一种降雨型浅层土质滑坡分布式监测预警系统及预警方法技术方案

本发明专利技术公开了一种降雨型浅层土质滑坡分布式监测预警系统及预警方法，包括：环境数据采集模块，用于采集浅层土质滑坡源区的土壤含水率和降雨量信息；预警模块，用于根据采集的浅层土质滑坡源区的土壤含水率和降雨量信息提取基于土壤含水率和含水率切线角的参数信息，并根据提取的基于土壤含水率和含水率切线角的参数信息对浅层土质滑坡源区的滑坡风险进行预警；本发明专利技术所提出的一种降雨型浅层土质滑坡分布式监测预警系统及预警方法，将土壤含水率作为降雨型浅层土质滑坡监测预警的核心指标，从而提供了一种监测指标精简、监测成本降低且不依赖于远程计算的降雨型浅层土质滑坡分布式监测预警系统。坡分布式监测预警系统。坡分布式监测预警系统。

【技术实现步骤摘要】
一种降雨型浅层土质滑坡分布式监测预警系统及预警方法


[0001]本专利技术涉及地质灾害监测预警
，具体涉及一种降雨型浅层土质滑坡分布式监测预警系统及预警方法。

技术介绍

[0002]我国东南沿海地区处于欧亚太平洋交界带。每年5月中旬到6月中旬，活跃南方暖湿气气流与北方南进的冷空气在广东和广西、福建、海南一带交汇，形成持续性、大范围“龙舟水”降水过程。此外，每年的6月至10月，受大陆与海洋温差效应、大气环流和洋面水温升高影响，大量台风在东南沿海地区登陆，带来段历时的台风暴雨降水过程。这两轮强降水过程会在东南地区触发数以千计的群发性浅层土质滑坡，造成重大的社会影响和经济损失。
[0003]由于这类自然灾害都直接由强降雨诱发或与降雨有关，依托于天气预报和雨量观测的气象预警，自然就成了防灾减灾的重要手段。并通过对某区域历史降雨过程与实际发生滑坡情况的统计分析，发现了滑坡与降雨过程(如降雨强度、累计雨量、降雨历时等)的相关关系；或通过统计分析获得相关区域发生滑坡的临界雨量，建立滑坡的气象预警模型。但气象预警仅能进行大范围的趋势性和提示性预警，主要用于指导相关区域的地质灾害群测群防工作。但要明确、具体掌握某一滑坡是否会发生，以及什么时候发生，就必须开展单体滑坡的监测预警工作。然而，由于地质环境的不确定性、降雨过程的时空演变随机性以及滑坡灾害发生机理的复杂性和灾害过程突发性，目前还难以有效地对降雨型浅层土质滑坡进行监测预警，其根本原因是所采用的技术手段还不具备有效感知和表征此类地质灾害演化过程的能力。
[0004]而现有的降雨型滑坡监测预警方法在雨浅层滑坡中存在通过雨量雨强等非直接指标或者通过位移等难以捕捉指标进行预警的弊端，同时存在使用大量监测仪器和预警模型共同预警的堆砌式预警的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种降雨型浅层土质滑坡分布式监测预警系统及预警方法，在深刻理解降雨诱发浅层土质滑坡启动机理的基础上，将土壤含水率作为降雨型浅层土质滑坡监测预警的核心指标，从而提供一种监测指标精简、监测成本降低且不依赖于远程计算的降雨型浅层土质滑坡智能化实时监测预警系统及预警方法。
[0006]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种降雨型浅层土质滑坡分布式监测预警系统，包括：
[0008]环境数据采集模块，用于采集浅层土质滑坡源区的土壤含水率和降雨量信息；
[0009]预警模块，用于根据采集的浅层土质滑坡源区的土壤含水率和降雨量信息提取基于土壤含水率和含水率切线角的参数信息，并根据提取的基于土壤含水率和含水率切线角的参数信息对浅层土质滑坡源区的滑坡风险进行预警。
[0010]进一步的，所述环境数据采集模块包括漏斗形采集筒、设置在漏斗形采集筒上端
