【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地质灾害监测与预警，尤其涉及一种分布式光纤传感地质灾害监测预警方法及系统。
技术介绍
1、地质灾害，如滑坡、泥石流、地裂缝等，严重威胁着人类的生命财产安全。这些灾害往往具有突发性和难以预测性，因此，如何对这些灾害进行有效监测和预警，成为了防灾减灾领域的一个重要研究方向。传统的地质灾害监测方法主要依赖于点式传感器，如应变计、倾斜仪、加速度计等，这些传感器只能对监测点的局部区域进行监测，难以覆盖大范围的灾害风险区域。此外，这些方法通常存在监测范围有限、灵敏度不足、无法实时预警等问题，导致在灾害发生时难以及时获取全面的监测信息，从而无法实现有效的灾害预警。
2、分布式光纤传感技术的出现为地质灾害监测提供了一种新的解决方案。与传统的点式传感器不同，分布式光纤传感器可以在长距离的光纤沿线提供连续的监测数据，能够覆盖广阔的区域并提供连续的空间分辨率。这种技术可以实时感知沿光纤布设区域内的应变、温度、振动等物理量变化，从而实现对大范围地质环境的实时监测。然而，现有的分布式光纤传感技术在应用于地质灾害监测时仍然面临一些挑战，如信号处理复杂、数据分析不足、监测网络配置缺乏灵活性等，导致其在复杂多变的地质环境中仍然存在诸多不足。
3、现有的分布式光纤传感技术在长距离监测中往往面临信号衰减和噪声干扰问题。传统的信号处理方法无法在确保高空间分辨率的同时，有效滤除噪声，导致监测数据的精度受限，难以提供可靠的监测结果。这限制了其在需要高精度监测的大范围地质灾害风险区域的应用。在数据分析方面，现有技术多采用简单的统计分析
4、因此，如何提供一种分布式光纤传感地质灾害监测预警方法及系统是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的一个目的在于提出一种分布式光纤传感地质灾害监测预警方法及系统，本专利技术充分利用了分布式光纤传感技术、改进的光学频域反射技术、图谱正则化自动编码器、时空变换器分析、自适应多层级决策树和协同进化机制等技术，详细描述了从数据采集、处理、分析到预警及网络优化的全过程，具备监测范围广、灵敏度高、实时性强、预警准确性高和系统适应性强的优点。
2、根据本专利技术实施例的一种分布式光纤传感地质灾害监测预警方法及系统，包括如下步骤：
3、s1、在监测区域内，根据地质条件的变化特征和潜在地质灾害的风险分布，沿关键风险路径和易发区域布设分布式光纤传感器网络，形成连续、实时的多参数监测链，实现对整个监测区域内地质状况的全方位感知和覆盖；
4、s2、采用改进的分布式光学频域反射技术对分布式光纤传感器网络实时采集的多模态物理量数据进行处理，利用动态噪声过滤算法，实现长距离监测中的亚米级空间分辨率；
5、s3、采用图谱正则化自动编码器对经过处理的多模态物理量数据进行综合分析，通过图谱正则化技术建模空间和时间关系，构建高维动态监测模型，识别地质灾害的早期异常变化，并根据不同地质条件自适应调整模型参数；
6、s4、基于高维动态监测模型的输出，利用时空变换器进行趋势分析，结合实时监测数据的时空依赖性，预测地质灾害可能发生的时间、地点及严重程度，生成动态风险评估模型，指导预警等级的确定和应急策略的制定；
7、s5、在检测到潜在的地质灾害风险后，依据动态风险评估模型，采用自适应多层级决策树预警机制，对风险等级进行智能分类，触发相应级别的应急响应系统，并生成具体的应急措施建议，保障及时应对不同等级的灾害风险；
8、s6、结合协同进化机制的动态环境遗传算法，对分布式光纤传感器网络的监测参数进行实时优化，通过不同参数集的协同进化和相互作用，自适应地调整监测网络的覆盖范围和资源配置，应对地质条件的动态变化，持续优化监测性能；
9、s7、将经过采集、处理、分析和优化的监测数据与来自地质雷达、卫星遥感、无人机监测的外部数据进行综合分析，融合多源数据形成全面的地质灾害监测信息，并在预警过程中支持对监测策略的动态调整，应对不同灾害类型和演变过程。
