据，利用GNSS相对定位技术计算待监测区域的地表三维形变时间序列；利用GNSS折射遥感技术计算待监测区域的大气水汽含量时间序列；利用GNSS反射遥感技术计算待监测区域周围的地表土壤含水率时间序列；获取的待监测区域的降雨量数据，分析其与大气水汽含量时间序列之间的响应关系，得到大气水汽含量与降雨量之间的关联性；分析三维地表形变时间序列与地表土壤含水率时间序列之间的响应关系，得到待监测区域的滑坡变形与地表土壤含水率之间的关联性；根据待监测区域的大气水汽含量与降雨量之间的关联性，以及解算的待监测区域大气水汽含量，对待监测区域进行降雨预警；根据待监测区域的滑坡变形与地表土壤含水率之间的关联性，以及解译的待监测区域的地表土壤含水率，对待监测区域进行滑坡综合监测。2.根据权利要求1所述的一种黄土滑坡灾害综合监测方法，其特征在于：所述获取待监测区域的各项监测数据，包括：在所述待监测区域设置GNSS监测基准站、流动站，并获取所述待监测区域的GNSS测站观测数据；获取所述待监测区域的广播星历数据；获取所述待监测区域的精密星历数据；获取所述待监测区域的气象数据。3.根据权利要求2所述的一种黄土滑坡灾害综合监测方法，其特征在于：所述根据各项监测数据，利用GNSS相对定位技术计算待监测区域的地表三维形变时间序列，包括以下步骤：根据所述GNSS测站观测数据，计算卫星的位置、速度、钟差；根据所述GNSS测站观测数据，利用伪距单点定位计算流动站、基准站的概略坐标；根据所述GNSS测站观测数据，计算所述基准站与流动站的非差残差项；对所述GNSS测站观测数据进行潮汐改正、对流层改正、天线相位中心改正；对所述基准站与流动站的非差残差项进行卡尔曼滤波；利用周跳探测中的M
‑
W组合观测算法，并根据基准站与流动站的概略坐标，以及经过卡尔曼滤波处理后的非差残差项，确定整周模糊度；提取流动站相对基准站的站心坐标NEU；根据流动站相对基准站的站心坐标NEU，得到待监测区域的地表三维形变时间序列。4.根据权利要求3所述的一种黄土滑坡灾害综合监测方法，其特征在于：所述根据各项监测数据，利用GNSS折射遥感技术计算待监测区域的大气水汽含量时间序列，包括：计算GNSS测站观测数据中的天顶方向总延迟ZTD；从所述气象数据中获取待监测区域的气压、温度，并计算大气加权平均温度；计算GNSS测站观测数据中的天顶干延迟ZHD；计算湿延迟ZWD，其计算公式为：ZWD＝ZTD
‑
ZHD
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)根据湿延迟ZWD，以及大气加权平均温度，计算不同时刻的大气水汽含量PWV，得到待监
测区域的大气水汽含量时间序列。5.根据权利要求1所述的一种黄土滑坡灾害综合监测方法，其特征在于：所述根据各项监测数据，利用GNSS反射遥感技术计算待监测区域周围的地表土...

【专利技术属性】
技术研发人员：张双成，周昕，田静，刘奇，樊茜佑，马中民，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：