的降雨量监测模块以及设置在漏斗形采集筒下端并插入土体的土壤含水率监测模块，所述降雨量监测模块用于实时采集浅层土质滑坡源区的降雨量信息，所述土壤含水率监测模块用于实时采集浅层土质滑坡源区的土壤含水率。
[0011]进一步的，所述环境数据采集模块还包括设置在漏斗形采集筒下端的弹扣式制动开关，所述弹扣式制动开关中间设置有土壤含水率监测模块，当所述降雨量监测模块检测到降雨信息时，所述弹扣式制动开关打开按钮并将所述土壤含水率监测模块插入土体。
[0012]进一步的，所述预警模块包括本地预警模块和供电模块，所述本地预警模块用于接收环境数据采集模块传输的浅层土质滑坡源区的土壤含水率和降雨量信息，根据采集的浅层土质滑坡源区的土壤含水率和降雨量信息提取基于土壤含水率和含水率切线角的参数信息，并根据提取的基于土壤含水率和含水率切线角的参数信息对浅层土质滑坡源区的滑坡风险进行预警，所述供电模块用于提供电源。
[0013]进一步的，所述预警模块包括通信模块、数据接收模块、基于土壤含水率和含水率切线角的双阈值预警模型模块以及信息发布模块；
[0014]所述通信模块用于与所述环境数据采集模块进行基于3G无线通信协议的无线通信和计算机网络通信，用于接收和传输所述环境数据采集模块采集的浅层土质滑坡源区的土壤含水率和降雨量信息；
[0015]所述数据接收模块用于接收所述通信模块传输的浅层土质滑坡源区的土壤含水率和降雨量信息；
[0016]所述基于土壤含水率和含水率切线角的双阈值预警模型模块用于根据采集的浅层土质滑坡源区的土壤含水率和降雨量信息提取基于土壤含水率和含水率切线角的参数信息，并根据提取的基于土壤含水率和含水率切线角的参数信息对浅层土质滑坡源区的滑坡风险进行预警；
[0017]所述信息发布模块根据所述基于土壤含水率和含水率切线角的双阈值预警模型模块对浅层土质滑坡源区的滑坡风险进行预警的预警信息，按照预先设定的规则向预警对象发送预警信息。
[0018]进一步的，根据采集的浅层土质滑坡源区的土壤含水率和降雨量信息提取基于土壤含水率和含水率切线角的参数信息的过程为：
[0019]根据降雨历时，将浅层土质滑坡源区的土壤含水率划分为快速反应阶段、趋稳饱和阶段、加速增长阶段以及加加速增长阶段，并绘制以降雨历时为横坐标，以土壤含水率为纵坐标的土壤含水率
‑
降雨历时曲线；
[0020]将土壤含水率
‑
降雨曲线中的纵坐标进行变换，并使其转换成横纵坐标统一的滑坡T
‑
t曲线，并计算改进后的含水率切线角。
[0021]进一步的，将土壤含水率
‑
降雨曲线中的纵坐标进行变换，并使其转换成横纵坐标统一的滑坡T
‑
t曲线，并计算改进后的含水率切线角的过程为：
[0022]假设土壤含水率
‑
降雨历时曲线中的快速反应阶段的初始陡增段线性增长，则计算快速反应阶段的土壤含水增长速率，即：
[0023][0024]其中，ξ表示土壤含水增长速率，ω
k
表示t0时刻与t1时刻中任取的k时刻的土壤含
水率值，ω0表示t0时刻的土壤含水率值，t0、t1分别表示降雨过程中的某一时刻；
[0025]将快速反应阶段的某一时刻的土壤含水率除以快速反应阶段的土壤含水增长速率，计算坐标变换后与横坐标量纲相同的纵坐标，即：
[0026][0027]其中，T
i
表示在i时刻坐标变换后与横坐标量纲相同的纵坐标值，ω
i
表示i时刻的土壤含水率值；
[0028]分别计算趋稳饱和阶段、加速增长阶段以及加加速增长阶段的T值，并生成滑坡T
‑
t曲线；
[0029]根据生成的滑坡T
‑
t曲线，计算滑坡T
‑
t曲线在快速反应阶段、趋稳饱和阶段、加速增长阶段以及加加速增长阶段改进后的含水率切线角，即：
[0030][0031]其中，a
i
表示在i时刻改进后的含水率切线角，arctan(
