一种面向尾矿库多元灾害的综合监测预警和安全评估方案制造技术

本发明专利技术公开了一种面向尾矿库多元灾害的综合监测预警和安全评估方案，其方法包括：根据诊断步长对实时数据和健康状态的数据进行截取，分别得到实时样本数据和健康样本数据；对上述数据进行多种结构健康评估指标计算，得到尾矿库的实时性能参数指标和健康参数指标；再将多种健康评估指标进行融合处理，得到实时融合指标和健康融合指标；将实时融合指标和健康融合指标进行对比，得到尾矿库的健康诊断信息和监测预警信息。本发明专利技术提供的技术方案可同时进行位移监测、渗流监测、干滩监测、库水位监测、降水量监测、微震动监测和视频监测，能对尾矿库进行实时的多元灾害的综合监测以及进行及时、准确的预警。准确的预警。准确的预警。

【技术实现步骤摘要】
一种面向尾矿库多元灾害的综合监测预警和安全评估方案


[0001]本专利技术涉及尾矿库灾害监测预警和安全评估
，尤其是一种面向尾矿库多元灾害的综合监测预警和安全评估方法、系统和平台。

技术介绍

[0002]尾矿库是指用以贮存金属、非金属矿山进行矿山选别后排出尾矿的场所。尾矿坝是由尾矿堆积碾压而成的坝体，分为尾矿堆积坝和初期坝，初期坝可做成透水坝(有利于尾矿排水固结，近年来采用较多)和不透水坝(国内早期采用较多)，在矿山环境的保护和治理中起到很大的作用，它主要应用于堆存金属和非金属矿山进行矿石选别后排出的尾矿或其他工业废渣。不同于水库，水库要求防渗，而尾矿库要求排渗，否则容易形成泥石流。尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流危险源，存在溃坝危险，一旦失事，使人民群众生命财产安全受到极大威胁，同时也给环境安全带来严重危害。