10、可选的，所述s2具体包括：
11、s21、采用改进的分布式光学频域反射技术，利用宽带光源发射连续光信号光信号通过分布在监测区域内的光纤传感器网络传输，并在光纤中的各个点发生瑞利散射，形成包含多模态物理量数据的回波信号；
12、s22、采用宽带调制技术优化系统的空间分辨率，宽带光源覆盖的频率范围，通过公式实现亚米级空间分辨率，其中b为光源带宽，c为光速，通过调节光源的带宽，系统能够在长距离监测中获取空间分辨率，适应复杂地质条件的监测需求；
13、s23、引入相位调制技术优化信号的抗干扰能力，并通过相位解调技术从回波信号中提取有用的频谱信息s(f)：
14、
15、其中，emod(t)为相位调制后的光信号，e0为光信号的振幅，f0为光信号的中心频率，t为时间，为相位噪声项，θmod(t)为相位调制项；
16、通过相位调制和解调过程，抑制非线性效应干扰，得到优化后的频谱信息s(f)：
17、
18、其中，是傅里叶变换操作符，edemod(t)是相位解调后的信号；
19、s24、对回波信号进行采集，并采用频率调制连续波原理，通过将发射的光信号与回波信号进行干涉，生成差频信号sdf(f)，并利用光电探测器优化信号的信噪比和检测灵敏度；
20、s25、对获取的差频信号sdf(f)进行傅里叶变换处理，生成光纤中不同位置的散射强度分布i(z)，应用动态噪声过滤算法，通过自适应滤波器实时调整频率响应h(f)，优化信号的信噪比，产生最终的散射强度分布i'(z)；
21、s26、将处理后的散射强度分布i'(z)与分布式光纤传感器网络实时采集的多模态物理量数据进行融合分析，并根据改进的光源带宽b进行空间分辨率调整，生成处理后的最终多模态物理量数据。
22、可选的，所述s3具体包括：
23、s31、输入生成处理后的最终多模态物理量数据，包括散射强度分布i'(z)、应变ε(z)、温度t(z)、振动v(z)和声波信号a(z)，构建空间和时间关系的图谱模型，图谱模型通过空间关系图gs和时间关系图gt描述数据之间的依赖关系，并使用权重矩阵ws和wt进行表征；
24、s32、在构建的图谱模型基础上，采用自动编码器对输入的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种分布式光纤传感地质灾害监测预警方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种分布式光纤传感地质灾害监测预警方法，其特征在于，所述S2具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种分布式光纤传感地质灾害监测预警方法，其特征在于，所述S3具体包括：
4.根据权利要求1所述的一种分布式光纤传感地质灾害监测预警方法，其特征在于，所述S4具体包括：
5.根据权利要求1所述的一种分布式光纤传感地质灾害监测预警方法，其特征在于，所述S5具体包括：
6.根据权利要求1所述的一种分布式光纤传感地质灾害监测预警方法，其特征在于，所述S6具体包括：
7.一种分布式光纤传感地质灾害监测预警系统，其特征在于，包括如下模块：
【技术特征摘要】
1.一种分布式光纤传感地质灾害监测预警方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种分布式光纤传感地质灾害监测预警方法，其特征在于，所述s2具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种分布式光纤传感地质灾害监测预警方法，其特征在于，所述s3具体包括：
4.根据权利要求1所述的一种分布式光纤传感地质灾...
【专利技术属性】
技术研发人员：江思义，吴福，刘振宇，刘小明，黄海，邹仁辉，莫运松，何娜，李海良，陶朋，余何，吴秋菊，韩尚嵩，王翔，罗瑞，金飞，黄煜，
申请(专利权)人：广西壮族自治区地质环境监测站，
类型：发明
国别省市：
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