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降雨型浅层土质滑坡分布式监测预警系统，其特征在于，包括：环境数据采集模块，用于采集浅层土质滑坡源区的土壤含水率和降雨量信息；预警模块，用于根据采集的浅层土质滑坡源区的土壤含水率和降雨量信息提取基于土壤含水率和含水率切线角的参数信息，并根据提取的基于土壤含水率和含水率切线角的参数信息对浅层土质滑坡源区的滑坡风险进行预警。2.根据权利要求1所述的一种降雨型浅层土质滑坡分布式监测预警系统，其特征在于，所述环境数据采集模块包括漏斗形采集筒、设置在漏斗形采集筒上端的降雨量监测模块以及设置在漏斗形采集筒下端并插入土体的土壤含水率监测模块，所述降雨量监测模块用于实时采集浅层土质滑坡源区的降雨量信息，所述土壤含水率监测模块用于实时采集浅层土质滑坡源区的土壤含水率。3.根据权利要求2所述的一种降雨型浅层土质滑坡分布式监测预警系统，其特征在于，所述环境数据采集模块还包括设置在漏斗形采集筒下端的弹扣式制动开关，所述弹扣式制动开关中间设置有土壤含水率监测模块，当所述降雨量监测模块检测到降雨信息时，所述弹扣式制动开关打开按钮并将所述土壤含水率监测模块插入土体。4.根据权利要求1所述的一种降雨型浅层土质滑坡分布式监测预警系统，其特征在于，所述预警模块包括本地预警模块和供电模块，所述本地预警模块用于接收环境数据采集模块传输的浅层土质滑坡源区的土壤含水率和降雨量信息，根据采集的浅层土质滑坡源区的土壤含水率和降雨量信息提取基于土壤含水率和含水率切线角的参数信息，并根据提取的基于土壤含水率和含水率切线角的参数信息对浅层土质滑坡源区的滑坡风险进行预警，所述供电模块用于提供电源。5.根据权利要求1所述的一种降雨型浅层土质滑坡分布式监测预警系统，其特征在于，所述预警模块包括通信模块、数据接收模块、基于土壤含水率和含水率切线角的双阈值预警模型模块以及信息发布模块；所述通信模块用于与所述环境数据采集模块进行基于3G无线通信协议的无线通信和计算机网络通信，用于接收和传输所述环境数据采集模块采集的浅层土质滑坡源区的土壤含水率和降雨量信息；所述数据接收模块用于接收所述通信模块传输的浅层土质滑坡源区的土壤含水率和降雨量信息；所述基于土壤含水率和含水率切线角的双阈值预警模型模块用于根据采集的浅层土质滑坡源区的土壤含水率和降雨量信息提取基于土壤含水率和含水率切线角的参数信息，并根据提取的基于土壤含水率和含水率切线角的参数信息对浅层土质滑坡源区的滑坡风险进行预警；所述信息发布模块根据所述基于土壤含水率和含水率切线角的双阈值预警模型模块对浅层土质滑坡源区的滑坡风险进行预警的预警信息，按照预先设定的规则向预警对象发送预警信息。6.根据权利要求1所述的一种降雨型浅层土质滑坡分布式监测预警系统，其特征在于，根据采集的浅层土质滑坡源区的土壤含水率和降雨量信息提取基于土壤含水率和含水率切线角的参数信息的过程为：根据降雨历时，将浅层土质滑坡源区的土壤含水率划分为快速反应阶段、趋稳饱和阶
段、加速增长阶段以及加加速增长阶段，并绘制以降雨历时为横坐标，以土壤含水率为纵坐标的土壤含水率
‑
降雨历时曲线；将土壤含水率
‑
降雨曲线中的纵坐标进行变换，并使其转换成横纵坐标统一的滑坡T
‑
t曲线，并计算改进后的含水率切线角。7.根据权利要求6所述的一种降雨型浅层土质滑坡分布式监测预警系统，其特征在于，将土壤含水率
‑
降雨曲线中的纵...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯文凯，易小宇，许强，郭朝旭，柳侃，余斌，叶龙珍，李双权，白慧林，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：