技术实现思路

[0003](一)要解决的技术问题
[0004]尾矿库管理由于监测监控不完备、监测监控技术落后，专业监测人员缺乏等原因，许多尾矿库处在无监测监控状态，少数在建的尾矿库运行参数监测误差大、不准确，难以及时掌握尾矿库各项安全技术指标，这些都极大影响尾矿库的安全管理。当前，尾矿库安全运行的主要技术参数如坝体形变位移、库水位、浸润线埋深、干滩指标和降雨量等，均由人工定期用传统仪器到现场进行测量，安全监测工作量大、受天气、人工、现场条件等许多因素的影响，存在一定的系统误差和人工误差。同时，人工监测还存在不能及时监测尾矿库的各项技术参数，难以及时掌握尾矿库各项安全技术指标等缺点，这些都将影响尾矿库的安全生产和安全管理水平。此外，不同尾矿库对不同致灾风险因子的敏感性也是不同的，从而只是监测1
‑
2种致灾风险因子或者独立的进行监测并不能进行准确和有效的预警。
[0005]因此，本专利技术提出一种面向尾矿库多元灾害的综合监测预警和安全评估方案，同时进行位移监测、渗流监测、干滩监测、库水位监测、降水量监测、微震动监测和视频监测等，能对尾矿库进行实时的多元灾害的综合监测以及进行及时、准确的预警。
[0006](二)技术方案
[0007]针对尾矿库灾害风险的类型和特征，提供一种面向尾矿库多元灾害的综合监测预警和安全评估方案，其中，
[0008]一种面向尾矿库多元灾害的综合监测预警和安全评估方法，其特征在于包括：
[0009]利用卫星雷达和地面传感器采集数据的时空分辨率优势，采用InSAR雷达数据对监测区进行分析，从而筛选出需要实时监测的高风险区域以及更准确的指导地面传感器的布设；
[0010]在监测期，当出现新的隐患并被InSAR常态监测捕捉到时，将及时进行地面测站的补设；其中，所有地面测站都是综合性的自动化远程监测系统，通过传感器的集成，对坝体
及岸坡地表位移、深部位移、坝体及岸坡内部倾斜、错动、土壤湿度、孔隙水压力变化等进行连续监测，及时捕捉坝体及岸坡形状变化的特征信息，并通过有线或无线方式将监测数据及时发送到数据中心；
[0011]通过计算机进行数据处理和分析，对坝体及岸坡的整体稳定性做出判断，快速做出诸如坝体崩塌、滑坡等灾害发生的预警预报；
[0012]对多元异构的监测数据进行多指标分析，并且根据所述多指标分析的结果进行数据融合，得到综合安全评估的结果，具体步骤包括：
[0013]S1：根据预设诊断步长对获取的实时数据进行截取，得到实时样本数据；并且，根据所述预设诊断步长对获取的健康振动数据进行截取，得到健康样本数据；
[0014]S2：对所述实时样本数据和健康样本数据分别进行多种结构健康评估指标计算，得到尾矿库的实时性能参数指标和健康参数指标；其中，所述实时性能参数指标和健康参数指标分别包括频谱指标、主成分指标、小波包能量指标，以及二次协方差指标；
[0015]S3：在将所述实时性能参数指标和健康参数指标分别进行正则化和概率化处理之后，采用加权平均理论、或贝叶斯理论、或D
‑
S证据理论进行融合处理，得到实时融合指标和健康融合指标；
[0016]S4：将所述实时融合指标和健康融合指标进行对比，得到尾矿库的健康诊断信息和监测预警信息。
[0017]一种面向尾矿库多元灾害的综合监测预警和安全评估系统，用于执行如上述的面向尾矿库多元灾害的综合监测预警和安全评估方法，并包括云服务器，所述云服务器通过B/S架构的管理软件为管理人员提供尾矿库的健康诊断信息，在所述云服务器上包括如下模块：
[0018](1)数据采集模块，用于根据预设诊断步长对获取的实时数据进行截取，得到实时样本数据；并且，根据所述预设诊断步长对获取的健康振动数据进行截取，得到健康样本数据；
[0019](2)多种结构健康评估指标计算模块，用于对所述实时样本数据和健康样本数据分别进行多种结构健康评估指标计算，得到尾矿库的实时性能参数指标和健康参数指标；
[0020](3)指标融合预处理及多指标融合计算模块，用于在将所述实时性能参数指标和健康参数指标分别进行正则化和概率化处理之后，采用加权平均理论、或贝叶斯理论、或D
‑
S证据理论进行融合处理，得到实时融合指标和健康融合指标；
[0021](4)诊断输出模块，用于将所述实时融合指标和健康融合指标进行对比，得到尾矿库的健康诊断信息和监测预警信息。
[0022]一种基于多元传感数据的尾矿库多风险因子联合实时监测预警系统平台，所述平台用于部署如上述的面向尾矿库多元灾害的综合监测预警和安全评估系统，所述平台的架构包括：
[0023](1)多元数据感知层，用于对尾矿库的运行数据进行实时采集、传输、计算、分析；
[0024](2)数据传输层，用于将传感器所采集的数据实时传输到云服务器；
[0025](3)数据分析层，用于数据预处理、数据融合、特征提取、模式识别和报表生成；
[0026](4)数据应用层，用于通过智能电子设备上运行的监测软件，实现可视化分析和结果可视化。
[0027](三)有益效果
[0028]本专利技术可在尾矿库的重点部位部署多种类型的监测传感器，形成一个尾矿库综合监测台网，通过网络把传感器实时数据汇集传输到尾矿库数据中心处理服务器处理和存储。数据中心可以显示各监测点位传感器的实时数据，并对数据进行实时自动分析处理，当有监测点位数据异常时发出警报，提醒尾矿库监测人员注意相关风险，提前采取预防处置措施，避免尾矿库发送重大灾害风险。数据中心可以在后台机器上调取系统记录的历史数据进行多元数据融合和多种评估指标的分析计算，获得尾矿库灾害风险评估报告，为尾矿库的灾害预防工作提供数据支撑，为尾矿库的灾害预防技术的研究积累数据资料。
[0029]本专利技术充分利用了卫星雷达和地面传感器采集数据的时空分辨率优势，既保证了监测的有效性和预警的可行性。在实施上，将采用过去两三年的C波段InSAR雷达数据对监测区进行分析，从而筛选出需要实时监测的高风险区域以及更准确的指导地面传感器的布设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向尾矿库多元灾害的综合监测预警和安全评估方法，其特征在于，包括：利用卫星雷达和地面传感器采集数据的时空分辨率优势，采用InSAR雷达数据对监测区进行分析，从而筛选出需要实时监测的高风险区域以及更准确的指导地面传感器的布设；在监测期，当出现新的隐患并被InSAR常态监测捕捉到时，将及时进行地面测站的补设；其中，所有地面测站都是综合性的自动化远程监测系统，通过传感器的集成，对坝体及岸坡地表位移、深部位移、坝体及岸坡内部倾斜、错动、土壤湿度、孔隙水压力变化等进行连续监测，及时捕捉坝体及岸坡形状变化的特征信息，并通过有线或无线方式将监测数据及时发送到数据中心；通过计算机进行数据处理和分析，对坝体及岸坡的整体稳定性做出判断，快速做出诸如坝体崩塌、滑坡等灾害发生的预警预报；对多元异构的监测数据进行多指标分析，并且根据所述多指标分析的结果进行数据融合，得到综合的安全评估的结果，具体的步骤包括：S1：根据预设诊断步长对获取的实时数据进行截取，得到实时样本数据；并且，根据所述预设诊断步长对获取的健康振动数据进行截取，得到健康样本数据；S2：对所述实时样本数据和健康样本数据分别进行多种结构健康评估指标计算，得到尾矿库的实时性能参数指标和健康参数指标；其中，所述实时性能参数指标和健康参数指标分别包括频谱指标、主成分指标、小波包能量指标，以及二次协方差指标；S3：在将所述实时性能参数指标和健康参数指标分别进行正则化和概率化处理之后，采用加权平均理论、或贝叶斯理论、或D
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S证据理论进行融合处理，得到实时融合指标和健康融合指标；S4：将所述实时融合指标和健康融合指标进行对比，得到尾矿库的健康诊断信息和监测预警信息。2.如权利要求1所述的一种面向尾矿库多元灾害的综合监测预警和安全评估方法，其特征在于，在S2中，所述频谱指标，通过如下方式计算获得：通过随机子空间法进行计算，假设输出通道数为l，其中参考通道数为r，则利用输出数据构建(2i)行
×
j列的Hankel矩阵H，并分解为“past”和“future”两部分：其中过去(对应past)和将来(对应future)测量的结构响应数据矩阵分别是和Y
f
，
y
k
∈Y
f
，而i和j为随机子空间方法中的重要控制参数；若把所有的s个输出数据都用于分析，则s＝2i+j
‑
1；然后根据如下公式，利用Hankel矩阵构建Toeplitz矩阵T如下：得到Toeplitz矩阵后，通过奇异值分解、系统定阶过程，便能得到识别频率，即所述频谱指标。3.权利要求1所述的一种面向尾矿库多元灾害的综合监测预警和安全评估方法，其特征在于，在S2中，所述主成分指标，通过如下步骤计算获得：假设对m个参数进行n次的观测，则能得到一个原始数据矩阵X：(1)对原始数据标准化，采用如下标准差标准化的公式：其中，为X
j
的均值，s
j
为X
j
的标准差，标准化之后的原始矩阵作X
′
；(2)根据如下公式计算相关矩阵：其中，标准化后的矩阵相关矩阵R为其协方差矩阵；(3)对样本数据相关矩阵R作特征分解，得到前m阶的特征值λ1≥λ2≥
…
≥λ
m
≥0；并定义第j个主成分贡献率前p个主成分的累计贡献率(4)求出每个特征值对应的特征向量就是相关系数a
ij
，代入如下计算公式：即可求得各阶所述主成分，其中Y1、Y2和Y
m
分别是第1、2和m阶的主成分。4.如权利要求1所述的一种面向尾矿库多元灾害的综合监测预警和安全评估方法，其
特征在于，在S2中，所述小波包能量指标，通过如下方式计算获得：采用小波函数，将信号分解到独立的子频带内，计算各子频带的能量成分；分解的每个片段包含有结构在不同频段的信息，并根据如下公式计算各阶小波包能量E：即得到各阶所述小波包能量，其中表示在分解层j...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄剑涛，林健富，王立新，胡荣攀，赵贤任，刘军香，
申请(专利权)人：深圳防灾减灾技术研究院，
类型：发明
国别省市：